Panel Surya

 

Panel surya adalah seperangkat alat dengan bahan semi konduktor yang dapat mengkonversi energi sinar matahari yang diterimanya menjadi energi listrik. Panel surya disebut juga photovoltaic dan terbuat dari bahan semi konduktor yang pada umumnya adalah silicon [2]. Panel surya dimanfaatan sebagai alat untuk mengubah cahaya matahari yang mengandung energi foton untuk diubah menjadi energi listrik. Panel surya bekerja berdasarkan prinsip photovoltaic, yaitu dengan cara mengubah energi foton dari radiasi cahaya matahari yang diterimanya menjadi energi listrik. Silikon terdiri atas 2 lapisan didalamnya, yaitu lapisan n(-) dan lapisan p(+). Lapisan n adalah lapisan yang berada di atas permukaan panel surya dan berhubungan langsung dengan cahaya matahari, sedangkan lapisan p berada dibawah lapisan n yang dipisahkan oleh sebuah gerbang (junction). Gerbang ini akan terbuka saat ada cahaya matahari menyinari permukaan panel surya. Terbukanya gerbang antar lapisan mengakibatkan elekron yang dihasilkan mengalir. Intensitas cahaya matahari sangatlah mempengaruhi terbukanya gerbang antar lapisan, semakin lebar gerbang antar lapisan terbuka karena intensitas cahaya matahari yang besar, maka semakin besar pula arus yang mengalir [10]. Pada umumnya panel surya memiliki rangkaian ekivalen seperti ditunjukkan pada gambar 2.1 dan pemodelan matematis sangat diperlukan untuk mengetahui bagaimana parameter panel surya yang digunakan.

Gambar 2.1 Rangkaian Ekivalen Panel Surya

 

Menurut Yulianda dalam jurnalnya, kinerja dari suatu panel surya dipengaruhi oleh beberapa faktor. Berikut ini adalah beberapa faktor yang mempengaruhi kinerja dari panel surya:

2.2.1.1 Temperatur Lingkungan

Temperatur lingkungan sangatlah berpegaruh pada tegangan yang dihasilkan oleh panel surya. Panel surya dapat beroperasi secara maksimum jika temperaturnya tetap normal(yaitu pada 25 ‘C), kenaikan temperatur lebih tinggi dari temperatur normal akan menurunkan nilai tegangan. Setiap kenaikan temperatur panel surya 10’ Celsius dari 25’C akan mengurangi sekitar 0,4 % dari total tegangan yang dihasilkan atau akan melemah dua kali lipat pada kenaikan temperatur panel per 100 C’.

 

2.2.1.2 Intensitas Cahaya Matahari

Arus yang dihasilkan panel surya sangatlah bergantung pada intensitas cahaya matahari yang mengenai permukaannya. Semakin besar intensitas cahaya matahari, maka semakin besar arus yang dihasilkan.

 

2.2.1.3 Kondisi Angin

Semakin besar angin yang bertiup disekitar panel maka akan membantu menurukan suhu permukaan panel surya, sehingga tegangan keluaran dapat terjaga.

 

2.2.1.4 Keadaan Cuaca

Keadaan cuaca seperti berawan, mendung, berkabut, hingga tingkat kelembapan dan kondisi lainnya akan mempengaruhi tegangan keluaran dari panel surya.

 

2.2.1.5 Posisi Panel Surya Terhadap Matahari

Posisi dimana cahaya matahari tegak lurus terhadap permukaan panel menentukan arus yang dihasilkan, semakin tegak permukaan panel surya terhadap matahari maka semakin maksimal intensitas cahaya yang diserap oleh panel surya, sehingga posisi panel surya sangat tergantung terhadap waktu dari pergerakan posisi matahari dari terbit sampai terbenam.

 

2.2.2 Jenis Panel Surya

Jenis panel surya digolongkan berdasarkan teknologi pembuatannya. Secara garis besar panel surya dibagi dalam tiga jenis, yaitu:

2.2.2.1 Monocrystalline

Panel surya jenis ini terbuat dari batangan kristal silikon murni yang sangat tipis. Dengan cara pembuatan seperti ini, akan dihasilkan lembaran panel surya yang identik satu sama lain dan berkinerja tinggi. Sehingga menjadi panel surya yang paling efisien dibandingkan jenis panel surya lainnya yaitu sekitar 15% - 20%. Mahalnya harga kristal silikon murni dan teknologi yang digunakan dalam pembuatannya, menyebabkan mahalnya harga jenis panel surya ini dibandingkan jenis panel surya yang lain di pasaran. Kelemahan dari panel surya jenis ini jika disusun membentuk modul akan menyisakan banyak ruangan yang kosong karena panel surya seperti ini umumnya berbentuk segi enam.

