sistem kerja solar cell

Proses kerja solar cell 

• Prinsip kerja sel surya didasarkan pada penggabungan semikonduktor tipe-p yang kelebihan hole dan semikonduktor tipe-n yang kelebihan elektron. 

•  Bila daerah sambungan dikenai cahaya foton energetik yang cukup mampu mengekstasi suatu elektron dari keadaan pita valensi ke pita konduksi, maka elektron bebas dan hole akan bergerak sebagai tanggapan terhadap pembentukan medan listrik pada sambungan n-p.

•  Elektron dari semikonduktor n yang bersatu dengan hole pada semikonduktor p yang mengakibatkan jumlah hole pada semikonduktor p akan berkurang. Daerah ini akhirnya berubah menjadi lebih bermuatan negatif. 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 bermuatan positif.

• Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion region) ditandai dengan huruf W. Pada daerah deplesi ini terdapat banyak keadaan terisi (hole+elektron). Baik elektron maupun hole yang ada pada daerah deplesi disebut dengan pembawa muatan minoritas (minority charge carriers) karena keberadaannya di jenis semikonduktor yang berbeda.

•  Perbedaan muatan pada daerah deplesi ini menimbulkan medan listrik internal E dari daerah positif ke daerah negatif pada daerah deplesi. Medan yang dibentuk menghasilkan suatu arus I melewati sambungan, dan juga memberi muatan ke daerah tipe-p dan tipe-n. Ini terjadi karena elektron akan disapu ke daerah tipe-n dan hole ke daerah tipe-p.


KOMPONEN RANGKAIAN SOLAR CELL

Suatu rangkaian Solar Cell terdiri dari komponen-komponen penting yang dapat memaksimalkan kerja dari rangkaian solar cell tersebut, komponen-komponen tersebut ialah:

1. Panel Surya
2. Charge Controller
3. Baterai
4. Inverter

PANEL SURYA (PHOTOVOLTAIK)
Photovoltaik merupakan komponen utama yang menghasilkan arus listrik yang kemudian akan disimpan pada baterai atau aki. biasanya suatu solar  cell atau fotovoltaik mempunyai daya yang berbeda-beda 5 watt peak, 30 watt peak,50 watt peak, 100 watt peak dan sebagainya. dan terdiri dari 3 macam berdasarkan teknologi pembuatannya:

• monokristal
• polikristal
• thin film  

dari ketiga teknologi itu dapat dibedakan dengan tingkat eficiensinya dan monokristal merupakan fotovoltaik yang memiliki eficiency tertinggi saat ini, namun dari segi ekonomi masih sangat mahal dibandingkan dengan polikristal.

suatu panel solar cell tersusun dari cell-cell surya kemudian terbentuk modul-modul surya dan dari modul surya terbentuk dalam satu array.
dari sertiap cell mempunyai tegangan dan daya masing-masing sehingga bila kita rangkaikan atau kita susun maka akan terbentuk kapasitas solar cell yang kita butuhkan.

berikut sistem rangkaian pada solar cell:





1.  rangkaian secara seri
Hubungan seri suatu modul fotovoltaik didapat apabila bagian depan (+) sel surya utama dihubungkan dengan bagian belakang (-) sel surya kedua atau sebaliknya. 


Dari keadaan seri ini didapatkan tegangan solar cell dijumlahkan apabila dihubungkan seri satu sama lain:
 Vtotal = V1+V2+V3 dsbArus solar cell sama apabila dihubungkan seri satu sama lain: 

Itotal = I1 = I2 = I3 = dsb

2. rangkaian secara paralel

Rangkaian paralel modul fotovoltaik di dapat apabila terminal kutub positif dan negatif sel surya dihubungkan satu sama lain. 

Tegangan sel surya yang dihubungakan paralel sama dengan satu sel surya.

U_TOTAL = U₁ = U₂ = U₃ = U_n

Arus yang timbul dari hubungan ini langsung                                                                           dijumlahkan.

