Listrik tenaga surya diperoleh dengan melalui sistem photo-voltaic. Photo-voltaic terdiri dari photo dan voltaic. Photo berasal dari kata Yunani phos yang berarti cahaya. Sedangkan voltaic diambil dari nama Alessandro Volta (1745 - 1827), seorang pelopor dalam pengkajian mengenai listrik. Sehingga photo-voltaic dapat berarti listrik-cahaya. Belakangan ini, photo-voltaic lebih sering disebut solar cell atau sel surya, karena cahaya yang dijadikan energi listrik adalah sinar matahari.
Sel surya merupakan suatu pn junction dari silikon kristal tunggal. Dengan menggunakan photo-electric effect dari bahan semikonduktor, sel surya dapat langsung mengkonversi sinar matahari menjadi listrik searah (dc).
Bila sel surya itu dikenakan pada sinar matahari, maka timbul yang dinamakan elektron dan hole. Elektron-elektron dan hole-hole yang timbul di sekitar pn junction bergerak berturut-turut ke arah lapisan n dan ke arah lapisan p. Sehingga pada saat elektron-elektron dan hole-hole itu melintasi pn junction, timbul beda potensial pada kedua ujung sel surya. Jika pada kedua ujung sel surya diberi beban maka timbul arus listrik yang mengalir melalui beban.
Sebuah sel surya tunggal dapat menghasilkan listrik searah 3 volt dan 3 ampere. Sel-sel ini dapat dibuat dalam berbagai ukuran yang diinginkan dengan jalan menghubungkan seri sel-sel yang sama untuk membentuk modul sel surya dengan keluaran yang diperlukan. Sel-sel itu dikemas sedemikian rupa dengan bahan khusus sehingga modul dapat bertahan dalam kondisi yang terjelek tanpa kehilangan efisiensinya.
Sistem sel surya pada mulanya dikembangkan untuk penggunaan pada satelit di ruang angkasa. Perawatan atau perbaikaan di ruang angkasa itu pekerjaan sangat mahal, untuk tidak mengatakan tidak mungkin. Oleh karena itu, semua satelit yang mengelilingi bumi mendapatkan energi listriknya dari sistem sel surya. Sistem sel surya dapat bekerja dengan andal untuk jangka waktu yang lama dan hampir tanpa memerlukan perawatan. Sehingga sel surya dapat dikatakan mempunyai keandalan yang tinggi.
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. Sehingga sistem sel surya itu boleh dibilang cost effective dan cocok untuk stasiun telekomunikasi daerah terpencil, pelampung navigasi di tengah laut, alat pemantau permukaan air bendungan, atau untuk penerangan rumah yang jauh dari jangkauan jaringan PLN. Biaya operasional sistem sel surya jelas rendah.
Karena tidak memerlukan bahan bakar dan tidak ada bagian yang berputar, sistem sel surya itu bersih dan tidak bersuara. Ramah lingkungan ini sangat penting, mengingat pilihan untuk mendapatkan energi dan penerangan itu biasanya dari generator diesel atau lampu minyak tanah. Kalau kita semakin prihatin dengan gas rumah kaca (greenhouse gas) dan pengaruhnya yang merusak terhadap ekosistem planet kita ini, maka energi bersih yang diproleh dari sistem sel surya merupakan pilihan yang tepat sekali.
Sistem sel surya dapat dibangun dalam berbagai ukuran atas dasar kebutuhan energinya. Selanjutnya sistem sel surya itu dapat dikembangkan dan ditingkatkan dengan mudah. Misalnya, bila kebutuhan energi semakin meningkat, cukup dengan jalan menambahkan modul sel surya, tentunya jika sumber dananya memungkinkan. Selain itu, sistem sel surya gampang untuk dipindahkan bila dipandang perlu. Misalnya untuk menggerakkan pompa untuk pengairan sawah.
Sistem sel surya dapat dirancang untuk penggunaan di ruang angkasa, atau penggunaan di permukaan bumi. Sistem sel surya untuk di permukaan bumi terdiri dari modul sel surya, kontroler pengisian (charge controller), dan aki (batere) yang maintenance free. Modul sel surya yang digunakan dapat diperoleh dalam berbagai ukuran dan kapasitas. Yang sering digunakan adalah modul sel surya 20 watt atau 30 watt. Modul sel surya menghasilkan daya yang proporsional dengan luas permukaan modul yang terkena sinar matahari. Dalam penggunaan skala agak besar, aki (batere) dalam sistem sel surya kadang-kadang dihubungkan dengan sebuah inverter, untuk mengkonversi listrik searah (dc) menjadi listrik bolak-balik (ac).
