ABSTRA

BAB I
1.1.Latar belakang permasalahan
Energi adalah satu kata yang mempunyai makna sangat luas karena tidak
ada aktivitas di alam raya ini yang bergerak tanpa energi dan itulah sebabnya kata
salah seorang professor di Jepang bahwa hampir semua perselisihan di dunia ini,
berpangkal pada perebutan sumber energi.Secara umum sumber energi
dikategorikan menjadi dua bagian yaitu non-renewable energy dan renewable
energy.
Sumber energi fosil adalah termasuk kelompok yang pertama yang
sebagaian besar aktivitas di dunia ini menggunakan energi konvensional ini.
Sekitar tahun delapan puluhan ketika para ahli di Indonesia menawarkan sumber
energi alternatif yang banyak digunakan di negara maju yaitu nuklir, banyak erjadi
pertentangan dan perdebatan yang cukup panjang sehingga mengkandaskan
encana penggunaan sumber energi yang dinilai sangat membahayakan itu.
Diantara usulan yang banyak dilontarkan kala itu adalah mengapa kita tidak
menggunakan sumber energi surya. Memang tidak diragukan lagi bahwa solar cell
adalah salah satu sumber energi yang ramah lingkungan dan sangat menjanjikan
pada masa yang akan datang, karena tidak ada polusi yang dihasilkan selama
proses konversi energi, dan lagi sumber energinya banyak tersedia di alam, yaitu
sinar matahari, terlebih di negeri tropis semacam Indonesia yang menerima sinar
matahari sepanjang tahun.
permasalahan mendasar dalam teknologi solar cell adalah efisiensi yang
sangat rendah dalam merubah energi surya menjadi energi listrik, yang sampai
saat ini efisiensi tertinggi yang bisa dicapai tidak lebih dari 20%, itupun dalam skala
laboratoriumUntuk itu di negara-negara maju, penelitian tentang solar cell ini
mendapatkan perhatian yang
sangat
besar, terlebih dengan isu bersih
ingkunganyang marak digembar gemborkan saat ini baik oleh pemerintah maupun
pemerhati lingkungan di seluruh Dunia.
1
1.2 Maksud dan tujuan
Maksud dan tujuan dari penulisan proyek akhir ini adalah membahas penggunaan
Cell surya sebagai sumber energi listrik pada BTS
1.3 Pokok permasalahan
Pokok permasalahan dalam pembahasan proyek akhir ini adalah
perhitungan besaran daya listrik yang dibutuhkan sebuah BTS,pada siang dan
malam hari,sebab cell surya hanya dapat menghasilkan energi listrik pada siang
hari saja.
1.4 Batasan permasalahan
Dalam pembahasan proyek akhir ini penulis hanya menitik beratkan pada
perhitungan rangkaian cellsurya yang disusun secara seri dan parallel sehingga
menghasilkan besaran daya listrik untuk sebuah BTS,kemudian akan dibahas juga
perbandingan biaya penggunaan cell surya dengan penggunaan daya listrik PLN
1.4 Landasan teori
Landasan teori yang digunakan pada pembahasan proyek akhir ini ialah
pengetahuan tentang cell surya,dalam pembahasan proyek akhir ini penulis akan
memfokuskan pada perhitungan daya cell surya untuk kebutuhan daya power
suplay pada sebuah BTS
1.6 Sistematika penulisn
Sistematika penulisan proyek akhir ini dari awal sampai akhir adalah sbb:
BAB I :Meliputi tentang latar belakang dari pembahasan proyek akhir,maksud dan
tujuan,pokok permasalahan,batasan permasalahan,landasan teori.dan sistematika
penulisan
BAB II :Pengenalan tentang prinsip kerja cell surya,konfersi cahaya menjadi energi
listrik, pembahasan perhitungan daya dan evisiensi dan penyimpangan arus
2
BAB III
:Perhitungan daya tegangan maksimum,arus yang dibutuhkan,sesuai
dengan kebutuhan BTS
BAB IV
:membahas tentang analisa perhitungan biaya yang dibutuhkan dalam
perancangan daya listrik cell surya
BAB V
:Penutup,saran dan kesimpulan dari proyek akhir
3
BAB II
2.1.Prinsip kerja cell surya
Solar cell, sama dengan sebuah dioda, terdiri dari dua lapisan yang
dinamakan PN juction. PN junction itu diperoleh dengan jalan menagnodai
sebatang bahan semikonduktor silikon murni ( valensinya 4 ) dengan impuriti yang
bervalensi 3 pada bagian sebelah kiri, dan yang di sebelah kanan di anodai
dengan impuriti bervalensi 5.
Sehingga pada bagian kiri terbentuk silikon yang tidak murni lagi dan dinamakan
silikon jenis P, sedangkan yang sebelah kanan dinamakan silikon jenis N. Di dalam
silikon murni terdapat dua macam pembawa muatan listrik yang seimbang.
