Abstrak—Telah dilakukan
percobaan Photovoltaic yang bertujuan untuk mampu menjelaskan fenomena
photovoltaic pada solar cell, mengetahui pengaruh intensitas cahaya lampu pijar
terhadap daya output solar cell, mengetahui pengaruh lebar solar cell terhadap
daya output solar cell, serta mampu mengetahui panjang gelombang cahaya
terhadap daya output solar cell. Pada percobaan kali ini digunakan dua macam
rangkaian, yaitu rangkaian paralel untuk mendapatkan nilai tegangan output dan
rangkaian seri untuk mendapatkan nilai arus output. Dan terdapat 3 variasi
untuk pengambilan data, yaitu variasi tegangan input, filter warna, dan luas
solar cell. Hasil dari percobaan ini adalah pengaruh besar intensitas
cahaya sebanding dengan daya output
solar cell, pengaruh lebar solar cell sebanding dengan daya output solar cell,
dan panjang gelombang sebanding dengan daya output solar cell, padahal pada
teori panjang gelombang akan berbanding terbalik terhadap daya output solar
cell.
I.
PENDAHULUAN
D
|
i
era global seperti sekarang ini, selalu muncul inovasi – inovasi baru untuk
membuat energi alternatif. Mulai dari pembangkit listrik tenaga air hingga
energy cahaya digunakan sebagai sumber energy alternatif. Karena energi cahaya
adalah salah satu energi alternatif yang bisa dikonversikan menjadi energi
listrik. Setelah dilakukan beberapa kali penelitian, para ilmuan pun mampu
mengkonversikan energy cahay menjadi energi listrik. Solar cell adalah sebuah
peralatan yang digunakan untuk mengkonversi energi cahaya menjadi enegi
listrik. Dengan menggunakan solar cell, maka dapat diketahui fenomena photovoltaic.
Photovoltaic
erat kaitannya dengan cahaya, terutama dengan cahaya matahari. Cahaya dibagi menjadi dua jenis, yaitu cahaya
polikromatik dan cahaya monokromatik. Cahaya polikromatik adalah cahaya yang
terdiri atas banyak warna dan panjang gelombang. Contoh cahaya polikromatik
adalah cahaya putih. Adapun cahaya monokromatik adalah cahaya yang hanya
terdiri atas satu warna dan satu panjang gelombang. Contoh cahaya monokromatik
adalah cahaya merah dan ungu. Cahaya putih akan terurai menjadi cahaya merah,
jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Cahaya-cahaya ini memiliki panjang
gelombang yang berbeda. Setiap panjang gelombang memiliki indeks bias yang
berbeda. Semakin kecil panjang gelombangnya semakin besar indeks biasnya.
Indeks bias cahaya tersebut adalah ungu > nila > biru > hijau >
kuning > jingga > merah. Sehingga cahaya merah memiliki panjang gelombang
terbesar.
Photovoltaic
adalah sebuah teknologi yang menghasilkan arus DC. Daya diukur dalam watt atau
kilowatt dari semikonduktor ketikamereka diterangi oleh photon. Dalam
pengertian matematik yang sesungguhnya, photon tidak memiliki ukuran fisik dan
mereka tidak dapat dibelah karena mereka tidak memiliki unsur – unsur penyusun
dirinya. Daya elektrik yang dihasilkan, panjang gelombangnya sama dengan sinar
matahari didalam solar cell. Ketika cahaya berhenti, daya elektrik juga
berhenti. Solar cell tidak membutuhkan pengisian ulang seperti baterai.
Beberapa telah melanjutkan operasi diluar ruangan diatas tanah, atau diluar
angkasa untuk lebih dari 30 tahun.
