BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Masalah energi tampaknya akan tetap menjadi topik
yang hangat sepanjang
peradaban umat manusia. Upaya mencari sumber energi alternatif
sebagai pengganti bahan bakar fosil masih tetap ramai dibicarakan.
Ada beberapa energi alam sebagai energi alternatif yang bersih,
tidak berpolusi, aman dan dengan persediaan yang tidak terbatas. Di
antaranya adalah energi surya, angin, gelombang dan perbedaan suhu
air laut. Di masa yang akan datang, dengan adanya kebutuhan energi
yang makin besar,
penggunaan sumber energi listrik yang beragam tampaknya tidak
bisa dihindari. Oleh sebab itu, pengkajian terhadap berbagai sumber
energi baru tidak akan pernah menjadi langkah yang sia-sia. Tulisan
ini akan membahas perkembangan teknologi sel surya dewasa ini
sebagai komponen utama untuk pembangkit listrik tenaga matahari dan
prospeknya di masa depan dengan penekanan pada material pembentukan
sel surya itu sendiri. Seperti kita ketahui, sinar matahari
merupakan sumber energi yang tidak terbatas jumlahnya. Dengan
memanfaatkan potensi sinar matahari sebagai energi khususnya energi
listrik kita dapat memiliki cadangan energi yang cukup besar bila
sumber energi fosil seperti minyak bumi, batu bara dan gas alam
mengalami kelangkaan. Dari hasil riset betahun - tahun para ilmuwan
akhirnya berhasil menciptakan suatu alat yang dapat memanfaatkan
sinar
matahari menjadi energi listrik. Alat tersebut dinamakan Solar
Cell atau Photovoltaic Cell (Sel Surya ). Prinsip kerja dari Sel
Surya ini adalah menyerap sinar matahari kemudian menggunakan sinar
tersebut untuk membangkitkan elektron-elektron di dalam Sel Surya
sehinnga menghasilkan arus listrik.Memang penggunaan Sel Surya
sebagai pembangkit listrik belum begitu banyak digunakan apalagi di
negara-negara yang kurang mendapat sinar matahari setiap tahunnya.
Namun prospek Sel Surya ini sebagai alternatif sumber energi
listrik masa depan sangat menjanjikan,mengingat sinar matahari
adalah sumber energi yang tidak ada habisnya. Untuk itu, perlu kita
mengetahui bagaimana sebenarnya Potensi Sel Surya itu sebagai
sumber energi listrik baru dan penggunaanya di berbagai bidang
kehidupan. Dan diharapkan nantinya penggunaan Sel Surya sebagai
sumber energi1
listrik sudah lumrah digunakan ,khususnya di Indonesia yang
mendapat sinar matahari penuh setiap tahun. 1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah pada problem ini adalah 1. Bagaimana
mekanisme fisis yang mendasari proses konversi energi gelombang
elektromagnetik menjadi energi listrik? 2. Parameter-parameter apa
saja yang mempengaruhi performa sebuah sel surya? 3. Bagaimana
fenomena kuantum menentukan sifat-sifat transport dalam
semikonduktor yang digunakan sebagai sel surya? 4. Sebera besar
potensi penggunaan energi surya sebagai pengganti energi fosil?
1.3
Hipotesis Adapun hipotesis dari rumusan masalah adalah: 1.
Semakin besar cahaya yang mengenai pada solar sel, maka semakin
besar energi listrik yang ditimbulkan. 2. Ada hubungan antara
energi sel surya terhadap semikonduktor. 3. Energi sel surya
sebagai pengganti energi fosil.
1.4
Tujuan Adapun tujuan penyusunan makalah ini adalah 1. Memahami
mekanisme konversi energi gelombang elektromaggnetik menjadi energi
listrik pada sel surya. 2. Mengetahui fenomena-fenomena kuantum
dalam proses transport semikonduktor yang di gunakan dalam sel
surya.
