Pengujian Solar Panel (Solar cell) - part 1

Sel surya adalah divais yang mampu mengkonversi cahaya matahari menjadi energi listrik. Salah satu faktor yang mempengaruhi besarnya listrik yang dihasilkan adalah irradiance yang diterima sel surya. Irradiance sangat dipengaruhi oleh sudut permukaan sel terhadap matahari. Selain itu, material atau bayangan yang menutupi permukaan sel juga akan sangat mempengaruhi besarnya listrik yang dihasilkan. Faktor-faktor yang mempengaruhi nilai irradiance dijelaskan dalam praktikum ini.

1.      Pendahuluan

1.1  Tujuan

Tujuan praktikum ini adalah untuk mengetahui karakteristik panel sel surya berdasarkan pengaruh irradiance, temperatur, shading, dan reflektor.

1.2  Teori

Energi surya adalah energi yang didapat dengan mengubah energi panas surya (matahari) melalui peralatan tertentu menjadi sumber daya dalam bentuk lain. Teknik pemanfaatan energi surya mulai muncul pada tahun 1839, ditemukan oleh A.C. Becquerel. Ia menggunakan kristal silikon untuk mengkonversi radiasi matahari, namun sampai tahun 1955 metode itu belum banyak dikembangkan.

Sel surya atau juga sering disebut fotovoltaik adalah divais yang mampu mengkonversi langsung cahaya matahari menjadi listrik. Sel surya bisa disebut sebagai pemeran utama untuk memaksimalkan potensi sangat besar energi cahaya matahari yang sampai ke bumi, walaupun selain dipergunakan untuk menghasilkan listrik, energi dari matahari juga bisa dimaksimalkan energi panasnya melalui sistem surya thermal.

Sel surya dapat dianalogikan sebagai divais dengan dua terminal atau sambungan, dimana saat kondisi gelap atau tidak cukup cahaya berfungsi seperti dioda, dan  saat disinari dengan cahaya matahari dapat menghasilkan tegangan. Ketika disinari, umumnya satu sel surya komersial menghasilkan tegangan dc sebesar 0,5 sampai 1 volt, dan arus short-circuit dalam skala  milliampere per cm². Besar tegangan dan arus ini tidak cukup untuk berbagai aplikasi, sehingga umumnya sejumlah sel surya disusun secara seri membentuk modul surya. Satu modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya, dan total menghasilkan tegangan dc sebesar 12 V dalam kondisi penyinaran standar (Air Mass 1.5). Modul surya tersebut bisa digabungkan secara paralel atau seri untuk memperbesar total tegangan dan arus outputnya sesuai dengan daya yang dibutuhkan untuk aplikasi tertentu. Gambar dibawah menunjukan ilustrasi dari modul surya.

Gambar 1.1 Bentuk Fisik Sel Surya

Terdapat dua jenis panel untuk mengkonversi energi matahari. Pertama, modul sel surya yang menggunakan sel-sel surya untuk mengkonversi sinar matahari menjadi listrik. Kedua, surya thermal collector yang prinsip kerjanya mengumpulkan panas dari radiasi elektromagnetik matahari baik berupa flat plate collector  pada instalasi pemanas airrumah tangga, atau yang lebih kompleks menggunakan rangkaian reflektor yang disusun secara khusus (model parabolik, piramid, power tower,dsb) guna memfokuskan sinar matahari ke satu titik untuk memanaskan air atau fluida lain, yang uapnya lantas digunakan untuk pembangkit listrik.

Prinsip Kerja Sel surya

Secara sederhana, cara kerja panel surya PV dalam mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik dapat dirangkum ke dalam tiga urutan proses konversi: 

1. Ketika foton yang terdapat pada sinar matahari mengenai sel-sel PV pada panel surya, sebagian akan diserap oleh material semikonduktor (silikon). Energi dari foton yang diserap itu dengan demikian juga ditransfer kepada semikonduktor.

2. Elektron-elektron yang terkena tumbukan energi foton akan terlepas dari atom,membuat mereka mengalir secara bebas dan dengan demikian menciptakan arus listrik. Komposisi dan desain khusus pada sel-sel PV mengarahkan elektron-elektron tersebut agar mengalir sesuai jalur yang dikehendaki.

3. Kontak/penghubung logam pada bagian atas dan bawah sel-sel surya menyalurkan keluar listrik arus searah (direct current, DC ) yang dihasilkan untuk digunakan sesuai kepentingan.

Secara detil, proses yang terjadi sesungguhnya jauh lebih rumit. Namun ketiga urutan langkah di atas menggambarkan secara sederhana apa yang terjadi di dalam sebuah panel surya ketika mereka bekerja keras mengubah sinar matahari menjadi listrik yang bermanfaat buat kepentingan manusia.

  Gambar 1.2. Sel surya

Pada umumnya, untuk memperkenalkan cara kerja sel surya secara umum, ilustrasi dibawah ini menjelaskan segalanya tentang proses konversi cahaya matahari menjadi energi listrik.

Gambar 1.3 Ilustrasi konversi energi matahari