Beberapa keuntungan yang didapatkan
dari photovoltaic adalah untuk memenuhi sumber daya secara luas dan pada
dasarnya tidak terbatas, tidak ada pancaran, serta tidak ada pembakaran atau
radioaktif yang dibuang, kemusian harga operasional yang murah, lalu tempatnya
tidak berpindah – pindah, pemasangan yang cepat, dapat diintegrasikan kedalam
pembangunan struktur yang baru, dan sebagainya. Namun dari banyak keuntungan,
yang didapat dari photovoltaic, ada juga kerugian yang didapatkan, seperti
bahan bakar yang sangat panjang ( cahaya matahari adalah umumnya mempunyai
energi massa jenis yang yang rendah), pemasangannya relative tinggi harganya,
alat bantunya tidak terlalu tahan uji, serta kurangnya efisiensi unsur ekonomi
dalam penyimpanan energi. Jadi pada photovoltaic pun punya keuntungan dan
kerugian sendiri. [2]
Pada solar cell akan dihasilkan I output dan V output,
sehingga dapat diperoleh nilai daya output berdasarkan persamaan
P = V. I ……………………… (1.1) [3]
Semikonduktor adalah bahan dasar
untuk komponen aktif dalam alat elektronika, digunakan misalnya untuk membuat
dioda. Dioda adalah komponen elektronik yang dapat melewatkan arus pada satu
arah saja. [1]
II. METODE
Berikut ini adalah skema kerja pada percobaan
photovoltaic.
Gambar 2.1:
skema kerja pengukuran arus pada photovoltaic
Gambar 2.2:
skema alat pengukuran tegangan pada photovoltaic
Percobaan ini dibagi menjadi dua, yaitu untuk
pengukuran arus yang menggunakan rangkaian seri dan untuk pengukuran tegangan
yang menggunakan rangkaian paralel.
Pada
percobaan kali ini, pertama – tama harus disiapkan beberapa alat dan bahan, yaitu
solar cell dengan dua variasi luas (5 x 5) cm dan (2,5 x 5) cm, circuit diagram
seri dan paralel, filter warna merah, kuning, dan biru, power supply,
multimeter, light module, dan kabel penjepit.
Setelah semua peralatan disiapkan,
kemudian menentukan V input pada power supply yang besar V inpunya bisa dilihat
pada multimeter. Lalu, dilakukan percobaan pengukuran arus terlebih dahulu.
Digunakan circuit diagram seri dan dipasang pada base unit. Kemudian solar cell
(5 x 5) cm dipasang dan diletakkan filter merah diatasnya. Setelah itu light
module dengan empat lampu pijar yang sebelumnya telah diuji nyala atau tidaknya
dihubungkan dengan power supply dan diletakkan diatas filter warna. Kemudian
arus output diukur dan dicatat berapa ampere besar arus outputnya dengan tiga
perulangan.
Kemudian filter warna diganti dengan warna kuning dan biru. Dilakukan langkah yang sama dengan sebeumnya hinga diperoleh nilai arus outpunya. Setelah itu, solar cell diganti dengan solar cell (2,5 x 5) cm. Lalu V input diganti sebanyak 2 kali.
Setelah didapatkan nilai arus output
dengan tiga variasi filter warna, 2 variasi solar cell, dan 3 variasi V input,
kemudian dilakukan percobaan untuk pengukuran tegangan output. Circuit diagram
diganti dengan circuit diagram paralel dan langkah yang dilakukan sama seperti
pengukuran arus output. Yang berbeda hanyalah multimeter dan solar cell
dipasang paralel dan yang dihitung adalah tegangan outputnya.
Gambar 2.2:
Flow chart metode percobaan photovoltaic
III. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
Setelah
dilakukan percobaan photovoltaic, didapatkan hasil sebagai berikut.
Tabel 3.1: Data percobaan photovoltaic pada saat
digunakan solar cell (5x5) cm.
