Uji Karakteristik Arus Dan Tegangan Sel Fotovoltaik [PDF]

Citation preview

[L.1] UJI KARAKTERISTIK SEL FOTOVOLTAIK (HUBUNGAN ARUS DAN TEGANGAN) SALMA NUR I (K1C017025) & FAJAR MAULANA (K1C017029) Asisten : Ajeng Cantika Saraswati Tanggal Percobaan : 06/11/2019



Abstrak Praktikum uji karakteristik arus dan tegangan sel fotovoltaik bertujuan untuk mendeskripsikan bahwa karakteristik sel surya ditentukan oleh intensitas cahaya yang jatuh pada permukaan sel, melakukan pengukuran karakteristik sel surya terhadap variabel intensitas cahaya, dan menggambarkan grafik arus keluaran (I) terhadap tegangan (V) untuk berbagai intensitas. Pada praktikum ini digunakan sel surya atau sel fotovoltaik. Sumber yang digunakan pada praktikum ini ada dua yakni lampu pijar dan cahaya matahari langsung dengan nilai hambatan masing-masing sebesar 5720 luxmeter dan 46700 luxmeter. Diperoleh nilai arus keluaran sel surya dan nilai tegangan pada tahanan geser. Selain itu diperoleh pula nilai intensitas cahaya untuk kedua sumber yang digunakan. Nilai yang diperoleh tersebut akan diolah menjadi grafik hubungan antara tegangan(V) dengan arus keluaran(I). Kata kunci: Sel Surya, Sel Fotovoltaik, Tegangan, Arus Listrik. 1. PENDAHULUAN 1.1. Sel Surya Sel surya merupakan sebuah alat yang dapat mengubah energi cahaya menjadi energy lsitrik. Proses pengubahan energinya yaitu melalui efek fotolistrik di mana terpentalnya sejumlah electron pada permukaan sebuah logam ketika disinari seberkas cahaya. Sistem sel surya menggunakan energi sinar matahari untuk menghasilkan listrik, tanpa memerlukan bahan bakar. Tanpa ada bagian yang berputar, maka sistem sel surya hanya memerlukan sedikit perawatan. Panel surya juga sering disebut sebagai sel fotovoltaik (photovoltaic). Photovoltaic dapat diarikan sebagai cahaya listik. Kerja dari sel surya ditentukan pada efek photovoltaic untuk menyerap energi.



Gambar 2.1 Solar Cell Sel surya merupakan sebuah hamparan semikonduktr yang dapat menyerap foton dari sinar matahari dan diubah menjadi listrik. Sel surya terbuat dari potongan silikon yang berukuran sangat kecil yang dilapisi dengan bahan kimia khusus untuk membentuk dasar dari sel surya. Ketebalan dari se surya sendiri umumnya 0,3 mm yang terbuat dari irisan bahan semikonduktor dengan kutub postif serta kutub negatif. Di dalam sel surya



terdapat sambungan (function) antara dua buah lapisan yang tiis yang masing-masing terbuat dari bahan semikonduktor. Bahan semikonduktor yang digunakan adalah semikonduktor jenis “P” (positif) dan juga semikonduktor jenis “N” (negatif). Silikon berjenis P merupakan lapisan yang dibuat sangat tipis yang terletak pada permukaan sehingga cahay matahari dapat langsung menembus dan mencapai junction. Bagian P diberi lapisan nikel berbentuk cincin sebagai terminal untuk keluaran (output) positif. Di bagian bawah lapisan P terdapat bagian jenis N yang dilapisi pula oleh nikel sebagai keluaran (output) negatif. 1.2. Semikonduktor Semikonduktor adalah sebuah elemen dengan kemampuan listrik di antara sebuah konduktor dan isolator. (Albert Paul Malvino, 2003: 35). Sel surya adalah suatu perangkat yang memiliki kemampuan mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik dengan mengikuti prinsip photovoltaic, adanya energi dari cahaya (foton) pada panjang gelombang tertentu akan mengeksitasi sebagian elektron pada suatu material ke pita energi yang ditemukan oleh Alexandre Edmond Bacquerel (Belgia) pada 1894. Efek ini dapat timbul terutama pada semikonduktor listrik yang memiliki konduktivitas menengah dikarenakan sifat elektron di dalam material yang terpisah dalam pita-pita energi tertentu yang disebut pita konduksi dan pita valensi. Kedua pita energi tersebut berturut-turut dari yang berenergi lebih rendah adalah pita valensi dan pita konduksi, sedangkan keadaan tanpa elektron disebut dengan celah pita. Celah pita ini besarnya berbeda-beda untuk setiap material semikonduktor,tapi disyaratkan tidak melebihi 3 atau 4 eV (1 eV = 1,60 x 10-19 J).



