Sel Surya pada Prototipe Solar Tracker Otomatis
18 Nov 2019

Sel Surya pada Prototipe Solar Tracker Otomatis

Beritahu teman
>>>
Menurut situs wikipedia.org di [1], sel surya (solar cell) adalah perangkat listrik yang mengubah energi cahaya (energy of light) menjadi listrik (electricity) dengan memanfaatkan efek fotovoltaik (photovoltaic effect). Pada tulisan ini dibahas mengenai sel surya dan penjejak surya (solar tracker) di mana sebagian besarnya diambil dari [2].

Pembahasan dalam tulisan ini meliputi: 1. Jenis-jenis penggunaan Sel Surya. 2. Penelitian Mengenai Sel Surya. 3. Cara Menghitung Efisiensi Sel Surya (Solar Cell Efficiency). 4. Beberapa Hal Yang Mempengaruhi Efisiensi Sel Surya. dan 5. State of The Art Penelitian Penjejak Surya (Solar Tracker).

 

1. Jenis-jenis Penggunaan Sel Surya

 

Pemanfaatan sel surya di masyarakat sudah cukup meluas saat ini, bahkan di berbagai daerah telah terbentuk berbagai komunitas-komunitas pengguna solar panel (panel surya). Mereka sering mengadakan pertemuan atau diskusi, baik di berbagai acara offline maupun juga secara online/dunia maya.

Pada umumnya pemanfaatan sel surya tersebut mayoritas masih dalam jenis statis yang memang relatif mudah baik dalam pemasangan, desain dan struktur serta pengabelannya. Sebagaimana diketahui, ada 3 (tiga) jenis penggunaan sel surya:
1. Jenis statis
2. Jenis yang mengikuti posisi matahari atau yang disebut solar tracker
3. Dan yang terakhir adalah jenis yang menggunakan metoda konsentrasi/pemusatan cahaya.

Pemasangan sel surya dengan metoda pemusatan cahaya masih terbilang sulit diterapkan pada masyarakat umum. Hal ini karena membutuhkan sistem pengendalian sel surya yang mengarahkan pada posisi matahari dengan tingkat ketelitian yang cukup tinggi. Serta pada tingkat konsentrasi tertentu membutuhkan sistem pemantau dan pengendali temperatur pada sel surya tersebut agar kondisi tersebut tidak merusaknya.

Sementara itu, pemanfaatan sel surya dengan tipe/jenis solar tracker relatif tidak terlalu sulit karena didukung perkembangan mikrokontroler yang saat ini mudah digunakan dan perangkat tersebut tersedia banyak di pasaran. Bahkan sekarang sejak sekolah tingkat menengah pertama sudah banyak diajarkan keahlian memprogram mikrokontroller dengan bahasa pemograman sederhana.

(Baca juga: Deteksi Posisi Matahari Menggunakan Solar Tracker)

Jadi seharusnya masyarakat tidak terlalu kesulitan dalam memprogram (coding) mikrokontroler tersebut. Memang tingkat energi yang dihasilkan oleh tipe solar tracker ini masih di bawah tipe konsentrasi, namun tipe ini masih di atas tipe statis pada umumnya. Selain itu kelebihan tipe tracker ini dibandingkan statis adalah bisa dilakukan penyimpanan modul sehingga meningkatkan keindahan tempat pemasangan sel surya. Di samping itu juga meningkatkan tingkat keamanan modul surya (cell modules) karena tersimpan di dalam tempat khusus.

Dengan pertimbangan itu semua maka diputuskan untuk melakukan penelitian tentang automatic solar tracker prototype (prototipe penjejak surya otomatis), yaitu untuk menyelidiki efisiensi dari sistem sel surya yang menggunakan penjejak tersebut dan membandingkannya dengan tipe statis.

