KARAKTERISTIK ARUS DAN TEGANGAN SEL SURYA
Oleh :
Riyanto, M Teguh Sutrisno, Indri Kurniasih, Gita Anggit
Abstrak
Praktikum karakteristik arus dan tegangan
sel surya bertujuan mendapatkan kurva karakteristik
sel surya yaitu hubungan antara arus (I) dan tegangan (V) untuk berbagai
intensitas cahaya. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa arus yang dihasilkan
sebanding dengan intensitas cahaya yang mengenai sel surya dan dari kurva
karakteristik sel surya dapat diketahui
besarnya gaya gerak listrik (Ess) dari sel surya yaitu sebesar 1,75 volt dan
hambatan-dalam sel surya (r) adalah 3,43 – 5,83 kΩ .
Kata kunci: karakteristik sel surya, gaya gerak
listrik, hambatan-dalam.
Abstract
Characteristic
current and voltage solar cell experiment aim to get characteristic curve of
solar cell that is relation between current ( I) and voltage ( V) to various
light intensity. The result indicate that proportional yielded current with
light intensity which hitting of solar cell and from characteristic curve of
solar cell obtained value electro motive
force ( Ess) of solar cell that is equal to 1,75 volt and internal resistance of solar cell ( r) equal to 3,43
– 5,83 kΩ.
Keyword: solar cell characteristic, electro motive force,
internal resistance.
BAB I
PEDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sel surya merupakan sebuah piranti yang mampu mengubah secara langsung
energi cahaya menjadi energi listrik. Proses pengubahan energi ini terjadi
melalui efek fotolistrik. Efek fotolistrik adalah peristiwa terpentalnya
sejumlah elektron pada permukaan sebuah logam ketika disinari seberkas cahaya
(Krane, 1992). Gejala efek fotolistrik dapat diterangkan melalui teori kuantum
Einstein. Menurut teori kuantum Einstein, cahaya dipandang sebagai sebuah paket
energi (foton) yang besar energinya bergantung pada frekuensi cahaya. Pada sel
surya energi foton akan diserap oleh elektron sehingga elektron akan terpental keluar
menghasilkan arus dan tegangan listrik.
Arus(I) dan tegangan(V)
yang dihasilkan ketika sel memperoleh penyinaran merupakan karakteristik setiap
sel surya. Karakteristik ini selalu disajikan dalam bentuk kurva hubungan I
dan V. Hasil penelitian menunjukkan
bahwa karakteristik sel surya dipengaruhi oleh intensitas cahaya dan suhu
permukaan sel. Dalam praktikum ini akan akan dilakukan pengamatan untuk
membuktikan ketergantungan karakteristik sel surya pada suhu kamar terhadap
variasi intensitas cahaya.
1.2 Tujuan Praktikum
Praktikum Karakteristik Arus dan Tegangan Sel
Surya bertujuan untuk:
1.
Melakukan
pengukuran karakteristik sel surya terhadap variabel intensitas cahaya dan
menggambarkannya dalam bentuk kurva hubungan I dan V.
2.
Menentukan
gaya gerak listrik (ggl) yang dihasilkan dari sel surya.
3.
Menentukan
hambatan dalam (r) dari sel surya.
1.3 Dasar Teori
Pada umumnya sel
surya terbuat dari bahan semikontor. Salah satu bahan sel surya adalah kristal
silikon (c-Si). Bahan ini merupakan silikon murni (elektron valensi 4) yang
diberi pengotoran (impuriti) bervalensi 3 sehingga menjadi silikon tak murni (kekurangan sebuah
elektron). Silikon jenis ini kemudian diberi nama silikon tipe-p. sebuah silikon murni yang diberi
pengotoran bervalensi 5 (kelebihan sebuah elektron) juga menghasilkan silikon
tipe-n. Sambungan kedua jenis silikon
ini akan membentuk persambungan (junction)
PN. Pada batas sambungan akan timbul sebuah celah energi atau energy gap (Eg) yang membatasi pita valensi dengan pita konduksi.
Pada semikonduktor c-Si,
energi-gapnya sebesar 1,11 eV, artinya bila elektron pada pita valensi Si memperoleh energi foton
yang lebih besar dari 1,11 eV maka elektron tersebut akan mampu melewati celah
energi dan berpindah menuju pita konduksi (Beaser, 1992). Perpindahan
elektron-elektron ini menyebabkan terjadinya aliran elektron pada pita konduksi
hingga terjadilah aliran arus listrik.