Filter warna
|
V input (V)
|
V output (V)
|
I output (A)
|
P output
(W)
|
MERAH
|
1,585
|
0,37
|
0,006
|
0,00222
|
0,37
|
0,006
|
0,00222
|
||
0,37
|
0,006
|
0,00222
|
||
2,04
|
0,422
|
0,013
|
0,005486
|
|
0,421
|
0,013
|
0,005473
|
||
0,421
|
0,013
|
0,005473
|
||
3,4
|
0,501
|
0,028
|
0,014028
|
|
0,5
|
0,03
|
0,015
|
||
0,498
|
0,031
|
0,015438
|
||
KUNING
|
1,585
|
0,351
|
0,005
|
0,001755
|
0,351
|
0,005
|
0,001755
|
||
0,351
|
0,005
|
0,001755
|
||
2,04
|
0,403
|
0,001
|
0,000403
|
|
0,402
|
0,001
|
0,000402
|
||
0,402
|
0,001
|
0,000402
|
||
3,4
|
0,485
|
0,023
|
0,011155
|
|
0,484
|
0,023
|
0,011132
|
||
0,484
|
0,024
|
0,011616
|
||
BIRU
|
1,585
|
0,345
|
0,004
|
0,00138
|
0,345
|
0,004
|
0,00138
|
||
0,345
|
0,004
|
0,00138
|
||
2,04
|
0,395
|
0,009
|
0,003555
|
|
0,398
|
0,009
|
0,003582
|
||
0,398
|
0,009
|
0,003582
|
||
3,4
|
0,48
|
0,02
|
0,0096
|
|
0,479
|
0,02
|
0,00958
|
||
0,479
|
0,02
|
0,00958
|
Tabel 3.2: Data percobaan photovoltaic pada saat
digunakan solar cell (2,5x5) cm.
Filter warna
|
V input (V)
|
V output (V)
|
I output (A)
|
P output (W)
|
MERAH
|
1,585
|
0,43
|
0,003
|
0,00129
|
0,43
|
0,003
|
0,00129
|
||
0,43
|
0,003
|
0,00129
|
||
2,04
|
0,465
|
0,007
|
0,003255
|
|
0,465
|
0,007
|
0,003255
|
||
0,465
|
0,007
|
0,003255
|
||
3,4
|
0,512
|
0,052
|
0,026624
|
|
0,512
|
0,052
|
0,026624
|
||
0,512
|
0,052
|
0,026624
|
||
KUNING
|
1,585
|
0,419
|
0,002
|
0,000838
|
0,419
|
0,002
|
0,000838
|
||
0,419
|
0,002
|
0,000838
|
||
2,04
|
0,455
|
0,006
|
0,00273
|
|
0,455
|
0,006
|
0,00273
|
||
0,455
|
0,006
|
0,00273
|
||
3,4
|
0,502
|
0,042
|
0,021084
|
|
0,502
|
0,042
|
0,021084
|
||
0,502
|
0,042
|
0,021084
|
||
BIRU
|
1,585
|
0,415
|
0,002
|
0,00083
|
0,415
|
0,002
|
0,00083
|
||
0,415
|
0,002
|
0,00083
|
||
2,04
|
0,45
|
0,005
|
0,00225
|
|
0,45
|
0,005
|
0,00225
|
||
0,45
|
0,005
|
0,00225
|
||
3,4
|
0,498
|
0,036
|
0,017928
|
|
0,498
|
0,036
|
0,017928
|
||
0,497
|
0,036
|
0,017892
|
Berdasarkan data yang telah diperoleh yaitu V input,
Voutput, dan I output, maka nilai P output dapat dihitung menggunakan persamaan
(1.1)
Fenomena yang terjadi pada solar cell yaitu cahaya (foton) jatuh ke permukaan solar cell yang terbuat dari bahan semikonduktor, kemudian energi foton ini
ditransfer ke elektron –elektron sehingga elektron
tereksitasi dan terjadi aliran arus dalam bahan semikonduktor tersebut. Kemudian arus ini di alirkan ke rangkaian sehingga I output dan V output dapat diukur dan menjadi pembangkit
listrik.
Pada percobaan kali ini, varisasi yang digunakan ada 3
yaitu variasi V input, variasi filter warna, dan variasi solar cell. Pada
variasi V input, dari data yang diperoleh dapat dilihat bahwa semakin besar
nilai V input, maka semakin besar pula nilai V output dan nilai I output untuk
setiap variasi filter warna. Sehingga nilai P output yang didapatkan pun semakin
besar untuk V input yang semakin besar karena nilai P akan sebanding dengan V
dan I.
