solar sel.doc
TRANSCRIPT
TEKNOLOGI SOLAR SEL
UNTUK ENERGI MASA DEPAN
Disusun Oleh:
Ragil Tri Indrawati, 0806316726
Departemen Teknik Mesin
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS INDONESIA
ABSTRAK
Belakangan ini, pengkonversian energi merupakan suatu hal yang sangat bermanfaat bagi
kehidupan. Ada beberapa macam teknologi yang prinsip kerjanya melakukan
pengkonversian seperti itu, misalnya yaitu solar sel. Prinsip kerja dari solar sel adalah
mengubah energi matahari atau cahaya yang dipancarkan menjadi energi listrik. teknologi
solar sel terdiri dari tiga macam generasi dan masing – masing generasi atau jenis dari solar
sel dapat diaplikasikan pemanfaatannya. Misalnya pada alat elektronik yang dalam
pengoperasiannya membutuhkan energi surya.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat, hidayah
serta inayahnya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini dengan
baik dan tepat pada waktunya. Makalah yang berjudul “Teknologi Solar Sel untuk Energi
Masa Depan” ini diharapakan dapat memberi informasi lebih dalam mengenai solar sel
dalam kehidupan sehari – hari.
Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Isom
Mudzakir, S.Si, selaku dosen mata kuliah Fisika Dasar 1, yang telah membimbing penulis.
Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada teman – teman serta semua pihak yang
telah membantu memberikan informasi selama penyusunan makalah ini, hingga
terselesaikannya makalah ini.
Akhir kata, tiada gading yang tak retak, begitu juga dengan penyusunan makalah ini
yang jauh dari sempurna. Untuk itu, saran dan kritik yang sifatnya membangun dari para
pembaca sangat diharapkan.
Depok , 8 Mei 2009
Penulis
DAFTAR ISI
Abstrak………………………………………………………………………….i
Kata Pengantar…………………………………………………………………ii
Daftar Isi……………………………………………………………................iii
Bab I. Pendahuluan
I.1 Latar Belakang Masalah……………………………………………1
I.2 Tujuan Penulisann………………………………………………......1
I.3 Metodologi Penulisan………………………………………………2
I.4 Sistematika Penulisan………………………………………………2
Bab II. Pembahasan
II.1 Pengertian Solar Sel……………………………………………….3
II.2 Prinsip Kerja Solar Sel…………………………………………….3
II.3 Jenis – Jenis Solar Sel…………………………………………......4
II.4 Aplikasi Penggunaan Solar Sel dalam Kehidupan Sehari – Hari....7
Bab III. Penutup
III.1 Kesimpulan………………………………………………………10
III. 2 Saran…………………………………………………………….10
Daftar Pustaka
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Masalah
Energi yang dikeluarkan oleh sinar matahari sebenarnya hanya diterima oleh
permukaan bumi sebesar 69% dari total energi pancaran matahari. Suplai
energi surya dari sinar matahari yang diterima oleh permukaan bumi sangat
luar biasa besarnya yaitu mencapai 3 x 10 joule pertahun, energi ini setara
dengan 2 x 1017 Watt. Jumlah energi sebesar itu setara dengan 10.000 kali
konsumsi energi di seluruh dunia saat ini. Dengan kata lain, dengan menutup
0.1% saja permukaan bumi dengan divais solar sel yang memiliki efisiensi
10% sudah mampu untuk menutupi kebutuhan energi di seluruh dunia saat
ini. Melalui teknologi solar sel, energi yang dipancarkan oleh sinar matahari
dapat dimanfaatkan dengan cara diubah ke dalam energi listrik. Cara
tersebut disebut konversi energi. Pemanfaatan solar sel dapat dilakukan
dengan mengaplikasikannya ke dalam berbagai bentuk alat elektronik yang
cara kerjanya memanfaatkan energi matahari.
I.2 Tujuan Penulisan
Penulisan makalah ini memiliki beberapa tujuan, antara lain :
1. Mengetahui apa sebenarnya yang dimaksud dengan solar sel.
2. Menjelaskan prinsip kerja dari solar sel.
3. Mengetahui jenis – jenis solar sel.
4. Mengetahui aplikasi penggunaan solar sel dalam kehidupan sehari – hari.
I.3 Metodologi Penulisan
Setiap penulisan suatu karya tulis ataupun laporan seyogyanya harus tertera
metode dalam penyusunan tersebut. Dalam penyusunan makalah ini,
dilakukan dengan menggunakan beberapa metode penulisan antara lain:
1. Metode literatur
- studi pustaka dengan metode kualitatif
2. Sumber data
- internet dan buku literatur
I.4 Sistematika Penulisan
Bab I Pendahuluan
Pada bagian ini menjelaskan mengenai latar belakang, tujuan
penulisan, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan.
