SOLAR SEL

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMEN II

KARAKTERISTIK ARUS DAN TEGANGAN SEL SURYA

Oleh : 1. Riyanto

H1C004006

2. M. Teguh Sutrisno

H1C004007

3. Indri Kurniasih

H1C004003

4. Gita Anggit

H1C004014

Tanggal Praktikum : 17 April 2007

Asisten : Drs. Agus Yanto M.Si

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS JENDRAL SOEDIRMAN PROGRAM SARJANA MIPA PURWOKERTO 2007

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 karakteristi karakteristikk sel surya dapat diketahui diketahui besarnya gaya gerak listrik 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 

Char Charac acte teri rist stic ic curr curren entt and and volt voltag agee sola solarr cell cell expe experi rime ment nt aim aim to get  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   I ) dan tegangan(V  tegangan(V ) yang dihasilkan ketika sel memperoleh penyinaran merupakan merupakan karakterist karakteristik ik setiap setiap sel surya. Karakterist Karakteristik ik ini selalu disajikan disajikan dalam  bentuk  bentuk kurva hubungan I  hubungan I  dan V. Hasil penelitian menunjukkan bahwa karakteristik  sel sel sury suryaa dipe dipenga ngaru ruhi hi oleh oleh inte intens nsit itas as cahay cahayaa dan dan suhu suhu perm permuka ukaan an sel. sel. Dala Dalam m  praktikum  praktikum ini akan akan dilakukan pengamatan pengamatan untuk membuktikan membuktikan ketergantun ketergantungan gan 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 kan penguk gukuran karakteristik sel surya rya terhad hadap variabel

intensitas intensitas cahaya dan menggambarka menggambarkannya nnya dalam bentuk kurva hubungan I  hubungan I  dan V. 2.

 ggl ) yang dihasilkan dari sel surya. Menentukan gaya ge gerak listrik ( ggl 

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 surya adalah adalah krista kristall siliko silikon n (c-Si) (c-Si).. Bahan Bahan ini merupak merupakan an siliko silikon n murni murni (elekt (elektron ron valensi 4) yang diberi pengotoran (impuriti) bervalensi 3 sehingga menjadi silikon tak  murni (kekurangan sebuah elektron). Silikon jenis ini kemudian diberi nama silikon  p. sebuah silikon murni yang diberi pengotoran bervalensi 5 (kelebihan sebuah tipe- p. elektron) juga menghasilkan silikon tipe-n tipe-n. Sambungan kedua jenis silikon ini akan  junction) PN. Pada batas sambungan akan timbul sebuah membentuk persambungan ( junction) celah energi atau energy gap ( E   E  g ) 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   E 

=

hυ  >  E  g 

(1)

dengan h dan υ  masing-mas masing-masing ing adalah konstanta Planck ( 6,63 × 10

−

34

Js) dan

frek frekue uens nsii cahay cahayaa yang jatu jatuh h pada pada perm permuk ukaa aan n sel sel sury surya. a. Frek Frekue uens nsii ini ini dapa dapatt dinyatakan sebagai hubungan υ 

=

c λ 

(2)

untuk  c dan λ  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 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

 I ) serta tegangan (V  Arus keluaran ( I  (V ) yang dihasilkan ketika sel memperoleh  penyinaran merupakan karakteristik setiap sel surya. Karakteristik ini selalu disajikan dalam dalam bentuk bentuk kurva kurva hubungan hubungan  I  dan V . Hasil Hasil

peneli penelitia tian n menunju menunjukkan kkan bahwa bahwa

karakterisrik sel surya dipengaruhi oleh intensitas cahaya dan suhu permukaan sel. V yang merupakan karakteritik tersebut tersaji dalam Gambar 2. Kurva I  Kurva I -V yang

Gambar 2. Pengaruh intensitas cahaya terhadap karakteristik arus-tegangan sel surya

Dari Dari gambar gambar 2 terlih terlihat at bahwa bahwa arus arus keluar keluaran an  I   (I ) berband berbanding ing lurus lurus dengan dengan V ) berubah secara logaritmik. I  intensitas cahaya, sedangkan tegangan ((V  logaritmik.  I SC  SC  menyatakan arus hubung singkat dan V OC  OC  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.

A

 Rs

V

Gambar 3. Skema susunan peralatan uji arus dan tegangan sel surya

Bila Bila dirunut dirunut secara secara matemat matematis is berdas berdasar ar konsep konsep hukum hukum Ohm, Ohm, maka maka dapat dapat ditentukan besarnya kuat arus I  arus I yang yang mengalir dalam rangkaian, yaitu  I  =

 E SS  − V 

(3)

r 

dengan E  dengan  E  ss adalah ggl sel surya ketika dikenai cahaya. r  adalah hambatan dalam sel V  adalah beda tegangan yang besarnya diatur oleh hambatan geser  R  (R s) dan  I  surya. V adalah adalah arus keluaran sel surya. Sebagai catatan, jika  Rs besar, maka nilai V  = V oc

≅

E  ss sehingga I 0, sehingga I = 0,

 Rs kecil, maka nilai V = 0 sehingga  I = I  sc

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 Dan Bahan Bahan

Alat dan bahan yang diperlukan dalam praktikum ini adalah: 

1 Unit sel photovoltaic ( ukuran 20 mm x 20 mm )



1 Buah Metra Max 2 untuk Voltmeter  Voltmeter 



1 Buah MMD untuk Ammeter 



1 Rheostat ( tahanan geser )



1 Buah lampu Philip ( 23 Watt )



Beberapa kabel penghubung .