Deskripsi matematis yang
merupakan syarat agar elektron berpindah dari pita valensi ke pita energi
dinyatakan dalam bentuk
> 
(1)
dengan 
dan 
masing-masing adalah konstanta Planck (
Js) dan frekuensi cahaya yang jatuh pada
permukaan sel surya. Frekuensi ini dapat dinyatakan sebagai hubungan
dan masing-masing adalah konstanta Planck ( Js) dan frekuensi cahaya yang jatuh pada
permukaan sel surya. Frekuensi ini dapat dinyatakan sebagai hubungan
(2)
untuk 
dan 
masing-masing menyatakan laju dan panjang-gelombang
cahaya.
dan masing-masing menyatakan laju dan panjang-gelombang
cahaya.
Perpindahan elektron-elektron dari pita
valensi ke pita konduksi menimbulkan dua macam gerak pembawa muatan, yaitu
gerak elektron-elektron pada pita konduksi dan gerak hole (lubang) pada pita valensi dengan arah gerak kedua pembawa muatan
tersebut saling berlawanan. Total gerak pembawa muatan tersebut menimbulkan
arus listrik pada rangkaian luar yang secara sederhana dilukiskan pada Gambar
1.
Gambar 1. Proses pembangkitan arus listrik pada sel surya
Arus keluaran (I) serta tegangan (V)
yang dihasilkan ketika sel memperoleh penyinaran merupakan karakteristik setiap
sel surya. Karakteristik ini selalu disajikan dalam bentuk kurva hubungan I dan V. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa karakterisrik sel surya dipengaruhi oleh intensitas cahaya
dan suhu permukaan sel. Kurva I-V yang merupakan karakteritik tersebut
tersaji dalam Gambar 2.
Gambar 2. Pengaruh intensitas
cahaya terhadap karakteristik arus-tegangan sel surya
Dari gambar 2 terlihat bahwa arus keluaran
(I) berbanding lurus dengan intensitas cahaya, sedangkan tegangan (V)
berubah secara logaritmik. ISC
menyatakan arus hubung singkat dan VOC menyatakan tegangan
listrik rangkaian terbuka. Arus dan tegangan maksimun terjadi pada saat sel
surya menghasilkan daya ( jumlah watt ) maksimum.
Rangkaian alat
Susunan
rangkaian alat pada praktikum ini dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Skema susunan peralatan
uji arus dan tegangan sel surya
Bila dirunut secara matematis
berdasar konsep hukum Ohm, maka dapat ditentukan besarnya kuat arus I yang mengalir dalam rangkaian, yaitu
(3)
dengan Ess
adalah ggl sel surya ketika dikenai cahaya. r
adalah hambatan dalam sel surya. V
adalah beda tegangan yang besarnya diatur oleh hambatan geser (Rs) dan I adalah arus keluaran sel surya.
Sebagai catatan, jika
Rs besar, maka nilai 
sehingga I
= 0,
sehingga I
= 0,
Rs kecil, maka nilai V = 0 sehingga I = Isc
BAB II
METODE
2.1 Waktu dan Tempat
Percobaan
Percobaan pada tanggal 17 April
2007 di Laboratorium Fisika Eksperimen II, Jurusan Fisika Program Sarjana MIPA,
Universitas Jenderal Soedirman, Purwokerto.
2.2 Alat Dan Bahan
Alat dan bahan yang diperlukan dalam praktikum ini
adalah:
Ø
1 Unit sel photovoltaic ( ukuran 20 mm x 20 mm )
Ø 1
Buah Metra Max 2 untuk Voltmeter
Ø
1 Buah MMD untuk Ammeter
Ø 1 Rheostat ( tahanan geser )
Ø 1 Buah lampu Philip ( 23 Watt )
Ø
Beberapa kabel penghubung .
2.3 Prosedur Kerja
1. Menyusun rangkaian seperti pada gambar 3.
2. Menempatkan lampu philip di depan sel
surya pada jarak 25 cm.
3. Menyalakan lampu.
4. Mengatur tahanan geser Rs hingga diperoleh arus dan tegangan
sel surya.
5. Mencatat nilai tegangan yang terbaca
pada voltmeter.
6. Mencatat nilai arus yang terbaca
pada ampermeter.
7. Menggambarkan kurva V terhadap I.
8. Mengulangi semua prosedur diatas untuk
intensitas cahaya yang berbeda.