Sistem sel surya biasanya ditempatkan di dekat yang memerlukan listrik. Sehingga untuk tempat-tempat yang terpencil hanya memerlukan kabel yang lebih pendek dibandingkan jika menarik kabel dari jaringan PLN misalnya. Selain itu, jelas sistem sel surya menjadi murah karena tidak memerlukan transformator.
Maka kesimpulannya, keunggulan sistem sel surya itu keandalannya tinggi, biaya operasinya rendah, ramah lingkungan, berbentuk modul, dan biaya konstruksinya rendah.
Prinsip Kerja Sel Surya P-N
[oleh:Tks untuk Ady Iswanto, Staf Divisi Riset 102FM] Fisika ITB
Sel surya merupakan suatu devais semikonduktor yang dapat menghasilkan listrik jika diberikan sejumlah energi cahaya. Proses penghasilan energi listrik itu diawali dengan proses pemutusan ikatan elektron pada atom-atom yang tersusun dalam kristal semikonduktor ketika diberikan sejumlah energi (hf). Salah satu bahan semikonduktor yang biasa digunakan sebagai sel surya adalah kristal silikon.
[Sketsa penampang dua dimensi dari kristal silikon.]
» SEMIKONDUKTOR TIPE-P DAN TIPE-N
Ketika suatu kristal silikon di-doping dengan unsur golongan kelima, misalnya arsen, maka atom-atom arsen itu akan menempati ruang diantara atom-atom silikon yang mengakibatkan munculnya elektron bebas pada material campuran tersebut. Elektron bebas tersebut berasal dari kelebihan elektron yang dimiliki oleh arsen terhadap lingkungan sekitarnya, dalam hal ini adalah silikon. Semikonduktor jenis ini kemudian diberi nama semikonduktor tipe-n. Hal yang sebaliknya terjadi jika kristal silikon di-doping oleh unsur golongan ketiga, misalnya boron, maka kurangnya elektron valensi boron dibandingkan dengan silikon mengakibatkan munculnya holeyang bermuatan positif pada semikonduktor tersebut. Semikonduktor ini dinamakan semikonduktor tipe-p. Adanya tambahan pembawa muatan tersebut mengakibatkan semikonduktor ini akan lebih banyak menghasilkan pembawa muatan ketika diberikan sejumlah energi tertentu, baik pada semikonduktor tipe-n maupun tipe-p.
[Semikonduktor tipe-p (kiri) dan tipe-n (kanan).]
[Diagram pita energi semikonduktor tipe-p (kiri) dan tipe-n (kanan).]
» SAMBUNGAN P-N
Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n disambungkan maka akan terjadi difusi holedari tipe-p menuju tipe-n dan difusi elektron dari tipe-n menuju tipe-p. Difusi tersebut akan meninggalkan daerah yang lebih positif pada batas tipe-n dan daerah lebih negatif pada batas tipe-p. Batas tempat terjadinya perbedaan muatan pada sambungan p-n disebut dengan daerah deplesi. Adanya perbedaan muatan pada daerah deplesi akan mengakibatkan munculnya medan listrik yang mampu menghentikan laju difusi selanjutnya. Medan listrik tersebut mengakibatkan munculnya arus drift. Namun arus ini terimbangi oleh arus difusi sehingga secara keseluruhan tidak ada arus listrik yang mengalir pada semikonduktor sambungan p-n tersebut.
[Diagram energi sambungan p-n dan munculnya daerah deplesi.]
Lantas, bagaimana elektron-elektron yang terlepas dari atom-atom kristal semikonduktor dapat mengalir sehingga menimbulkan energi listrik?
Sebagaimana yang kita ketahui bersama, elektron adalah partikel bermuatan yang mampu dipengaruhi oleh medan listrik. Kehadiran medan listrik pada elektron dapat mengakibatkan elektron bergerak. Hal inilah yang dilakukan pada sel surya sambungan p-n, yaitu dengan menghasilkan medan listrik pada sambungan p-n agar elektron dapat mengalir akibat kehadiran medan listrik tersebut.
[Kurva I-V sel surya pada keadaan gelap dan diberikan cahaya.]
Ketika semikonduktor sambungan p-n disinari maka akan terjadi pelepasan elektron dan hole pada semikonduktor tersebut. Lepasnya pambawa muatan tersebut mengakibatkan penambahan kuat medan listrik di daerah deplesi. Adanya kelebihan muatan ini akan mengakibatkan muatan ini bergerak karena adanya medan listrik pada daerah deplesi. Pada keadaan ini, arus drift lebih besar daripada arus difusi sehingga secara keseluruhan dihasilkan arus berupa arus drift, yaitu arus yang dihasilkan karena kemunculan medan listrik. Arus inilah yang kemudian dimanfaatkan oleh sel surya sambungan p-n sebagai arus listrik.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar