|
Photovoltaic
|
|
Yulita Inayatus Shiddiqah, Budiana
Jurusan Fisika, Fakultas MIPA Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Jl. Arief
Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: vivat.itsku@gmail.com |
Abstrak—Telah dilakukan percobaan Photovoltaic dengan tujuan untuk
menjelaskan fenomena photovoltaic pada solar cell, mengetahui pengaruh
intensitas cahaya lampu pijar terhadap daya output solar cell, mengetahui
pengaruh lebar solar cell terhadap daya output solar cell, serta mengetahui
pengauh panjang gelombang cahaya terhadap daya output solar cell. Cara
melakukan percobaan adalah; pertama yang dilakukan dalam praktikum ini yaitu
disiapkan peralatan-peralatan yang diperlukan dalam
praktikum ini yaitu solar cell 2,5 cm x 5,2 cm, solar
cell 5,2 cm x 5,2 cm, circuit diagram, lighting module, base unit, filter warna
merah, kuning, biru, sebuah multimeter, power supply, test lead black, dan test
lead red. Percobaan ini terdiri dari dua metode, yaitu metode
pengukuran arus dan metode pengukuran tegangan. Sebelum memulai percobaan,
mengkalibrasi power supply terlebih dahulu dengan multimeter. Kemudian
ditentukan nilai Vin yaitu 1,587 volt, 2,222 volt, 3,225 volt, dan 4,06 volt. Sumber
cahaya yang digunakan disini ialah lampu polikromatik dengan tegangan 2.5 volt. Pada pengukuran arus, multimeter dirangkai seri dengan
solar cell seperti pada gambar 2.1. Percobaan
dilakukan sebanyak 3 kali dengan filter warna yang tersedia dan dengan solar
cell yang berbeda ukuran. Sehingga didapatkan nilai Iout nya. Sedangkan pada
pengukuran tegangan, multimeter dirangkai parallel dengan solar cell seperti
pada gambar 2.2. Kemudian
langkahnya sama dengan pengukuran arus yaitu melakukan percobaan sebanyak 3
kali dan menggunakan filter warna yang tersedia dan solar cell yang berbeda
ukuran. Kemudian didapatkan nilai Vout nya. Dari percobaan photovoltaic dapat disimpulkan bahwa
Fenomena pada solar cell yaitu cahaya (foton) jatuh pada
permukaan solar cell yang terbuat dari semikonduktor,
energi foton ini ditransfer ke
elektron sehingga elektron tereksitasi
dan terjadi aliran arus dalam semikonduktor. Kemudian arus ini di alirkan ke rangkaian
sehingga menjadi pembangkit listrik. Dan dari data yang didapatkan dapat disimpulkan semakin
besar intensitas cahaya maka
daya output solar cell juga akan semakin besar dan semakin lebar solar cell maka daya output solar cell juga semakin
besar. Serta semakin panjang gelombang cahaya, semakin besar daya output solar cell, padahal berdasarkan teori yang masih berlaku bila panjang gelombang cahaya semakin besar maka daya
output solar cell akan semakin kecil.
|
|
Kata Kunci—photovoltaic, solar cell, panjang gelombang,
tegangan, arus, daya.
|
P
|
I. PENDAHULUAN
enggunaan energi secara berlebihan serta terus menerus membuat bumi semakin
mengalami kerusakan setiap harinya. Maka diperlukan sebuah energi alternatif
untuk dapat tetap memenuhi kebutuhan energi umat manusia. Salah satu sumber
energi alternatif adalah solar cell.
Solar cell mampu
mengkonversikan cahaya menjadi energi listrik. Solar cell merupakan sebuah
piranti yang digunakan untuk mengkonversi cahaya menjadi energi listrik. solar
cell dirancang untuk mengubah minimal
sebagian cahaya yang tersedia kedalam energi listrik. Solar cell tidak
menggunakan reaksi kimia maupun gerak mekanik. Solar cell tersusun dari bahan semikonduktor, pada dasarnya hanya
sambungan P-N photodiode dengan daerah sensitif
terhadap cahaya yang sangat luas. Efek photovoltaic yang menyebabkan
solar cell mengubah cahaya langsung kedalam energi listrik, terjadi di 3
lapisan konversi energi. Lapisan pertama yang digunakan untuk mengubah energi
di dalam solar cell adalah lapisan penghubung atas (terbuat dari semikonduktor
tipe-N). Lapisan selanjutnya di dalam susunan solar cell adalah inti dari alat ini yaitu lapisan peredam (penghubung
P-N). Lapisan pengubah energi terahir adalah lapisan penghubung bawah (terbuat
dari semikonduktor tipe-P).