Pembawa muatan listrik yang positip dinamakan hole, sedangkan yang negatip
dinamakan elektron. Setelah dilakukan proses penodaan itu, di dalam silikon jenis
P terbentuk hole ( pembawa muatan listrik positip ) dalam jumlah yang sangat
besar dibandingkan dengan elektronnya. Oleh karena itu di dalam silikon jenis P
hole merupakan pembawa muatan mayoritas, sedangkan elektron merupakan
pembawa muatan minoritas. Sebaliknya, di dalam silikon jenis N terbentuk elektron
dalam jumlah yang sangat besar sehingga disebut pembawa muatan mayoritas,
dan hole disebut pembawa muatan minoritas.
Di dalam batang silikon itu terjadi pertemuan antara bagian P dan bagian N.
Oleh karena itu dinamakan PN junction. Bila sekarang, bagian P dihubungkan
dengan kutub positip dari sebuah batere, sedangkan kutub negatipnya
dihubungkan dengan bagian N, maka terjadi hubungan yang dinamakan "forward
bias".Dalam keadaan forward bias, di dalam rangkaian itu timbul arus listrik yang
disebabkan oleh kedua macam pembawa muatan. Jadi arus listrik yang mengalir
di dalam PN junction disebabkan , elektron yang bergerak di dalam bahan
konduktor dapat menimbulkan energi listrik. Dan energi listrik inilah yang disebut
sebagai arus listrik yang mengalir berlawanan arah dengan gerakan elektron.
Tapi, bila bagian P dihubungkan dengan kutup negatip dari batere dan bagian N
4
dihubungkan dengan kutub positipnya, maka sekarang terbentuk hubungan yang
dinamakan "reverse bias". Dengan keadaan seperti ini, maka hole ( pembawa
muatan positip ) dapat tersambung langsung ke kutub positip, sedangkan elektron
juga langsung ke kutub positip. Jadi, jelas di dalam PN junction tidak ada gerakan
pembawa muatan mayoritas baik yang hole maupun yang elektron. Sedangkan
pembawa muatan minoritas (elektron) di dalam bagian P bergerak berusaha untuk
mencapai kutub positip batere. Demikian pula pembawa muatan minoritas ( hole )
di dalam bagian N juga bergerak berusaha mencapai kutub negatip. Karena itu,
dalam keadaan reverse bias, di dalam PN junction ada juga arus yang timbul
meskipun dalam jumlah yang sangat kecil ( mikro ampere ). Arus ini sering disebut
dengan reverse saturation current atau leakage current ( arus bocor ).
2.2 Konversi dalam bentuk gambar
1. Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung.
GAMBAR I
2. Sesaat setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan
elektron-elektron dari semikonduktor n menuju semikonduktor p, dan
perpindahan hole dari semikonduktor p menuju semikonduktor n.
5
Perpindahan elektron maupun hole ini hanya sampai pada jarak tertentu
dari batas sambungan awal
GAMBARII
3. Elektron dari semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor p
yang mengakibatkan jumlah hole pada semikonduktor p akan berkurang.
4. Daerah ini akhirnya berubahmenjadilebihbermuatanpositif..Pada saat yang
sama. hole dari semikonduktor p bersatu dengan elektron yang ada pada
semikonduktor n yang mengakibatkan jumlah elektron di daerah ini
berkurang. Daerah ini akhirnya lebih bermuatanpositif.
GAMBARIII
Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion region)
ditandai dengan huruf W.
6
5. Baik elektron maupun hole yang ada pada daerah deplesi disebut dengan
pembawa muatan minoritas (minority charge carriers) karena
keberadaannya di jenis semikonduktor yang berbeda.
6. Dikarenakan adanya perbedaan muatan positif dan negatif di daerah
deplesi, maka timbul dengan sendirinya medan listrik internal E dari sisi
positif ke sisi negatif, yang mencoba menarik kembali hole ke
semikonduktor p dan elektron ke semikonduktor n. Medan listrik ini
cenderung berlawanan dengan perpindahan hole maupun elektron pada
awal terjadinya daerah deplesi (nomor 1 di atas).
GAMBAR IV
7. Adanya medan listrik mengakibatkan sambungan pn berada pada titik
setimbang, yakni saat di mana jumlah hole yang berpindah dari
semikonduktor p ke n dikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik
kembali kearah semikonduktor p akibat medan listrik E. Begitu pula dengan
jumlah elektron yang berpindah dari smikonduktor n ke p, dikompensasi
dengan mengalirnya kembali elektron ke semikonduktor n akibat tarikan
medan listrik E. Dengan kata lain, medan listrik E mencegah seluruh
elektron
dan
hole
berpindah
dari
semikonduktor
yang
satu
ke
semiikonduktor yang lain.
8. Pada sambungan p-n inilah proses konversi cahaya matahari menjadi listrik
terjadi.
7
Untuk keperluan sel surya, semikonduktor n berada pada lapisan atas
sambungan p yang menghadap kearah datangnya cahaya matahari, dan
dibuat jauh lebih tipis dari semikonduktor p, sehingga cahaya matahari
yang jatuh ke permukaan sel surya dapat terus terserap dan masuk ke
daerah deplesi dan semikonduktor p.