Variasi
filter warna yakni merah, kuning, dan biru memiliki pengaruh terhadap V output,
I output, dan P output. Dapat dilihat pada data hasil percobaan bahwa filter
merah memiliki P output yang cenderung lebih besar dari pada filter kuning dan
biru. Jika dikaitkan pada teori, panjang gelombang akan berbanding terbalik
dengan energi kalor yang dipancarkan oleh lampu, dan energi kalor akan
sebanding dengan daya output yang dihasilkan oleh solar cell. Warna merah
mempunyai panjang gelombang lebih besar dibandingkan biru ataupun kuning. Sehingga,
jika menurut teori daya ouput yang dihasikan oleh cahaya yang dihalangi oleh
filter merah akan lebih kecil dari pada dengan filter biru atau kuning. Teori
ini berbeda dengan hasil percobaan kali ini, walaupun ada beberapa data pada
percobaan yang membuktikan bahwa daya output yang dihasilkan dari cahaya yang
dihalangi dengan filter merah lebih kecil dari pada daya output yang dihasilkan
dari cahaya yang dihalangi dengan filter kuning ataupun biru.
Variasi solar cell menggunakan solar cell (5x5) cm dan
(2,5x5) cm. Pada solar cell (5x5) cm memiliki I output, V output, dan P output
yang lebih besar dari pada solar cell (2,5x5) cm. Jika semakin luas solar cell
yang digunakan, maka akan semakin besar pula nilai I output, V output, dan
Poutput yang terukur. Hal ini disebabkan karena pada solar cell yang lebih
luas, maka cahaya dari light module yang ditangkap oleh solar akan semakin
banyak pula. Sehingga bisa menghasilkan I output dan V output yang besar.
Dari beberapa variasi tersebut, dapat juga dilihat
pada grafik-grafik berikut.
Gambar
3.1: Grafik I output terhadap P output pada solar cell (5x5) cm.
Gambar
3.2: Grafik I output terhadap P output pada solar cell (2,5x5) cm.
Pada gambar 3.1 dan gambar 3.2 terlihat bahwa terdapat
3 garis yaitu garis merah untuk filter merah, kuning untuk filter kuning, dan biru
untuk filter biru.
Pada kedua grafik, persamaan garis yang ada pada
grafik tersebut, y menunjukkan nilai P output, x menunjukkan nilai I output, a
atau gradien garis menunjukan nilai V output, dan b menunjukkan ketidakpastian
antara titik dan garis. Jika garis menghubungkan titik – titik dengan tepat,
maka nilai b akan sama dengan nol seperti yang ditunjukkan pada garis persamaan
warna merah dan biru.
Pada gambar 3.1 adalah untuk P output yang diperoleh
menggunakan solar cell (5x5) cm. dan pada gambar 3.2 adalah untuk P output
menggunakan solar cell 2,5x5) cm. Perbedaan antara keduanya terlihat cukup
jelas, yaitu nilai P output pada solar cell (5x5) cm dengan filter warna merah
adalah 0,00222 Watt, sedangkan pada solar cell (2,5x5) cm dengan filter warna
merah adalah 0,00129 Watt. Hal ini sesuai dengan teori bahwa semakin luas solar
cell maka akan semakin besar daya output yang dihasikan.
IV. KESIMPULAN
Dari percobaan Photovoltaic yang telah dilakukan,
sehingga dapat disimpulkan bahwa pengaruh besar intensitas cahaya sebanding dengan daya output solar cell,
pengaruh lebar solar cell sebanding dengan daya output solar cell, serta nilai
panjang gelombang sebanding dengan daya output solar cell, padahal pada teori
panjang gelombang akan berbanding terbalik terhadap daya output solar cell.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan
terima kasih kepada Budiana, Dita Vyantyas, Friska Ayu Fitrianti, Setiawan
Abdillah selaku asisten percobaan photovoltaic, rekan – rekan praktikan photovoltaic,
dan semua pihak terkait praktikum photovoltaic dalam melakukan percobaan dan
penyelesaian laporan ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1].
Krane, Kennent S. 1992. Fisika Modern.
Universitas Indonesia. Jakarta.
[2]. Luque, Antonio and Steven Hegedus. 2003. Handbook of Photovoltaic
Science and Engineering. Wiley. England.
[3].
Sutrisno.1986. Elektronika Teori dan
Penerapannya. ITB. Bandung.
Posting Komentar