Cahaya matahari tersusun dari foton atau
paket energi. Foton sendiri terdiri dari bermacam sejumlah energi yang
berhubungan dengan panjang gelombang cahaya yang berbeda. Ketika foton
membentur solar cell, mungkin dipantulkan atau diserap, atau bahkan diteruskan. [1]
Dalam Tumbukan foton dapat dipandangkan sebagai sebuah partikel yang
kehilangan sejumlah energi yang besarnya sama dengan energi kinetik k yang
diterima oleh elektron, walaupun sebenernya kita mengamati dua foton yang
berbeda. Karena energi foton ialah hv, momentumnya adalah:[4]
=
......................................(1.1)
Semikonduktor memiliki sifat-sifat penghantar
yang berada diantara isolator dan konduktor. Semikonduktor yang belum
mendapatkan pengotoran (doping) disebut semikonduktor instinsik (murni).
Beberapa semikonduktor yang terdoping disebut semikonduktor ekstrinsik, dan
mendasari perangkat-perangkat semikonduktor. Jika pembawa muatan utamanya
adalah elektron, material tersebut dinamakan semikonduktor tipe-n (dari kata “negatif”); sedangkan jika lubang
yang bertindak sebagai pembawa muatannya, maka material tersebut dinamakan
semikonduktor tipe-p (dari kata
“positif”). [3]
II. METODE
Pada percobaan photovoltaic
hal pertama yang dilakukan dalam praktikum ini yaitu disiapkan peralatan-peralatan yang diperlukan dalam
praktikum ini yaitu solar cell 2,5
cm x 5,2 cm, solar cell 5,2 cm x 5,2 cm, circuit diagram, lighting module, base
unit, filter warna merah, kuning, biru, sebuah multimeter, power supply, test
lead black, dan test lead red. Percobaan ini terdiri dari dua metode,
yaitu metode pengukuran arus dan metode pengukuran tegangan. Sebelum memulai
percobaan, mengkalibrasi power supply terlebih dahulu dengan multimeter.
Kemudian ditentukan nilai Vin yaitu 1,587 volt, 2,222 volt, 3,225 volt, dan 4,06
volt. Sumber cahaya yang digunakan disini ialah lampu polikromatik dengan
tegangan 2.5 volt.
Pada
pengukuran arus, multimeter dirangkai seri dengan solar cell seperti pada
gambar 2.1. Percobaan
dilakukan sebanyak 3 kali dengan filter warna yang tersedia dan dengan solar
cell yang berbeda ukuran. Sehingga didapatkan nilai Iout nya. Sedangkan pada
pengukuran tegangan, multimeter dirangkai parallel dengan solar cell seperti
pada gambar 2.2. Kemudian
langkahnya sama dengan pengukuran arus yaitu melakukan percobaan sebanyak 3
kali dan menggunakan filter warna yang tersedia dan solar cell yang berbeda
ukuran. Kemudian didapatkan nilai Vout nya. Berikut flowchart untuk percobaan photovoltaic
|
start
|
|
Rangkaian disusun pararel
|
|
Rangkaian disusun seri
|
|
Alat dan bahan disusun seperti
gambar 2.1
|
|
Alat dan bahan disusun seperti
gambar 2.2
|
|
Dihitung nilai Iout
|
|
Dihitung nilai Vout
|
|
Percobaan diulangi sebanyak 3 kali
|
|
Solar cell sudah dipakai semua
|
|
Ganti tegangan input
|
|
|
|
Ganti filter
finish
|
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari
percobaan photovoltaic didapatkan data Vinput, Voutput, Iout, dan Pout sebagai
berikut
Tabel
3.1. Data yang dihasilkan
oleh solar
cell kecil dengan filter
warna merah.
|
No.
|
Vin (v)
|
Vout (v)
|
Iout (A)
|
Pout (watt)
|
|
1
|
1,587
|
0,423
|
0,003
|
0,001269
|
|
2
|
0,423
|
0,003
|
0,001269
|
|
|
3
|
0,423
|
0,003
|
0,001269
|
|
|
4
|
2,222
|
0,468
|
0,011
|
0,005148
|
|
5
|
0,468
|
0,011
|
0,005148
|
|
|
6
|
0,467
|
0,011
|
0,005137
|
|
|
7
|
3,225
|
0,504
|
0,03
|
0,01512
|
|
8
|
0,504
|
0,031
|
0,015624
|
|
|
9
|
0,504
|
0,031
|
0,015624
|
|
|
10
|
4,06
|
0,522
|
0,052
|
0,027144
|
|
11
|
0,522
|
0,052
|
0,027144
|
|
|
12
|
0,522
|
0,052
|
0,027144
|
|
Tabel
3.2. Data yang dihasilkan
oleh solar
cell kecil dengan filter
warna kuning.
|
No.