Bab II Pembahasan
Bagian ini membahas mengenai pengertian solar sel, prinsip kerja
solar sel, jenis-jenis solar sel dan aplikasi penggunaan solar sel dalam
kehidupan sehari – hari.
Bab III Penutup
Inti makalah ini adalah membahas mengenai penggunaan teknologi
solar sel dalam kehidupan masyarakat.
BAB II
PEMBAHASAN
II.1 Pengertian Solar Sel
Solar sel atau sering disebut dengan sel surya merupakan suatu komponen
semikonduktor yang berfungsi mengkonversi energi cahaya menjadi energi listrik.
Cahaya Matahari sebagai sumber energi primer tersedia sepanjang tahun di semua
tempat di muka bumi, pemasangannya mudah dan bebas polusi. Solar Sel
menghasilkan tegangan dan arus searah, sehingga diperlukan dua tingkat konverter
yaitu konverter dc ke dc sebagai regulator dan konverter dc ke ac atau dikenal
sebagai inverter agar diperoleh tegangan ac 220 V, 50 Hz. Sebuah rangkaian
pengontrol konverter dengan penelusuran titik daya maksimum (MPPT) diperlukan
untuk mendapatkan daya yang maksimal dari Solar sel ke beban. MPPT mengubah
arus dan tegangan Solar sel sedemikian sehingga diperoleh daya keluaran (output)
yang maksimum. Keadaan titik daya maksimum ini digunakan sebagai acuan
(reference) untuk membangkitkan sinyal modulasi lebar pulsa(PWM) bagi
Konverter tipe Buck dan Inverter.
II.2 Prinsip Kerja Solar Sel
Pada dasarnya prinsip kerja dari solar sel dapat terlihat dari pengertian yang telah
dijelaskan di ats, yaitu cara kerja dari solar sel adalah dengan memanfaatkan teori
cahaya sebagai partikel. Selanjutnya cahaya tersebut dikonverter menjadi tenaga
listrik. Sebagaimana diketahui bahwa cahaya baik yang tampak maupun yang tidak
tampak memiliki dua buah sifat yaitu dapat sebagai gelombang dan dapat sebagai
partikel yang disebut dengan photon. Penemuan ini pertama kali diungkapkan oleh
Einstein pada tahun 1905. Energi yang dipancarkan oleh sebuah cahaya dengan
panjang gelombang λ dan frekuensi V, dapat dirumuskan dengan persamaan:
Λ E = h cDengan h adalah konstanta Plancks (6.62 x 10-34 J.s) dan c adalah kecepatan cahaya
dalam vakum (3.00 x 108 m/s). Persamaan di atas juga menunjukkan bahwa photon
dapat dilihat sebagai sebuah partikel energi atau sebagai gelombang dengan panjang
gelombang dan frekuensi tertentu [3]. Dengan menggunakan sebuah divais
semikonduktor yang memiliki permukaan yang luas dan terdiri dari rangkaian dioda
tipe p dan n, cahaya yang datang akan mampu dirubah menjadi energi listrik.
Pada dasarnya kerja solar sel sangat berpedoman pada thermodinamik efisiensi
tanpa batas yang mana dikarenakan solar sel beroperasi sebagai perangkat konversi
energi.
Efisiensi konversi energi (η, "eta") merupakan persentase konversi suatu daya dari
cahaya menjadi energi listrik yang terhubung ke salah satu sirkuit listrik. Hal ini
dapat ditunjukkan melalui persamaan :
Istilah ini dihitung dengan menggunakan rasio maksimum power point, P m, dibagi dengan masukan cahaya irradiance (E, dalam W / m 2) di bawah standar tes kondisi (STC) dan daerah permukaan dari solar sel (A c di m 2).
II.3 Jenis – Jenis Solar Sel
Pada dasarnya, solar sel dibagi menjadi tiga generasi atau tiga jenis menurut tingkat
kepentingannya.
1. Generasi pertama
Pada generasi pertama solar sel ini dibagi lagi menjadi dua jenis solar sel, yaitu:
Jenis solar sel pertama yang berhasil dikembangkan oleh para peneliti
adalah jenis wafer (berlapis) silikon kristal tunggal. Tipe ini dalam
perkembangannya mampu menghasilkan efisiensi yang sangat tinggi.
Masalah terbesar yang dihadapi dalam pengembangan silikon kristal
tunggal untuk dapat diproduksi secara komersial adalah harga yang
sangat tinggi sehingga membuat solar sel panel yang dihasilkan menjadi
tidak efisien sebagai sumber energi alternatif. Sebagian besar silikon
kristal tunggal komersial memiliki efisiensi pada kisaran 16-17%,
bahkan silikon solar sel hasil produksi SunPower memiliki efisiensi
hingga 20%.