Laporan Praktikum – Laboratorium Elektronika, Instrumentasi dan Geofisika – FMIPA Unsoed



1



Berdasarkan teori Maxwell mengenai radiasi elektromagnet, cahaya dapat dianggap sebagai spektrum gelombang elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang yang berbeda. Pendekatan yang berbeda dijabarkan oleh Einstein bahwa efek fotovoltaik menandakan bahwa cahaya merupakan partikel diskret. Persamaan dualitas cahaya sebagai partikel dan gelombang dapat dituliskan sebagai berikut : 𝐸=



ℎ. 𝑐 = ℎ. 𝑓 𝜆



Dengan cahaya pada frekuensi (f) atau panjang gelombang datang ( 𝜆) dalam bentuk paket-paket foton dengan energi sebesar E. h adalah konstanta Planck (6,625 x 10-34 Js) dan c adalah kecepatan cahaya (3 x 108 m/s).



menyerap sebagian radiasi dengan panjang gelombang yang lebih panjang (inframerah). Selain pengurangan radiasi bumi yang langsung atau sorotan oleh penyerapan tersebut, masih ada radiasi yang dipencarkan oleh molekul-molekul gas, debu, dan uap air dalam atmosfer sebelum mencapai bumi yang disebut sebagai radiasi sebaran. Pada waktu pagi dan sore radiasi yang sampai permukaan bumi intensitasnya kecil. Hal ini disebabkan arah sinar matahari tidak tegak lurus dengan permukaan bumi (membentuk sudut tertentu) sehingga sinar matahari mengalami peristiwa difusi oleh atmosfer bumi.



1.3. Tegangan Open Circuit (Voc) Voc adalah tegangan yang dibaca saat arus tidak mengalir atau saat arus (I) sama dengan nol. Untuk mencapai keadaan ini adalah dengan cara menghubungkan kutub positif dan kutub negatif modul surya dengan voltmeter, sehingga nilai yang akan terbaca adalah nilai tegangan open circuit sel surya.



Gambar 2.2 Radiasi sorotan dan radiasi sebaran yang mengenai permukaan bumi



1.4. Arus Hubungan Singkat (Isc) Isc merupakan arus maksimal yang dihasilkan oleh modul sel surya. Isc diperoleh dengan cara mengshortkan kutub positif dengan kutub negatif pada modul surya, sehingga nilai Isc terbaca pada amperemeter. Seberapa cepat modul tersebut mengisi sebuah baterai ditentukan oleh arus yang dihasilkan oleh modul surya. Arus dari modul surya juga menentukan daya maksimum dari alat yang digunakan. 1.5. Hubungan arus keluaran dan tegangan sel surya Hubungan antara arus keluaran (I) terhadap tegangan sel surya (V) dapat dituliskan sebagai berikut : 𝐼=



𝐸𝑠𝑠 − 𝑉 𝑅



dengan Ess adalah tegangan sel surya pada intensitas cahaya tertentu, R adalah hambatan listrik lampu halogen, I adalah arus keluaran sel surya dan V adalah beda tegangan pada tahanan geser (Rs). 1.6. Radiasi Harian Matahari pada Permukaan Bumi Konstanta radiasi matahari sebesar 1353 W/m2 dikurangi intesitasnya oleh penyerapan dan pemantulan oleh atmosfer sebelum mencapai permukaan bumi. Ozon di atmosfer menyerap radiasi dengan panjang-gelombang pendek (ultraviolet) sedangkan karbon dioksida dan uap air



2. METODE PENGAMBILAN DATA 2.1. WAKTU DAN TEMPAT Praktium Uji Karakteristik Arus dan Tegangan Sel Fotovoltaik dilakukan di Laboratorium Fisika Inti dan Material Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jenderal Soedirman pada tanggal 6 November 2018 pukul 10.10 - 11.00 WIB.