|
Vin (v)
|
Vout (v)
|
Iout (A)
|
Pout (watt)
|
|
1
|
1,587
|
0,411
|
0,003
|
0,001233
|
|
2
|
0,411
|
0,003
|
0,001233
|
|
|
3
|
0,411
|
0,002
|
0,000822
|
|
|
4
|
2,222
|
0,457
|
0,008
|
0,003656
|
|
5
|
0,457
|
0,008
|
0,003656
|
|
|
6
|
0,457
|
0,008
|
0,003656
|
|
|
7
|
3,225
|
0,496
|
0,024
|
0,011904
|
|
8
|
0,497
|
0,024
|
0,011928
|
|
|
9
|
0,496
|
0,024
|
0,011904
|
|
|
10
|
4,06
|
0,514
|
0,041
|
0,021074
|
|
11
|
0,514
|
0,040
|
0,02056
|
|
|
12
|
0,514
|
0,040
|
0,02056
|
Tabel
3.3. Data yang dihasilkan
oleh solar
cell kecil dengan filter
warna biru.
|
No.
|
Vin (v)
|
Vout (v)
|
Iout (A)
|
Pout (watt)
|
|
1
|
1,587
|
0,406
|
0,002
|
0,000812
|
|
2
|
0,406
|
0,002
|
0,000812
|
|
|
3
|
0,406
|
0,002
|
0,000812
|
|
|
4
|
2,222
|
0,453
|
0,007
|
0,003171
|
|
5
|
0,453
|
0,007
|
0,003171
|
|
|
6
|
0,453
|
0,007
|
0,003171
|
|
|
7
|
3,225
|
0,490
|
0,021
|
0,01029
|
|
8
|
0,490
|
0,021
|
0,01029
|
|
|
9
|
0,489
|
0,021
|
0,010269
|
|
|
10
|
4,06
|
0,508
|
0,035
|
0,01778
|
|
11
|
0,508
|
0,035
|
0,01778
|
|
|
12
|
0,508
|
0,035
|
0,01778
|
Tabel
3.4. Data yang dihasilkan
oleh solar
cell besar dengan filter
warna merah.
|
No.
|
Vin (v)
|
Vout (v)
|
Iout (A)
|
Pout (watt)
|
|
1
|
1,587
|
0,368
|
0,006
|
0,002208
|
|
2
|
0,3673
|
0,006
|
0,0022038
|
|
|
3
|
0,3672
|
0,006
|
0,0022032
|
|
|
4
|
2,222
|
0,442
|
0,019
|
0,008398
|
|
5
|
0,441
|
0,019
|
0,008379
|
|
|
6
|
0,440
|
0,019
|
0,00836
|
|
|
7
|
3,225
|
0,495
|
0,052
|
0,02574
|
|
8
|
0,494
|
0,052
|
0,025688
|
|
|
9
|
0,493
|
0,052
|
0,025636
|
|
|
10
|
4,06
|
0,517
|
0,091
|
0,047047
|
|
11
|
0,516
|
0,091
|
0,046956
|
|
|
12
|
0,516
|
0,091
|
0,046956
|
Tabel
3.5. Data yang dihasilkan
oleh solar
cell besar dengan filter
warna kuning.
|
No.
|
Vin (v)
|
Vout (v)
|
Iout (A)
|
Pout (watt)
|
|
1
|
1,587
|
0,3498
|
0,005
|
0,001749
|
|
2
|
0,3491
|
0,005
|
0,0017455
|
|
|
3
|
0,3488
|
0,005
|
0,001744
|
|
|
4
|
2,222
|
0,423
|
0,015
|
0,006345
|
|
5
|
0,422
|
0,015
|
0,00633
|
|
|
6
|
0,422
|
0,015
|
0,00633
|
|
|
7
|
3,225
|
0,482
|
0,040
|
0,01928
|
|
8
|
0,482
|
0,040
|
0,01928
|
|
|
9
|
0,481
|
0,040
|
0,01924
|
|
|
10
|
4,06
|
0,505
|
0,070
|
0,03535
|
|
11
|
0,506
|
0,070
|
0,03542
|
|
|
12
|
0,506
|
0,070
|
0,03542
|
Tabel
3.6. Data yang dihasilkan
oleh solar
cell besar dengan filter
warna biru.
|
No.