Jenis solar sel yang kedua adalah tipe wafer silikon poli kristal. Saat ini,
hampir sebagian besar panel solar sel yang beredar di pasar komersial
berasal dari screen printing jenis silikon poli cristal ini. Wafer silikon
poli kristal dibuat dengan cara membuat lapisan lapisan tipis dari batang
silikon dengan metode wire-sawing. Masing-masing lapisan memiliki
ketebalan sekitar 250・50 micrometer. Jenis solar sel tipe ini memiliki
harga pembuatan yang lebih murah meskipun tingkat efisiensinya lebih
rendah jika dibandingkan dengan silikon kristal tunggal.
Kedua jenis silikon wafer di atas umumnya memiliki ketebalan pada kisaran 180
hingga 240 mikro meter.
2. Generasi kedua
Generasi kedua solar sel adalah solar sel tipe lapisan tipis (thin film). Pembuatan
jenis solar sel lapisan tipis adalah untuk mengurangi biaya pembuatan solar sel
mengingat tipe ini hanya menggunakan kurang dari 1% dari bahan baku silikon
jika dibandingkan dengan bahan baku untuk tipe silikon wafer. Dengan
penghematan yang tinggi pada bahun baku seperti itu membuat harga per KwH
energi yang dibangkitkan menjadi bisa lebih murah.
Metode yang paling sering dipakai dalam pembuatan silikon jenis lapisan tipis
ini adalah dengan PECVD dari gas silane dan hidrogen. Lapisan yang dibuat
dengan metode ini menghasilkan silikon yang tidak memiliki arah orientasi
kristal atau yang dikenal sebagai amorphous silikon (non kristal). Selain
menggunakan material dari silikon, solar sel lapisan tipis juga dibuat dari bahan
semikonduktor lainnya yang memiliki efisiensi solar sel tinggi seperti Cadmium
Telluride (Cd Te) dan Copper Indium Gallium Selenide (CIGS).
Efisiensi tertinggi saat ini yang bisa dihasilkan oleh jenis solar sel lapisan tipis
ini adalah sebesar 19,5% yang berasal dari solar sel CIGS [5]. Keunggulan
lainnya dengan menggunakan tipe lapisan tipis adalah semikonduktor sebagai
lapisan solar sel bisa dideposisi pada substrat yang lentur sehingga
menghasilkan divais solar sel yang fleksibel.
3. Generasi ketiga
Teknologi generasi ketiga ini bertujuan untuk meningkatkan kinerja generasi
kedua (tipis-film teknologi) dengan tetap menjaga biaya produksi sangat rendah.
Pada generasi ketiga dilakukan konversi efisiensi dari 30-60%, sementara tetap
mempertahankan biaya rendah dan bahan-bahan teknik manufaktur. Hal ini
dapat melebihi teori solar efisiensi batas konversi untuk satu bahan energi
ambang, yaitu 40,8% di bawah sinar matahari maksimal konsentrasi. Ada
beberapa pendekatan untuk mencapai efisiensi tinggi ini termasuk penggunaan
Multijunction sel fotovoltaik, konsentrasi kejadian spektrum, penggunaan
thermal generasi oleh cahaya UV untuk meningkatkan tegangan atau operator
koleksi, atau menggunakan inframerah spektrum untuk waktu operasi malam
hari.
II.4 Aplikasi Penggunaan Solar Sel dalam Kehidupan Sehari – Hari
Solar sel merupakan energy listrik yang sangat bermanfaat untuk kehidupan
manusia. Pada awalnya pemanfaatan solar sel hanya terfokus pada sector rumah
tangga, namun pada akhir-akhir ini beberapa aplikasi baru dari solar sel
bermunculan. Aplikasi baru tersebut tidak lain berupa terobosan-terobosan produk
elektronik yang memanfaatkan solar sel sebagai sumber tenaganya. Adanya
terobosan atau inovasi produk yang didukung oleh solar sel diyakini didorong oleh
karakteristik unik solar sel yang memilki mobilitas tinggi serta akses mudah hampir
setiap sudut bumi terhadap sinar matahari, yang ujung-ujungnya membawa serta
celah-celah pasar baru untuk produk inovasi teknologi. Beberapa contoh aplikasi
dari solar sel yaitu:
1. Pompa air bertenaga surya (solar powered water pump)
Sebagaimana namanya, pompar air yang berfungsi menyedot air dari dalam tanah
ini digerakkan dengan tenaga surya. Secara fisik, fungsi maupun instalasi pompa air
ini tidak ubahnya pompa air konvensional. Hanya saja, perbedaan mencolok ada
pada panel surya silikon yang menggenapi sistem pompa air sebagai sumber listrik
yang menggerakkan pompa, sebagaimana terlihat di Gambar 1 berikut. Konsep dari
pompa air bertenaga surya ini ialah sebuah pompa yang diperuntukkan bagi daerah
yang terisolasi atau jauh dari jaringan instalasi listrik. Konsep ini dirasakan efektif
mengingat penggunaan secara kolektif pompa air bertenaga surya ini akan
mereduksi beban biaya akibat keberadaan panel surya yang tidak murah.