GAMBAR V
Ketika sambungan semikonduktor ini terkena cahaya matahari, maka elektron
mendapat
energi
dari
cahaya
matahari
untuk
melepaskan
dirinya
dari
semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor. Terlepasnya elektron ini
meninggalkan hole pada daerah yang ditinggalkan oleh elektron yang disebut
dengan
fotogenerasi
elektron-hole
(electron-hole
photogeneration)
terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat cahaya matahari.
8
yakni,
GAMBAR VI
Cahaya matahari dengan panjang gelombang (dilambangkan dengan simbol
“lambda” sbgn di gambar atas ) yang berbeda, membuat fotogenerasi pada
sambungan pn berada pada bagian sambungan pn yang berbeda pula.
Spektrum merah dari cahaya matahari yang memiliki panjang gelombang lebih
panjang, mampu menembus daerah deplesi hingga terserap di semikonduktor p
yang akhirnya menghasilkan proses fotogenerasi di sana. Spektrum biru dengan
panjang gelombang yang jauh lebih pendek hanya terserap di daerah
semikonduktor n.
Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan pn terdapat medan listrik E, elektron
hasil fotogenerasi tertarik ke arah semikonduktor n, begitu pula dengan hole yang
tertarik ke arah semikonduktor p.
Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka
elektron akan mengalir melalui kabel. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan ke
9
kabel, lampu tersebut menyala dikarenakan mendapat arus listrik, dimana arus
listrik ini timbul akibat pergerakan elektron.
GAMBAR VII
Pada umumnya, untuk memperkenalkan cara kerja sel surya secara umum,
ilustrasi di bawah ini menjelaskan segalanya tentang proses konversi cahaya
matahari menjadi energi listrik.
GAMBAR VIII
10
2.3 Pembahasan perhitungan daya dan evisiensi
Sebelum mengetahui daya sesaat yang dihasilkan untuk kebutuhan,kita
harus mengetahui energi yang diterima, dimana energi tersebut adalah perkalian
intensitas radiasi yang diterima dengan luasan dengan persamaan :
E = Ir x A
dimana :
Ir = Intensitas radiasi matahari ( W/m2)
A = Luas permukaan (m2)
Sedangkan untuk besarnya daya sesaat yaitu perkalian tegangan dan arus
yang dihasilkan oleh sel fotovoltaik dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
P=VxI
dimana :
P = Daya (Watt),
I = Arus (Ampere)
V = Beda potensial (Volt)
Radiasi surya yang mengenai sel fotovoltaik dengan menggunakan alat
pyranometer adalah dalam satuan mV sehingga harus dikonversikan menjadi
W/m2 ,persamaan yang digunakan adalah :
Ir (mV)
Ir = _______ x 1000
(W/m2)
21,13
Efisiensi yang terjadi pada sel surya adalah merupakan perbandingan daya
yang dapat dibangkitkan oleh sel surya dengan energi input yang diperoleh dari
11
sinar
matahari.
Efisiensi
yang
digunakan
adalah
efisiensi
sesaat
pada
pengambilan data.
Output
η = _______ x 100 %
Input
Sehingga efisiensi yang dihasilkan :
P
ηsesaat = _______ x 100 %
Ir x A
dimana:
= Efisiensi (%)
Ir = Intensitas radiasi matahari (Watt/m2)
P = Daya listrik (Watt)
A = Luasan sel surya (m2)
Apabila pengguna menginginkan tegangan maupun arus yang lebih besar,
maka panel solar cell dapat dirangkai secara seri atau paralel maupun kombinasi
keduanya. Bila panel dirangkai seri maka tegangan yang naik tetapi bila dirangkai
paralel maka arus yang naik.
2.4 Penyimpanan Arus Listrik.
Setelah mendapatkan output dari solar cell yang berupa arus listrik dapat
langsung digunakan untuk beban yang dimanfaatkan. Tetapi juga arus listrik
tersebut dapat digunakan sebagai pengisian dengan cara disimpan ke dalam
baterai agar dapat dipergunakan pada saat yang diperlukan khususnya pada
malam hari karena tidak adanya sinar matahari.
12
Apabila solar cell tersebut digunakan untuk penyimpanan ke baterai, maka
besarnya tegangan yang dihasilkan harus diatas spesifikasi baterai tersebut.
Misalnya baterai yang digunakan adalah 12 Volt, maka tegangan yang dihasilkan
solar cell harus diatas 12 Volt untuk dapat melakukan pengisian.
Sebaiknya sebelum melaksanakan pengisian sebaiknya baterai dalam keadaan
kosong karena arus yang masuk akan dapat terisi dengan maksimal. Satuan
kapasitas suatu baterai adalah Ampere jam ( Ah ) dan biasanya karakteristik ini
terdapat pada label suatu baterai. Misalnya suatu baterai dengan kapasitas 10 Ah
akan terisi penuh selama 10 jam dengan arus output solar cell sebesar 1 Ampere.
13