 

2. Penelitian Mengenai Sel Surya

 

Penelitian sel surya secara intensif baru dimulai sejak 1970-an walaupun photovoltaic effect (efek fotovoltaik) sudah diketahui efektif sejak tahun 1954. Edmond Becquerel menemukan efek ini pertama kali di tahun 1897. Penelitian di bidang energi surya ini dipicu oleh krisis minyak di tahun 1970-an akibat embargo minyak oleh negara -negara Timur Tengah selama perang Arab-Israel menggelora.

Akibat trend peningkatan efisiensi sel surya dari tahun ke tahun, dapat pula kita melihat berbagai jenis sel surya yang tengah dikembangkan. Sedikitnya ada 9 jenis sel surya dengan berbagai tipe yang ditentukan oleh jenis material yang dipergunakan sebagai penyerap sinar mataharinya (solar absorber material). Saat ini, hampir semua sel surya memiliki efisiensi minimum 12% dengan batas optimal kira-kira 39%, tergantung dari jenis sel surya yang dibuat.

Sel surya komersil yang biasa terdapat di pasaran ialah sel surya berjenis silicon yang ditandai dengan garis biru, dengan efisiensi optimum skala laboratorium sekitar 25% yang dikembangkan oleh University of New South Wales (UNSW) Australia. Sel surya jenis ini ditemukan pertama kali di tahun 1954 oleh para peneliti Bell Laboratories secara tidak disengaja (Chapin et al.,2014).

Tim sel surya UNSW dikomandani oleh Prof. Martin Green sebagai leader-nya. Sel surya jenis silicon ini dapat dikatakan menguasai 90% pasar sel surya dunia karena teknologinya sudah cukup mapan mengingat pesatnya industri semikonduktor dewasa ini. Tidak terdapat catatan efisiensi baru dari jenis sel ini hingga sejak tahun 1999. Perlu diketahui, rata rata sel surya silicon yang dipasarkan (komersial) berefisiensi antara 12-15% (Adolf et al., 2003).

Jenis material yang dipergunakan oleh sel surya sangat beragam dengan perhatian utama penelitian pada saat itu mengunakan material CuInGaSe2 (copper indium-galium diselenide) dan CdTe (cadmium tellurida). Kedua jenis material untuk sel surya ini memiliki efisiensi dalam skala laboratorium yang nyaris mencapai 20% dengan efisiensi sel surya komersil sekitar 10-12%, lebih sedikit dari sel surya jenis silicon.

Rekor efisiensi sel surya skala laboratorium sekitar 39% telah dicapai dengan teknologi paling mutakhir, yakni sel surya multi-junction yang diproduksi oleh National Renewable Energy Laboratory (NREL) di bawah Departemen Energi AS. Tingkat kerumitan pembuatan sel surya jenis ini ialah pada teknik integrasi komponen-komponen penyerap sinar matahari tersebut di dalam sebuah sel yang mutlak memperhitungkan letak dan posisi atom-atom di dalam kristal semikonduktor yang dipakai.

Keunggulan dari sel surya multi-junction ialah dapat menyerap lebih banyak spektrum cahaya tampak yang jatuh di atas permukaannya dibandingkan dengan sel surya dengan satu buah komponen penyerap cahaya matahari. Ditambah dengan keberadaan cermin konsentrator yang memfokuskan cahaya matahari ke permukaan sel, sehingga intensitas cahaya yang ditangkap meningkat. Efisiensi akhir yang diperoleh ialah sebagaimana disebutkan di atas, kira-kira dua kali rekor efisiensi sel surya lapis tipis (Sakhr et al., 2019).

 

 

3. Cara Menghitung Efisiensi Sel Surya

 

Efisiensi dari panel (power conversion efficiency) dihitung dengan membagi output daya sel (dalam watt) pada maximum power point (Pm) oleh cahaya masukan (E, dalam W/m2) dan luas permukaan sel surya (Ac dalam m2). Pada umumnya suatu panel surya memiliki efisiensi hanya sekitar 20-30%, yang berarti secara mudahnya suatu panel surya hanya dapat mengkonversi sekitar 20% saja dari seluruh energi cahaya yang diterima oleh panel surya. Sedangkan sisanya dipantulkan kembali ke udara.