                                          I_TOTAL = I₁ + I₂ + I₃ + I_n

Charge controller
Charge control atau charge regulator merupakan komponen penting pada rangkaian solar cell, dimana charge control mempunyai fungsi utama yakni menjaga atau mengamankan komponen penting pada rangkaian solar cell yaitu Baterai.
Umumnya solar cell yang tegangan 12 volt mempunyai tegangan output 16-21 volt, sehingga apabila tidak menggunakan Charge Control maka baterai akan rusak oleh over-charging dan ketidakstabilan tegangan  yang dikeluarkan oleh solar cell. dan baterai 12 volt di charge pada tegangan 14 -14.7 volt 

Fungsi detai dari charge control adalah sebagai berikut :

• Mengatur arus untuk pengisian ke baterai , menghindari overcharging, dan overvoltage.
• mengatur arus yang diambil dari baterai agar baterai agar tidak full discharge dan overloading.
• memonitor temperatur dan suhu baterai.
  
  
  hal yang perlu diperhatikan saat akan meggunakan charge control yakni:
• tegangan atau voltage 12 Volt DC / 24 Volt DC
• Kemampuan arus dari charge control misalnya : 10 ampere, 20 ampere, dsb.
• full charge dan low voltage cut. 

Solar Charge Controller biasanya terdiri dari: 1 input yang terhubung dengan output solar cell, 1 output yang terhubung dengan baterai atau aki dan output yang terhubung dengan beban (load) dc. arus listrik dc baterai tidak mungkin masuk ke solar cell karena biasanya sudah terpasang "diode protection" yang berfungsi melewatkan arus solar cell ke baterai bukan sebaliknya.


BATERAI

Baterai merupakan peralatan penting pada suatu Pembangkit Listrik Tenaga Surya. Baterai menyimpan energi listrik yang diterimanya pada siang hari dan akan dikeluarkan pada malam hari untuk melayani beban (terutama untuk penerangan). Disamping itu baterai juga berfungsi meyediakan daya kepada beban waktu tidak ada cahaya matahari dan harus pula meratakan perubahan – perubahan yang terjadi pada beban.

Banyak tipe baterai yang beredar dipasaran dengan memiliki kelebihan dan kekurangannya.

Baterai biasanya diklasifikasikan terhadap dua tipe, yaitu:

• Baterai Primer (primary batteries)
  Jenis ini disebut juga baterai sekali pakai  ( single-use-battery ) yang berarti setelah habis arus listrik baterai tersebut harus dibuang ditempat semestinya.
  berikut adalah macam-macam baterai primer:
  Heavy Duty, atau carbon zinc (Zn-MnO2) battery. ini merupakan baterai primer yang paling murah yang banyak digunakan dalam rumah tangga seperti pada jam dinding dan remote control.
  Alkaline, zinc-alkaline manganese dioxide battery. baterai jenis ini memiliki power yang lebih dan umur simpan yang lebih lama dari baterai Heavy Duty.
  Lithium Cell, Baterai Lithium memiliki kemampuan kinerja yang jauh lebih baik melampaui baterai elektrolit konvensional. Umur simpannya bisa lebih dari 10 tahun dan tetap bekerja dengan baik pada suhu yang sangat rendah . Baterai lithium umumnya sebesar uang koin saja, maksimal ukuran AA. Hal ini atas pertimbangan keselamatan dan keamanan saja jika digunakan masyarakat umum. Sebenarnya ada juga ukuran yang lebih besar namun penggunaanya hanya terbatas pada kepentingan militer saja.


• Baterai sekunder (secondary batteries)
  
  
  

Jenis ini disebut juga baterai yang dapat di-cas ulang (rechargeable bateries) jika telah habis arus listriknya.

Sedangkan baterai sekunder terbagi lagi menjadi 2 jenis yakni baterai basah dan baterai kering. Baterai yang biasa digunakan untuk Pembangkit Listrik Tenaga Surya adalah baterai sekunder (baterai basah / kering), yaitu baterai yang dapat diisi dan dikosongkan berulang – ulang.