1.5
Metodologi Singkat Metodologi dalam makalah ini membahas tentang
kajian pustaka yang bersumber dalam berbagai refrensi. Adapun
metodologi singkat yang diuraikan adalah: 1. Pengertian Sel Surya
2. Semikonduktor 3. Efek Fotolistrik 4. Pengembangan Energi Surya
Sebagai Pembangkit Listrik2
BAB II METODOLOGI
2.1
Matahari Sebagai Sumber Energi Kebutuhan akan energi yang terus
meningkat dan semakin menipisnya cadangan
minyak bumi memaksa manusia untuk mencari sumber-sumber energi
alternatif. Negaranegara maju juga telah bersaing dan berlomba
membuat terobosan-terobosan baru untuk mencari dan menggali serta
menciptakan teknologi baru yang dapat menggantikan minyak bumi
sebagai sumber energi. Semakin menipisnya persediaan energi dan
juga ketergantungan pada salah satu jenis energi dimana hingga saat
ini pemakaian bahan bakar minyak sangat besar sekali dan hampir
semua sektor kehidupan menggunakan bahan bakar ini, sementara itu
bahan bakar merupakan komoditi ekspor bagi surya yang dominan untuk
pendapatan negara. Dalam upaya pencarian sumber energi baru
sebaiknya memenuhi syarat yaitu menghasilkan jumlah energi yang
cukup besar, biaya ekonomis dan tidak berdampak negatif terhadap
lingkungan. Oleh karena itu pencarian tersebut diarahkan pada
pemanfaatan energi matahari baik secara langsung maupun tidak
langsung dengan menggunakan panel surya yang dapat merubah energi
matahari menjadi energi listrik yang dinamakan Solar Cell.
Teknologi Solar Cell telah lama dikenal oleh manusia penangkap
panas yang dibawa sinar matahari untuk diubah menjadi sumber energi
listrik. Penggunaannya juga sudah cukup luas dari menggerakkan
mobil hingga menggerakkan robot. Pada umumnya, Solar Cell merupakan
sebuah hamparan semi konduktor yang dapat menyerap photon dari
sinar matahari dan mengubahnya menjadi listrik. Sinar matahari yang
mampu diserap oleh Solar Cell berkisar antara 30% hingga 50%.
Setiap jenis semikonduktor yang berbeda hanya dapat menyerap
photons pada tingkat energi tertentu saja yang dikenal dengan
istilah handgap. Sekarang ini, Solar Cell yang baik adalah Cell
dengan dua semikonduktor berbeda yang disatukan untuk menyerap
sinar matahari pada tingkat energi yang berbeda pula. Meski
demikian daya serapnya tetap berkisar 30% hingga 50% dari energi
sinar matahari. Solar Cell merupakan suatu panel yang terdiri dari
beberapa sel dan beragam jenis. Penggunaan Solar Cell ini telah
banyak digunakan di negara-negara berkembang dan negara maju dimana
pemanfaatannya tidak hanya pada lingkup kecil tetapi sudah banyak
digunakan3
untuk keperluan industri sehingga energi matahari dapat
dijadikan sebagai sumber energi alternatif. Energi matahari
mempunyai banyak keuntungan dibandingkan dengan energi lain.
Keuntungan yang dapat diperoleh adalah jumlahnya cukup besar tidak
menimbulkan polusi terdapat dimana-mana dan tidak ada biaya
penggunaan Solar Cell ini juga sangat cocok digunakan di pedesaan
dimana didaerah terpencil yang belum terjangkau arus listrik maupun
dimanfaatkan untuk alat dengan konsumsi listrik skala kecil
sehingga dapat membantu masyarakat yang membutuhkan. Intensitas
radiasi matahari akan berkurang oleh penyerapan dan pemantulan
oleh
atmosfer saat sebelum mencapai permukaan bumi. Ozon di atmosfer
menyerap radiasi dengan panjang gelombang pendek (ultraviolet)
sedangkan karbondioksida dan uap air menyerap sebagian radiasi
dengan panjang gelombang yang lebih panjang (infra merah). Selain
pengurangan radiasi bumi langsung (sorotan) oleh penyerapan
tersebut, masih ada radiasi yang dipancarkan oleh molekul-molekul
gas, debu dan uap air dalam atmosfer. Ada dua macam cara radiasi
matahari / surya sampai ke permukaan bumi yaitu: a. Radiasi
langsung (Beam / Direct Radiation) Adalah radiasi yang mencapai
bumi tanpa perubahan arah atau radiasi yang diterima oleh bumi
dalam arah sejajar sinar datang. b. Radiasi Hambur (Diffuse
Radiation) Adalah Radiasi yang mengalami perubahan akibat
pemantulan dan penghamburan.