2.2.2.2 Polycrystalline

Panel surya jenis ini terbuat dari beberapa batang kristal silikon yang dilebur dan kemudian dituangkan dalam cetakan yang berbentuk persegi. Kristal silikonnya tidak semurni pada panel surya monocrystalline, sehingga panel surya yang dihasilkan tidak identik satu sama lain dan efisiensinya lebih rendah, yaitu 13% -16%. Panel surya ini berbentuk persegi panjang, jika disusun membentuk panel surya, akan rapat dan tidak akan ada ruangan kosong, tidak seperti susunan pada panel surya monocrystalline. Proses pembuatannya lebih mudah dibanding monocrystalline sehingga harganya lebih murah. Jenis ini paling banyak dipakai saat ini[3].

2.2.2.3 Thin Film Solar Cell (TFSC)

Panel surya jenis ini diproduksi dengan cara menambahkan satu atau beberapa lapisan material sel surya yang tipis ke dalam lapisan dasar. Panel surya jenis ini berbentuk sangat tipis. Jenis ini dikenal juga dengan nama Thin Film Photovoltaic (TFPV). Berdasarkan materialnya, panel surya ini digolongkan menjadi 3, yaitu:

2.2.2.3.1 Amorphous Silicon (a-Si)

Panel surya dengan bahan Amorphous Silicon ini awalnya banyak diterapkan pada perangkat kalkulator dan jam tangan. Namun seiring dengan perkembangan zaman, penerapannya menjadi semakin luas. Dengan teknik pembuatannya yang disebut "stacking(susun lapis)", dimana beberapa lapis Amorphous Silicon ditumpuk membentuk panel surya dan akan memberikan efisiensi yang lebih baik antara 6% - 8%.

2.2.2.3.2 Cadmium Telluride (CdTe)

Panel surya jenis ini mengandung bahan Cadmium Telluride yang memiliki efisiensi lebih tinggi dari panel surya Amorphous Silicon, yaitu 9% - 11%.

2.2.2.3.3 Copper Indium Gallium Selenide (CIGS)

CIGS memiliki efisiensi tinggi paling dibandingkan dengan kedua jenis panel surya thin film yang lain, yaitu 10% - 12%. Selain itu panel surya jenis ini tidak mengandung bahan berbahaya Cadmium seperti pada sel surya CdTe. Teknologi pembuatan panel surya thin film ini masih baru, masih banyak kemungkinan peningkatan di masa mendatang. Harga produksi yang murah sertabentuknya yang tipis, ringan dan fleksibel sehingga dapat dilekatkan pada berbagai bentuk permukaan.

 

2.2.3 Karakteristik Panel Surya

Daya keluaran dari panel surya sebanding dengan tegangan keluaran dikalikan dengan arus keluarannya. Panel surya dapat menghasilkan arus dari tegangan yang berbeda-beda. Hal ini berbeda dengan baterai yang menghasilkan arus dari tegangan yang relatif konstan. Karakteristik keluaran dari panel surya dapat dilihat dari kurva I-V. Kurva I-V menunjukkan hubungan antara arus dan tegangan dari panel surya.

 

Gambar .2 menunjukkan bagaimana kurva I-V, sumbu horizontal adalah tegangan, sumbu vertikal adalah arus. Kebanyakan kurva I-V diberikan dalam Standar Test Conditions (STC) 1000 W/m2 radiasi (atau disebut satu matahari puncak/ one peak sun hour) dan 25 derajat Celcius/ 77 derajat Fahrenheit panel surya. Sebagai informasi, STC mewakili kondisi optimal dimana dalam keadaan lingkungan laboratorium.

Kurva I-V terdiri dari 3 hal yang penting:

1. Maximum Power Point (MPP)

2. Open Circuit Voltage (Voc)

3. Short Circuit Current (Isc)