|
Vin (v)
|
Vout (v)
|
Iout (A)
|
Pout (watt)
|
|
1
|
1,587
|
0,3423
|
0,004
|
0,0013692
|
|
2
|
0,3421
|
0,004
|
0,0013684
|
|
|
3
|
0,342
|
0,004
|
0,001368
|
|
|
4
|
2,222
|
0,414
|
0,013
|
0,005382
|
|
5
|
0,414
|
0,013
|
0,005382
|
|
|
6
|
0,414
|
0,013
|
0,005382
|
|
|
7
|
3,225
|
0,474
|
0,035
|
0,01659
|
|
8
|
0,474
|
0,035
|
0,01659
|
|
|
9
|
0,474
|
0,035
|
0,01659
|
|
|
10
|
4,06
|
0,498
|
0,061
|
0,030378
|
|
11
|
0,498
|
0,061
|
0,030378
|
|
|
12
|
0,498
|
0,061
|
0,030378
|
Pada percobaan ini selain digunakan tegangan sumber
yang berbeda-beda, yaitu 1,587 volt,
2,222 volt, 3,225 volt, dan 4,06 volt, digunakan juga lampu dengan
tegangan 2,5 volt arus 1 ampere. Sehingga lampu memiliki nilai daya 2,5 watt.
Daya ini disebut sebagai daya input. Tegangan yang diberikan masih dalam
batas normal karena tidak melebihi tegangan maksimum lampu. Variasi tegangan
sumber ini bermaksud untuk memberikan variasi intensitas cahaya lampu yang
diserap oleh solar cell. Berdasarkan data pada tabel diatas, semakin besar intensitas
cahaya lampu yang ditunjukkan dengan semakin besarnya tegangan sumber, maka
daya output solar cell juga semakin besar.
Dari tabel diatas dapat dibuat
grafik berupa hubungan antara daya output dengan tegangan input sebagai
berikut.
Grafik 3.1 grafik
tegangan input terhadap daya output pada solar cell
Kecil
Grafik 3.1 grafik
tegangan input terhadap daya output pada solar cell
Besar
Dari grafik diatas dapat kita
ketahui bahwa daya output berbanding lurus dengan tegangan input. Artinya
semakin besar tegangan yang diberikan maka daya yang dihasilkan juga akan
semakin besar. Ini sesuai dengan persamaan yang menyatakan bahwa daya sama
dengan tegangan dikalikan dengan arus.
Variasi yang dilakukan
pada praktikum ini juga pada luasan solar cell. Dengan membandingkan data daya
output solar cell kecil dan besar. menunjukkan bahwa daya
output solar cell 2 lebih besar dari pada solar cell 1. Sedangkan variasi
filter warna bertujuan untuk membedakan
panjang gelombang cahaya. Berdasarkan data pada tabel, semakin besar
panjang gelombang semakin besar pula daya output solar cell. Data ini bertolak
belakang dengan teori. Berdasarkan teori, semakin besar panjang gelombang,
energinya semakin kecil dan daya output solar cell juga semakin kecil. Sehingga
pada percobaan kali ini, belum bisa membuktikan kebenaran teori tersebut.
Faktor yang memungkinkan terjadinya kesalahan ini adalah adanya faktor-faktor mikroskopis yang dalam
percobaan ini nilainya diabaikan.
II. KESIMPULAN
Dari percobaan photovoltaic
ini dapat disimpulkan bahwa Fenomena pada solar cell yaitu cahaya (foton) jatuh pada permukaan solar cell
yang terbuat dari semikonduktor, energi
foton ini ditransfer
ke elektron sehingga elektron
tereksitasi dan terjadi aliran
arus dalam semikonduktor. Kemudian
arus ini di alirkan ke rangkaian sehingga menjadi pembangkit listrik. Dan dari data
yang didapatkan dapat disimpulkan semakin besar intensitas cahaya maka daya output solar
cell juga akan semakin besar
dan semakin lebar solar cell
maka daya output solar cell juga semakin besar. Serta semakin panjang gelombang cahaya, semakin besar daya output solar cell, padahal berdasarkan teori yang masih berlaku bila panjang gelombang cahaya semakin
besar maka daya output solar cell akan semakin kecil.
UCAPAN TERIMA KASIH
penulis mengucapkan terima kasih kepada asisten Budiana, Friska ayu fitrianti, dan
Setiawan Abdillah. rekan-rekan praktikan dan semua pihak terkait praktikum Photovoltaic dalam melakukan percobaan dan penyelesaian laporan ini
DAFTAR
PUSTAKA
[1]
Beiser,
Liong. 2003. “Konsep Fisika Modern”. Erlangga,Jakarta
[2]
Merrigan, Joseph A, "Prospects for Solar Energy
Conversion by Photovoltaics" The MIT Press Cambridge, England, pp. 34, 1975.
[3]
Savin, Gautreau, “Schaum’s Outline of Theory and
Problem of Modern Physics, second edition” Erlangga, Jakarta, pp.258, 2006.
[4]
Weber,
white, dan manning. 1959. “Physics for Science and Engineering”. Mc Graw-Hill
Book Company,Inc,London.
0 komentar:
Posting Komentar