2.2. FLOWCHART Mulai



Alat dan Bahan : 1. Sel fotovoltaik 2. buah multimeter digital 3. Rheostat 4. Lampu pijar 5. Luxmeter 6. Kabel penghubung. 7. Cahaya matahari



Laporan Praktikum – Laboratorium Elektronika, Instrumentasi dan Geofisika – FMIPA Unsoed



2



3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. HASIL Menyiapkan alat dan bahan lalu merangkai sel fotovoltaik, rheostat, dan multimeter dgital seperti Gambar 3.1



Tabel 4.1 Data Tegangan dan Arus dengan Sumber Intensitas Cahaya dari Lampu LED



. Mengukur nilai hambatan lampu pijar dengan luxmeter. . RL



Menentukan nilai hambatan tahanan geser.



Mengukur nilai arus.



I



Mengukur nilai tegangan.



Melakukan pengulangan untuk sumber cahaya matahari.



No



Rx (Ω)



Vx (mV)



Ix (µA)



1



10



0.02



0.03



2



20



2.96



0.02



3



30



2.66



0.05



4



40



2.92



0.04



5



50



2.93



0.02



6



60



2.91



0.01



7



70



2.95



0.00



Tabel 4.2 Data Tegangan dan Arus dengan Sumber Intensitas Cahaya dari Matahari



RS



V



Berdasarkan pengukuran yang telah dilakukan yaitu dengan sumber intensitas cahaya dari lampu LED dan cahaya matahari, didapatkan data pengukuran nilai tegangan dan arus). Hasil pengukuran tersaji pada Tabel 4.1. dan Tabel 4.2



Melakukan pengulangan dengan nilai RS 20Ω-100Ω secara bergantian.



No



Rx (Ω)



Vx (mV)



Ix (µA)



1



10



0.08



0.08



2



20



0.11



3



30



3.91



0.07 0.06



4



40



3.90



0.05



5



50



3.91



0.04



6



60



3.90



0.03



7



70



3.89



0.02



8



80



3.85



0.01



9



90



1.29



0.00



3.2. PEMBAHASAN Berdasarkan dari kedua data pengamatan yang diperoleh maka dapat dibuat grafik hubungan variasi antara nilai arus terhadap tegangan dengan sumber intensitas cahaya dari lampu LED dan cahaya matahari. Hasil grafik sebagai berikut :



Selesai



Ix (µA)



Sumber Cahaya Lampu 0.06 0.04 0.02 0 0.02 2.96 2.66 2.92 2.93 2.91 2.95



Vx (mV) Sumber Cahaya Lampu



Gambar 2.1 Skema rangkaian uji arus dan tegangan sel surya.



Gambar 3.1 Grafik Variasi Tegangan dan Arus dengan Sumber Cahaya Lampu LED.



Laporan Praktikum – Laboratorium Elektronika, Instrumentasi dan Geofisika – FMIPA Unsoed



3



Ix (µA)



sumber cahaya matahari 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0.08 0.11 3.91 3.9 3.91 3.9 3.89 3.85 1.29



Vx (mV) sumber cahaya matahari



Gambar 3.1 Grafik Variasi Tegangan dan Arus dengan Sumber Cahaya Matahari.



4. KESIMPULAN DAFTAR PUSTAKA [1]



Sahlan, 2016. Fisika Radiasi Gelombang Elektromagnetik.https://www.academia.edu/3 5431480/MAKALAH_FISIKA_RADIASI_ ELEKTROMAGNETIK. diakses pada 25 November 2018.



[2]



Cahyanto Wahyu, Sugito, dkk, 2017. Modul Praktikum FISIKA EKSPERIMEN I. Purwokerto: Lab. Fisika Inti dan Material Jurusan Fisika Fakultas MIPA Unsoed



Laporan Praktikum – Laboratorium Elektronika, Instrumentasi dan Geofisika – FMIPA Unsoed



4