2.2
Karakteristik Radiasi Sinar Surya Energi Sinar Surya dipancarkan
dalam bentuk radiasi gelombang elektromagnetik yang
terdistribusi atas radiasi energi surya dan energi foton. Energi
Sinar Surya sampai ke bumi dalam spectrum radiasi infra merah,
sinar tampak dan radiasi ultraviolet. Di luar atmosfer spectrum
distribusi radiasi sinarsurya ini sebagian diserap oleh lapisan
troposat dan berdebu, dan awan. Sedangkan sebagian lagi dipantulkan
kembali ke ruang angkasa.
4
Besar tenaga radias sinar pada umumnya didasarkan jarak
rata-rata antara bumi dan surya. Tenaga radiasi sinar surya
persatuan waktu yang diterima pada satu-satuan luas permukaan yang
tegak lurus pada arah datangnya radiasi, pada jarak rata-rata bumi
dan surya disebut Solar Konstan (Tetapan Surya). Pada dasarnya
gelombang elektromagnetik tersebut adalah radiasi thermal. Adapun
jenis radiasi itu selalu merambat dengan kecepatan cahaya. Secara
fisik perambatan radiasi diperoleh dengan mengganggap set iap
kuantum
sebagai suatu partikel yang memiliki energi, massa, dan
momentum. Jadi pada hakekatnya, radiasi dapat digambarkan sebagai
suatu partikel foton yang dapat bergerak dari suatu medium ke
medium lain. Rapat daya dari setiap satuan panjang gelombang
dinyatakan dalam rumus radiasi plank sebagai berikut :
Dimana: h = Konstanta plank (6,625 x 10-34 Joule-det) = Panjang
Gelombang C = Kecepatan Cahaya = 3 x 108 m/dt k = 1,38 x 10-23
Joule/K (konstanta Boltmann) Berdasarkan ini maka dapat di hitung
berapa besar energi yang akan digunakan untuk menghasilkan arus
minoritas pada sumbernya Solar Cell. Bila energi radiasi menimpa
permukaan suatu bahan, maka sebagian dari radiasi itu: Dipantulkan
(refleksi) Diserap (absorsi) Diteruskan (transmisi)
5
2.3
Pengertian Sel Surya Sel surya mengubah cahaya menjadi listrik
Mereka disebut surya atas matahari atau
"sol" karena matahari merupakan sumber cahaya terkuat yang dapat
dimanfaatkan. Sel surya sering kali disebut sel photovoltaic,
photovoltaic dapat diartikan sebagai "cahayalistrik". Sel surya
atau sel PV bergantung pada efek photovoltaic untuk menyerap energi
matahari dan menyebabkan arus mengalir antara dua lapisan bermuatan
yang berlawanan. Sel surya biasanya berbentuk wafer bulat diameter
3 inci (7,6 cm) dan tebal
300 mm. Bebentuk bujur sangkar atau persegi panjang. Sel surya
adalah sebuah alat konversi energi yang mengubah bentuk energi
surya menjadi energi listrik. Energi yang dihasilkan oleh sel surya
adalah yang paling ramah lingkungan, namun lahan instalasi yang
diperlukan sangat luas. Selain itu, energi surya sangat tergantung
pada besarnya intensitas sinar matahari, sehingga kontinuitasnya
menjadi masalah tersendiri. Cahaya matahari terdiri atas foton atau
partikel energi surya, dimana foton inilah yang dikonversi menjadi
energi listrik. Foton-foton mengandung energi yang bervariasi
menurut panjang gelombangnya. Energi foton yang diserap oleh sel
surya diserahkan sebagian atau seluruhnya kepada elektron di dalam
sel surya. Dengan adanya energi baru ini maka elektron mampu lepas
dari posisi normalnya terhadap atom sehingga menjadi arus dalam
suatu sirkuit listrik. Sel surya dapat menyerap gelombang
elektromagnetik dan mengubah energi foton yang diserapnya menjadi
energi listrik. Bagian terbesar sel surya adalah sebuah dioda.