2.3 Prosedur Kerja

1. Menyusu Menyusun n rangkai rangkaian an seper seperti ti pada pada gambar gambar 3. 2. Menempatkan Menempatkan lampu lampu philip philip di depan depan sel surya surya pada jarak jarak 25 cm. 3. Meny Menyal alak akan an lam lampu pu.. 4. Menga Mengatu turr tah tahana anan n ges geser  er  Rs hingga diperoleh arus dan tegangan sel surya. 5. Mencatat Mencatat nilai nilai tegangan tegangan yang yang terbaca terbaca pada voltmeter. voltmeter. 6. Mencatat Mencatat nilai nilai arus yang terbaca terbaca pada pada ampermet ampermeter. er. 7. Meng Mengga gamb mbar arka kan n kurv kurvaa V terhadap V terhadap I   I . 8. Mengulangi Mengulangi semua semua prosedur prosedur diatas diatas untuk untuk intensita intensitass cahaya cahaya yang berbeda. berbeda.

Diagram Alir

Mulai

Menyusun rangkaian seperti pada gambar 3

Menempatkan lampu di depan sel surya pada jarak 25 cm

Menyalakan lampu dan mengatur intensitas cahaya

Mengatur tahanan geser  Rs

Mencatat nilai tegangan yang terbaca pada voltmeter 

Mencatat nilai arus yang terbaca pada ampermeter 

Tidak

Apakah tahanan geser ( maksimal?

Rs)

sudah

Ya

Tidak Apakah sudah dilakukan untuk 3 intensitas yang berbeda berbeda ?

Ya Selesai

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

Kurva Karakteristik Sel Surya 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4    A0,4   m    ( 0,3   s 0,3   u   r    A0,2 0,2 0,1 0,1 0 0

0,5

1

1,5

2

Tegangan (volt) (v olt) Poly. (Intensitas-1) (Intensitas-1)

--- y1 = -0.241x 2 + 0.1403x + 0.4915

Poly. (Intensitas-2) (Intensitas-2)

--- y2 = -0.1981x 2 + 0.104x + 0.4216

Poly. (Intensitas-3) (Intensitas-3)

--- y3 = -0.1305x 2 + 0.0642x + 0.2895

Gambar 4. Kurva karakteristik sel surya untuk berbagai intensitas cahaya 

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.



Penentuan hambatan-dalam sel surya

Hambatan-dalam sel surya diperoleh dengan menggunakan formula, r  =

 E 

 ss

 I 

 sc

dengan Ess dengan  Ess adalah ggl sel surya surya yaitu yaitu sebesar sebesar 1,75 volt dan Isc 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 pada intens intensita itass cahay cahaya. a. Nilai Nilai hambat hambatan-d an-dala alam m sel surya surya untuk untuk berbag berbagai ai tingka tingkatt intensitas cahaya diperlihatkan pada tabel berikut: Ess

3.2 Pembahasan

(volt)

Isc  (mA)

r  (kΩ)

intensitas1

1.75

0.51

3.43

intensitas2

1.75

0.43

4.07

intensitas3

1.75

0.30

5.83

Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan diperoleh kurva karakteristik sel surya yaitu seperti yang ditunjukkan pada gambar 4. Kurva tersebut memperlihatkan hubunga hubungan n antara antara arus arus keluar keluaran an terhad terhadap ap tegang tegangan an sel surya surya untuk untuk tiga tiga intens intensita itass cahaya yang berbeda-beda. Dari gambar 4 terlihat bahwa arus keluaran sel surya seba seband ndin ing g denga dengan n inte intens nsit itas as cahay cahayaa yang yang menge mengenai nai sel sel sury surya. a. Sema Semaki kin n besa besar  r  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  I  = 0). Fenomena ini menunjukkan bahwa sel surya optimal digunakan mengalir ( I    pada pada teganga tegangan n 0.5 volt volt karena karena pada pada teganga tegangan n ini sel surya surya mengha menghasil silkan kan daya daya maksimum. Besarnya ggl sel surya ( Ess)  Ess) merupakan tegangan maksimum yang dihasilkan sel surya ketika sel surya disinari cahaya. Dari gambar 4 nilai ggl sel surya adalah 1,75 1,75 volt. volt. Berdas Berdasark arkan an kurva kurva terseb tersebut ut nilai nilai ggl tidak tidak dipeng dipengaru aruhi hi oleh oleh intens intensita itass 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. Karakt Karakteri eristi stik k sel surya surya sangat sangat ditentu ditentukan kan oleh intens intensita itass cahaya cahaya yang jatuh   pad padaa permu permukaa kaan n sel. sel. Sema Semaki kin n bany banyak ak inte intens nsit itas as cahay cahayaa yang yang meng mengena enaii  permukaan sel surya maka arus yang dihasilkan akan semakin besar.  Ess) adalah 1,75 volt. 2. Besa Besarn rny ya ggl ggl sel sel sury suryaa ( Ess) 3. Besarn Besarnya ya hamb hambata atan-da n-dalam lam sel surya surya (r  (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.solarserver.de/wissen/photovoltaik-e.html  http://www.apec_vc.or.jp/feature-e/index.html