Jenis Baterai	Volt(V)	Penggunaan yang umum
Rechargeable Alkaline	1,5	CD/MD/MP3 players, mainan, game elktronik, camera, senter, remote control dan lampu listrik tenaga matahari
Ni-MH	1,2	Digital camera, mainan remote control
Ni-Cd	1,2	Alat pertukangan
Li-ion	3,6-3,7	Notebook, PDAs, handphone, camcorder, digital camera
Lead-acid	12	Aki mobil, UPS, lampu tenaga surya, mobil golf, pelayaran.

Hal – hal yang perlu mendapat perhatian dari peralatan baterai ini adalah:

a)            Kapasitas

Satuan kapasitas suatu baterai adalah ampere hour (Ah). Biasanya informasi ini terdapat pada label suatu baterai, misalnya suatu baterai dengan kapasitas 100 Ah akan penuh terisi dengan arus 1 ampere selama seratus (100) jam.

b)            Penerimaan arus pengisian yang kecil

Baterai harus dapat diisi dengan arus pengisian yang agak kecil (pada cuaca yang jelek sekalipun), sehingga tidak ada energi surya yang terbuang begitu saja.

c)            Efisiensi Ah (η Ah)

Baterai menyimpan dengan jumlah ampere hour, dengan suatu efisiensi Ah (η Ah) dibawah 100 % (biasanya 90 %).

d)            Efisiensi Wh (η Wh)

Efisiensi Wh (η Wh) adalah suatu perbandingan energi yang ada dan yang dapat dikeluarkan. Efisiensi Wh (η Wh) selalu lebih rendah dari efiseinsi Ah (η Ah) dan biasanya ± 80 %.

Hal – hal yang perlu mendapat perhatian dalam memilih suatu baterai adalah:

ð    Jenis baterai, gunakan jenis baterai untuk PLTS dengan kapasitas yang mampu memberikan Depth of Discharge (DOD), yaitu kapasitas minimal yang boleh dikeluarkan (discharge) dari baterai. Umumnya diambil DOD = 0,8).

ð    Tegangan yang dipersyaratkan.

ð    Jadwal waktu pengoperasian dan mampu memasok energi selama 3 – 4 hari.

ð    Kapasitas (Ah).

ð    Suhu pengoperasian.

ð    Ukuran, bobot dan umur baterai yang mampu mencapai 2 – 4 tahun.

INVERTER

Inverter adalah perangkat elektronika yang dipergunakan untuk mengubah tegangan DC (Direct Current) menjadi tegangan AC (Alternating Current). Output suatu inverter dapat berupa tegangan AC dengan bentuk gelombang sinus, gelombang kotak,dan sinus modifikasi. Sumber tegangan input inverter dapat menggunakan battery, tenaga surya, atau sumber tegangan DC yang lain. Inverter dalam proses konversi tegangan DC menjadi tegangan AC membutuhkan suatu penaik tegangan berupa step up transformer.

kinds of solar cell

Solar cell merupakan suatu alat yang dapat menghasilkan listrik dengan proses effect fotovoltaic yang menggunakan bahan semi konduktor seperti silicon. dan untuk menentukan bagus tidak nya sebuah cell surya di tentukan dengan efficiency nya.

berikut merupakan jenis-jenis solar cell berdasarkan teknologi pembuatannya: 

1. monokristal / monocrystalline
   jenis ini terbuat dari batangan kristal silikon murni yang diiris tipis-tipis tebal nya antara (200-400 mikro meter).
   Panel surya monocrystalline memiliki tingkat efisiensi tertinggi karena mereka terbuat dari silikon kelas tertinggi.Tingkat efisiensi panel surya monocrystalline biasanya 15-20 % . Sun power menghasilkan efisiensi panel surya tertinggi di pasar AS saat ini . Seri E20 mereka memberikan efisiensi konversi panel hingga 20,1%  Update ( April , 2013 ).  Sunpower kini merilis X -series pada efisiensi memecahkan rekor 21,5% . Karena ini panel surya menghasilkan output kekuasaan tertinggi , mereka juga memerlukan paling sedikit ruang dibandingkan dengan jenis lainnya . Panel surya monocrystalline memproduksi hingga empat kali jumlah listrik panel surya thin-film .Panel surya monocrystalline hidup paling lama . Kebanyakan produsen panel surya menempatkan garansi 25 tahun pada panel surya monocrystalline mereka.
   