Dalam kondisi standar, panel surya dengan luas sekitar 1 meter persegi dapat menghasilkan energi sekitar 200 W per jam operasinya. Namun hal ini tidak begitu pasti juga, sebab untuk daerah dengan paparan sinar matahari yang cukup tinggi panel surya dapat menyerap lebih banyak energi bahkan hingga 3000 Watt per jam.

Contoh perhitungan efisiensi, dalam suatu sistem yang dirancang untuk menyerap energi sebesar 200 W dengan menggunakan area 1,5 m2, berapakah nilai efisiensi maksimumnya? (Furkan et al., 2010). Dalam hal ini kita akan menggunakan nilai Incident Radiation Flux sebesar 1000 W/m2 (berarti untuk setiap m2 matahari mampu memberikan daya sekitar 1000 Watt). Lalu perhitungannya akan menjadi sebagai berikut:

 

Rumus 1 Automatic Solar Tracker Prototype

 

Secara umum rumus perhitungan efesiensi keluaran maksimum (ɳ) didefinisikan sebagai persentase daya keluaran optimum terhadap energi cahaya yang digunakan, yang dituliskan sebagai:

 

Rumus 2 Automatic Solar Tracker Prototype

 

Semakin besar input yang diberikan, maka daya listrik yang dapat dihasilkan oleh sel surya semakin besar (Reshmi et al., 2015).

 

4. Beberapa Hal Yang Mempengaruhi Efisiensi Sel Surya

 

Ada beberapa hal yang dapat mempengaruhi efisiensi penyerapan energi dari sel surya. Di antaranya adalah:
1. Nilai refleksi dari panel nilai termodinamika
2. Kekuatan efisiensi zat pada panel surya
3. Kekuatan konduktor dari zat yang ada pada sel surya

 

5. State of The Art Penelitian Penjejak Surya

 

Okokpujie dalam publikasinya pada tahun 2018 melaukukan penelitian pembuatan penjejak surya hanya untuk mendapatkan energi maksimum dari matahari, di mana insiden sinar matahari harus selalu berada pada 90oC terhadap sel surya setiap saat. Untuk mencapai hal ini, penjejak surya diperlukan yang dapat mendeteksi arah sinar matahari dan menyesuaikan posisi panel surya.

Prototipe yang dimaksud pada tulisan ini didasarkan pada desain dan implementasi perangkat penjejak surya yang diaktifkan sensor yang efektif dan murah yang menggunakan foto-sensor untuk mendeteksi sinar matahari. Intensitas yang terukur dibaca sebagai input oleh mikrokontroler yang memerintahkan aktuator untuk mengubah posisi sensor.

Dari penelusuran beberapa artikel pembuatan sel surya, untuk meningkatkan efisiensinya hanya perlu mencari material yang mempunyai efffisiensi menyerap foton-foton sinar UV maksimum dan mencari sudut letak posisi sel surya yang diam. Namun solar tracker otomatis adalah penjejak yang panel suryanya bergerak mengikuti pergerakan sinar matahari, sehingga diharapkan dapat menyerap sinar secara maksimum dan pada tulisan ini dibuat otomatisasi panel surya menutup dengan sendirinya bila tidak ada sinar matahari sehingga membuat bahan panel surya lebih lama life time-nya.

 

Referensi:
[1} https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cell
[2] Sri Yatmani, Edwin Kamal dan Tita Aisyah. Laporan Kemajuan DIPT Automatic Solar Tracker Prototype. Institut Teknologi Indonesia, Serpong, 2019.

 

Catatan:
Tulisan berjudul Sel Surya pada Prototipe Solar Tracker Otomatis di atas adalah karya Sri Yatmani, Edwin Kamal dan Tita Aisyah. Ketiganya adalah staf pengajar di Prodi Teknik Elektro, Institut Teknologi Indonesia, Serpong.

Tinggalkan Balasan