Dioda terbuat dari suatu semikonduktor dengan jurang energi (Ec
Ev). Ketika energi foton yang datang lebih besar dari jurang energi
ini, foton akan diserap oleh semikonduktor untuk membentuk pasangan
elektronhole. Elektron dan hole kemudian ditarik oleh medan listrik
sehingga menimbulkan photocurrent (photocurrent bisa juga dinamakan
sebagai arus yang dihasilkan oleh cahaya). Dalam sel surya tidak
hanya photocurrent yang penting, tetapi ada beberapa parameter lain
yang perlu mendapat kajian.
6
foton
dipantulkanSel surya, terdiri atas semikonduktor dimana elektron
akan terlepas karena adanya energi dari foton, menjadi energi
listrik
diserap
Gambar 1.1. Proses terjadinya energi listrik dari tenaga
surya
Pada sel surya terdapat sambungan (function) antara dua lapisan
tipis yang terbuat dari bahan semikonduktor yang masing-masing yang
diketahui sebagai semikonduktor jenius P (positif) dan
semikonduktor jenis N (Negatif). Semikonduktor jenis N dibuat dari
kristal silikon dan terdapat juga sejumlah material lain (umumnya
posfor) dalam batasan bahan material tersebut dapat memberikan
suatu kelebihan elektron bebas. Elektron adalah partikel sub atom
yang bermuatan negatif, sehingga silikon paduan dalam hal ini
disebut sebagai semikonduktor jenis N (Negatif). Semikonduktor
jenis P juga terbuat dari kristal silikon yang didalamnya terdapat
sejumlah kecil materi lain (umumnya posfor) dalam batasan bahwa
material tersebut dapat memberikan suatu kelebiha elektron bebas.
Elektron adalah partikel sub atom yang bermuatan negatif, sehingga
silikon paduan dalam hal ini disebut sebagai semi konduktor jenis N
Negatif. Semikonduktor jenis P juga terbuat dari kristal silikon
yang didalamnya terdapat sejumlah kecil materi lain (umumnya boron)
yang mana menyebabkan material tersebut kekurangan satu elektron
bebas. Kekurangan atau hilangnya elektron ini disebut lubang
(hole). Karena tidak ada atau kurangnya elektron yang bermuatan
listrik negatif maka silikon paduan dalam hal ini sebagai
semikonduktor jenis P (Positif).
2.4
Semikonduktor Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan
konduktivitas listrik yang berada di antara
insulator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai
insulator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur
ruangan besifat sebagai konduktor (K. Muller 1986).
7
Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah Silicon
(Si), Germanium (Ge) dan Galium Arsenida (GaAs). Germanium dahulu
adalah bahan satusatunya yang dikenal untuk membuat komponen
semikonduktor. Namun belakangan, silikon menjadi popular setelah
ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari alam. Silikon merupakan
bahan terbanyak ke dua yang ada dibumi setelah oksigen (O2).
Struktur atom kristal silikon, satu inti atom (nucleus)
masing-masing memiliki 4 elektron valensi. Ikatan inti atom yang
stabil adalah jika dikelilingi oleh 8 elektron, sehingga 4 buah
elektron atom kristal tersebut membentuk ikatan kovalen dengan
ion-ion atom tetangganya. Pada suhu yang sangat rendah (0K).
Struktur atom silikon divisualisasikan seperti pada gambar
berikut.