   Kekurangan monokristal dari sudut pandang keuangan Panel surya monocrystalline adalah yang paling mahal. Jika panel surya sebagian ditutupi dengan warna , kotoran atau salju , seluruh rangkaian bisa rusak atau break down. Panel surya monocrystalline cenderung lebih efisien dalam cuaca hangat dan akan Kinerja buruk karena suhu naik.
   
2. Polycristal/ Polycrystalline Silicon Solar Cells

Panel surya pertama berdasarkan polikristalin silikon , yang juga dikenal sebagai polysilicon ( p - Si ) dan multi - kristal silikon ( mc - Si ) , diperkenalkan ke pasar pada tahun 1981 . Tidak seperti panel surya berbasis monocrystalline , polycrystalline panel surya lakukan tidak memerlukan proses Czochralski( http://id.wikipedia.org/wiki/Proses_Czochralski )
Silikon baku mencair dan dituangkan ke dalam cetakan persegi, yang didinginkan dan dipotong menjadi wafer sempurna persegi.

Proses yang digunakan untuk membuat silikon polikristal lebih sederhana dan biaya rendah Jumlah limbah silikon rendah dibandingkan dengan monocrystalline.

Panel surya polikristalin cenderung memiliki toleransi panas sedikit lebih rendah dari panel surya monocrystalline . Ini secara teknis berarti bahwa mereka melakukan sedikit lebih buruk dari panel surya monocrystalline dalam suhu tinggi . Panas dapat mempengaruhi kinerja panel surya dan memperpendek life time solar cell . Namun, efek ini sangat kecil dan diabaikan.

Efisiensi panel surya berbasis polikristalin biasanya 13-16 % . Karena kemurnian silikon yang lebih rendah. sehigga harus menggunakan luas yang lebih besar untuk mendapatkan daya yang sama pada monokristal.

    3. Thin-Film Sel Surya ( TFSC ) 

menumpukkan satu atau beberapa lapisan tipis bahan fotovoltaik ke substrat adalah inti dasar tentang bagaimana film tipis sel surya yang diproduksi . Mereka juga dikenal sebagai sel tipis - film photovoltaic (TFPV ). Berbagai jenis film tipis sel surya dapat dikategorikan dimana fotovoltaik bahan disimpan ke substrat:

Silikon amorf ( a- Si )

Cadmium telluride ( CdTe )

Tembaga indium gallium selenide ( CIS / CIGS )

Sel surya organik ( OPC )

 

Tergantung pada teknologi , modul prototipe film tipis telah mencapai efisiensi antara 7-13 % dan produksi modul beroperasi pada sekitar 9 % . Efisiensi modul masa depan yang diharapkan sekitar 10-16 % .

keuntungan

Produksi massal sederhana , Hal ini membuat mereka dan berpotensi lebih murah untuk memproduksi dari sel surya berbasis kristal .

Penampilan homogen mereka membuat mereka terlihat lebih menarik .

Bisa dibuat fleksibel, yang membuka banyak aplikasi baru yang bermanfaat.

Temperatur yang tinggi dan shading tidak terlalu berpengaruh pada kinerja solar cell

Dalam situasi di mana ruang atau luas tidak menjadi masalah panel surya film tipis bisa masuk akal sebagai sumber energi listrik.

kekurangan

Panel surya thin-film pada umumnya tidak banyak berguna dalam situasi atau instalasi perumahan. membutuhkan banyak ruang atau luas panel untuk menghasilkan daya yang besar. mempunyai masa life time yang lebih rendah dari mono dan policristalline sehingga biasa memberikan garansi yang cukup pendek.