Gambar 1. Contoh produk pompa air bertenaga surya.
Dibandingkan dengan pompa air dengan tenaga listrik konvensional, pompa air
bertenaga surya ini menggunakan arus searah (arus DC) tidak seperti pompa
konvensional yang berarus bolak balik (AC). Hal ini mengingat panel surya yang
digunakan sebagai sumber listrik memiliki output arus DC dan tidak memilki
pengubah arus DC-AC sebagaimana listrik yang terinstalasi di perumahan. Pada
umumnya pompa air ini memerlukan panel surya dengan daya keluaran 75-100
Watt dan didukung oleh baterei 12 volt agar pompa dapat bekerja di malam hari
pula. Kedalaman air yang dapat dicapai secara efektif oleh pompa ini berkisar 50-70
m dengan debit air maksimum hingga 275 liter per jam. Kapasitas pompa beserta
panel surya yang digunakan sangat tergantung dari kondisi operasi semisal
kedalaman air di bawah tanah, berapa banyak debit air yang dibutuhkan serta tentu
saja biaya. Penempatan pompa air bertenaga surya ini di Indonesia sudah dicoba di
daerah kering minim hujan seperti di Nusa Tenggara Barat mapupun daerah Bantul
DIY.
2. Kulkas bertenaga surya (Solar powered refrigerator)
Kulkas bertenaga surya merupakan sebuah peralatan medis yang berfungsi sama
dengan lemari pendingin, dimana berfungsi untuk menyimpan vaksin maupun obat-
obatan dan makanan. Lemari pendingin yang “portable” plus “mobile”yang dibawa
oleh tim medis tanpa perlu bergantung pada ada atau tiadanya suplai listrik. Suplai
listrik yang menopang beroperasinya lemari pendingin ini berasal dari sel surya
pula, yang dapat dibawa dan dipasang dengan mudah (lihat Gambar 2)..
Gambar 2. Lemari pendingin bertenaga surya untuk keperluan medis di daerah terpencil.
Sistem lemari pendingin bertenaga surya ini terdiri atas empat komponen utama;
yakni panel surya, baterei, lemari pendingin dan kontrol pengisian listrik (”charge
controller”). Panel surya yang dipergunakan biasanya berdaya 800 Watt untuk
lemari pendingin berdaya 600 Watt. Baterei cadangan yang dipergunakan memiliki
105 Ah sebanyak 6-8 buah.
Kedua alat teersebut merupakan contoh nyata dari pemanfaatan solar sel
dalam kehidupan sehari – hari yang dapat membantu kelangsungan hidup manusia.
Namun, masih banyak aplikasi dalam beberapa penggunaan alat elektronika lainnya
maupun selain benda elektronik.
Bab III
Penutup
III.1 Kesimpulan
Dari penulisan makalah ini dapat disimpulkan bahwa:
a. Solar sel merupakan suatu komponen semikonduktor yang berfungsi mengkonversi
energi cahaya menjadi energi listrik.
b. Prinsip kerja dari solar sel yaitu langsung mengkonversi energi cahaya matahari
menjadi energi listrik.
c. Ada tiga generasi dalam solar sel dan masing – masing generasi memiliki jenis solar
sel tersendiri yang memiliki karakteristik dan sifat yang berbeda – beda.
d. Solar sel dapat dimanfaatkan dalam berbagai bidang termasuk yang berhubungan
dengan elektronika, misalnya yaitu pompa air bertenaga surya dan kulkas bertenaga
surya.
III. 2 Saran
Masyarakat seharusnya memanfaatkan solar sel semaksimal mungkin demi
kesejahteraan hidupnya.
Solar sel seharusnya lebih dikembangkan lagi agar menjadi energy masa depan.
DAFTAR PUSTAKA
Yulianto, Brian. 1998. Sel Surya untuk Kehidupan. Jakarta : Erlangga.
http://en.wikipedia.org/wiki/solar_cell
http://bloger.org/aplikasi_solarsel
S.M. Sze, Physics of Semiconductor Devices 2nd edition, Chapter 14, John Wiley
and Sons 1981.