Diagram Alir
BAB III
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Hasil Praktikum
intensitas1
|
intensitas2
|
intensitas3
|
|
V (volt)
|
I (mA)
|
I (mA)
|
I (mA)
|
0
|
0,51
|
0,43
|
0,3
|
0,05
|
0,51
|
0,43
|
0,3
|
0,1
|
0,51
|
0,44
|
0,3
|
0,15
|
0,5
|
0,43
|
0,29
|
0,2
|
0,5
|
0,43
|
0,29
|
0,25
|
0,5
|
0,43
|
0,29
|
0,3
|
0,5
|
0,43
|
0,29
|
0,35
|
0,5
|
0,42
|
0,29
|
0,4
|
0,5
|
0,42
|
0,29
|
0,45
|
0,5
|
0,42
|
0,29
|
0,5
|
0,5
|
0,42
|
0,29
|
0,55
|
0,49
|
0,42
|
0,28
|
0,6
|
0,49
|
0,41
|
0,28
|
0,65
|
0,48
|
0,41
|
0,28
|
0,7
|
0,48
|
0,41
|
0,28
|
0,75
|
0,46
|
0,4
|
0,27
|
0,8
|
0,46
|
0,39
|
0,26
|
0,85
|
0,45
|
0,38
|
0,26
|
0,9
|
0,43
|
0,36
|
0,24
|
0,95
|
0,42
|
0,34
|
0,23
|
1
|
0,4
|
0,33
|
0,22
|
1,05
|
0,38
|
0,31
|
|
1,1
|
0,36
|
0,3
|
|
1,15
|
0,33
|
0,26
|
|
1,2
|
0,3
|
0,25
|
|
1,25
|
0,27
|
Keterangan:
intensitas1 > intensitas2 > intensitas3
Gambar 4. Kurva karakteristik sel
surya untuk berbagai intensitas cahaya
v Penentuan ggl sel surya
Besarnya ggl sel surya dapat diperoleh
dari kurva karakteristik sel surya. Nilai ggl sel surya adalah tegangan ketika
tidak ada arus yang mengalir pada rangkaian sel surya (gambar 3). Berdasarkan kurva
karakteristik nilai tegangan sel surya pada saat arus sama dengan nol adalah
1,75 volt.
v Penentuan hambatan-dalam sel surya
Hambatan-dalam sel surya diperoleh dengan
menggunakan formula,
dengan Ess adalah
ggl sel surya yaitu sebesar 1,75 volt dan Isc
adalah arus keluaran sel surya ketika V
= 0. Nilai Isc bergantung pada intensitas cahaya yang mengenai permukaan sel
surya sehingga besarnya hambatan-dalam sel surya juga bergantung pada
intensitas cahaya. Nilai hambatan-dalam sel surya untuk berbagai tingkat
intensitas cahaya diperlihatkan pada tabel berikut:
3.2 Pembahasan
Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan
diperoleh kurva karakteristik sel surya yaitu seperti yang ditunjukkan pada
gambar 4. Kurva tersebut memperlihatkan hubungan antara arus keluaran terhadap
tegangan sel surya untuk tiga intensitas cahaya yang berbeda-beda. Dari gambar
4 terlihat bahwa arus keluaran sel surya sebanding dengan intensitas cahaya
yang mengenai sel surya. Semakin besar intensitas cahaya maka arus yang
dihasilkan sel surya semakin besar. Arus listrik yang dihasilkan cenderung
konstan dari tegangan 0 volt hingga 0.5 volt, sedangkan untuk tegangan diatas
0.5 volt arus menurun secara tajam sampai tidak ada arus yang mengalir (I = 0). Fenomena ini menunjukkan bahwa
sel surya optimal digunakan pada tegangan 0.5 volt karena pada tegangan ini sel
surya menghasilkan daya maksimum.
Besarnya ggl sel surya (Ess) merupakan tegangan maksimum yang
dihasilkan sel surya ketika sel surya disinari cahaya. Dari gambar 4 nilai ggl
sel surya adalah 1,75 volt. Berdasarkan kurva tersebut nilai ggl tidak
dipengaruhi oleh intensitas cahaya. Sedangkan nilai hambatan-dalam sel surya
tergantung pada intensitas cahaya. Berdasarkan praktikum besarnya
hambatan-dalam sel surya adalah 3,43 – 5,83 kΩ.
BAB IV
KESIMPULAN
Dari
praktikum yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:
1. Karakteristik sel surya sangat ditentukan
oleh intensitas cahaya yang jatuh pada permukaan sel. Semakin banyak intensitas
cahaya yang mengenai permukaan sel surya maka arus yang dihasilkan akan semakin
besar.
2. Besarnya ggl sel surya (Ess) adalah 1,75 volt.
3. Besarnya hambatan-dalam sel surya (r) adalah 3,43 – 5,83 kΩ
DAFTAR PUSTAKA
Krane, Kenneth S. 1992. Fisika Modern. Jakarta: UI Press.
Beaser, Arhtur. 1992. Konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga.
http://ec.europa.eu/research/energy/nn/nn_rt/nn_rt_pv/article_1105_en.htm
http://www.apec_vc.or.jp/feature-e/index.html
Ini gambarnya ko ngga ada ya?
BalasHapuscopas
BalasHapus