Panel surya berbasis silikon amorf , telluride kadmium dan tembaga indium gallium selenide saat ini satu-satunya teknologi thin-film yang tersedia secara komersial di pasaran :

Amorf Silicon ( a- Si ) Sel Surya

Karena output dari daya listrik yang rendah , sel surya berbasis silikon amorf secara tradisional hanya digunakan untuk aplikasi skala kecil seperti di kalkulator

Cadmium Telluride ( CdTe ) Sel Surya

Kadmium telluride adalah satu-satunya film tipis teknologi panel surya yang telah melampaui biaya efisiensi panel surya kristal silikon dalam porsi yang signifikan dari pasar ( sistem multi - kilowatt ) .

Efisiensi panel surya berbasis pada telluride kadmium biasanya beroperasi pada kisaran 9-11 % .

Copper Indium Gallium selenide ( CIS / CIGS ) Sel Surya

Dibandingkan dengan teknologi thin-film lainnya di atas , sel surya CIGS telah menunjukkan yang paling potensial dalam hal efisiensi . Tingkat efisiensi untuk panel surya CIGS biasanya beroperasi pada kisaran 10-12 % . Banyak film tipis jenis sel surya masih pada tahap awal penelitian dan pengujian . Beberapa dari mereka memiliki potensi yang sangat besar , dan kita mungkin akan melihat lebih banyak dari mereka di masa depan .

sumber : http://energyinformative.org/best-solar-panel-monocrystalline-polycrystalline-thin-film/

history of solar cell

solar cell atau tenaga listrik dari cahaya matahari pertama kali ditemukan oleh alexandre edmund becquerel seorang ahli fisika prancis pada tahun 1839. 

tahun 1873 seorang insinyur inggris willoughby smith menemukan selenium sebagai suatu elemen photo conductivity. 

kemudian pada tahun 1876 william grylls dan richard evans day membuktikan bahwa selenium menghasilkan arus listrik apabila disinari cahaya matahari. hasil penemuan mereka menyatakan bahwa selenium dapat mengubah tenaga matahari secara langsung menjadi energi listrik tanpa ada bagian bergerak atau panas. 

tahun 1894 charles fritts membuat solar cell pertama yang sesungguhnya yaitusuatu bahan semi konduktor (selenium), dibalut dengan lapisan tipis emas, tingkat efisiensi yang di capai baru 1% sehingga belum dapat dipakai sebagai sumber energi. namun dipakai sebagai sensor cahaya. 

tahun 1905 albert einstein mempublikasikan tulisannya mengenai photoelectric effect. tulisannya mengungkapkan bahwa cahaya terdiri dari paket-paket atau "quonta of energi" yang sekarang ini lazim di sebug "photon" teori ini sangat sederhana namun revolusioner. kemudian pada tahun 1916 pendapat einstein mengenai photoelectric effect dibuktikan oleh robert andrew millikan seorang ahli fisika berkebangsaan amerika dan ia mendapatkan nobel prize untuk karya photoelectric effect.

hingga tahun 1980 an efisiensi dari hasil penelitian solar cell masih sangat rendah sehingga belum dapat digunakan sebagai sumber daya listrik. tahun 1982 hans tholstrup seorang australia mengendarai mobil bertenaga surya pertama untuk jarak 4000 km dalam waktu 20 hari dengan kecepatan maksimum 72km/jam. tahun 1985 university of south  wales australia memecahkan efisiensi solar cell menjadi 20 % dibawah kondisi satu cahaya matahari. tahu 2007 university of delawere berhasil menemukan olar cell technology yang efisiensi nya mencapai 42.8 % hal ini merupakan rekor terbaru untuk "thin film photovoltaic solar cell" perkembangan dalam riset solar cell telah mendorongkomersialisai dan produksi solar cell untuk peggunaanya sebagai sumber daya listrik.

sumber : http://tenagamatahari.wordpress.com/beranda/sejarah-solar-cell/