Gambar struktur dua dimensi kristal Silikon. Ikatan kovalen
menyebabkan elektron tidak dapat berpindah dari satu inti atom ke
inti atom yang lain. Pada kondisi demikian, bahan semikonduktor
bersifat isolator karena tidak ada elektron yang dapat berpindah
untuk menghantarkan listrik. Pada suhu kamar, ada beberapa ikatan
kovalen yang lepas karena energi panas, sehingga memungkinkan
elektron terlepas dari ikatannya. Namun hanya beberapa jumlah kecil
yang dapat terlepas, sehingga tidak memungkinkan untuk menjadi
konduktor yang baik. Ahli-ahli fisika terutama yang menguasai
fisika quantum pada masa itu mencoba memberikan doping pada bahan
semikonduktor ini. Pemberian doping dimaksudkan untuk mendapatkan
elektron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak dan permanen, yang
diharapkan akan dapat menghantarkan listrik. Semikonduktor
mempunyai susunan pita energi yang mirip dengan pita energi
isolator. Pada suhu sangat rendah, pita konduksi semikonduktor
tidak terisi oleh elektron. Di antara8
pita konduksi dan valensi juga terdapat celah energi. Namun,
celah terlarang ini mempunyai jarak yang jauh lebih kecil
dibandingkan dengan celah terlarang pada isolator. Nilai celah
terlarang untuk semikonduktor adalah sekitar 1,1 eV sedangkan pada
isolator intan adalah sebesar 6 eV. Pada suhu kamar, elektron yang
ada pada pita valensi akan mendapatkan energi kinetik. Energi
kinetik ini cukup kuat untuk memindahkan electron ke pita konduksi.
Berpindahnya elektron ke pita konduksi menyebabkan adanya elektron
bebas pada pita konduksi. Akibatnya, pada suhu kamar tersebut maka
semikonduktor mampu mengantarkan arus listrik seperti halnya pada
konduktor. 2.5 Efek Fotolistrik Efek fotolistrik adalah peristiwa
terlepasnya elektron- elektron dari permukaan logam (disebut
sebagai elektron foto) ketika logam tersebut disinari dengan
cahaya. Rumus energi berdasarkan teori kuantum adalah E = nhf.
Dengan demikian, cahaya dipancarkan sebagai partikel-partikel kecil
yang disebut foton. Jika tabung tabung ditempatkan dalam ruang
gelap, maka tidak akan ada arus listrik (I) yang mengalir. Tapi
ketika cahaya dengan frekuensi tertentu diarahkan ke pada
pelat/panel surya, maka akan terjadi aliran listrik. Apabila dikaji
lebih jauh, efek fotolistrik ini maka ada dua sifat penting dari
gelombang cahaya yakni: intensitas cahaya dan frekuensi. Beberapa
sifat penting yang terjadi pada efek foto listrik adalah sebagai
berikut : a. Besarnya energi kinetik maksimum elektron foto tidak
tergantung pada intensitas cahaya. b. Permukaan dari sel surya
membutuhkan frekuensi minimum tertentu yang disebut frekuensi
ambang (fo) untuk dapat menghasilkan elektron foto. c.
Elektron-elektron dapat terbebas dari permukaan sel surya hampir
tanpa selang waktu, yaitu kurang dari 10-9 detik setelah
penyinaran. d. Energi kinetik maksimum elektron foto bertambah jika
frekuensi cahaya diperbesar. e. Semua foton memiliki energi yang
sama sebesar hf, sehingga apabila intensitas cahaya dinaikkan namun
dengan frekuensi yang tetap akan menambah jumlah foton, tetapi
tidak menambah energi yang dipancarkan.
Agar terjadi aliran listrik (berpindahnya elektron) dari
permukaan sel surya, maka diperlukan kerja minimum W0 (disebut
fungsi kerja atau energy ambang) untuk9
melepaskan elektron dari permukaan sel surya. Besarnya W0
tergantung pada jenis logam yang dipakai sebagai bahan sel surya.
Agar terjadi arus listrik yang kontinu maka frekuensi (f) yang
dipancarkan oleh cahaya haruslah sedemikian rupa sehingga hf >
W0, keterangan: Wo= Fungsi kerja atau energi ambang (Joule)
SatuanWo sering ditulis dalam eV, 1 eV = 1,602.10-19 J h =
konstanta Planck (6,626.10-34 J.s) m = masa elektron (9,11.10-31
kg) v = kecepatan elektron (m/s) f0 = frekuensi ambang (Hertz)
2.6
Pengembangan Energi Surya Sebagai Pembangkit Listrik Tabung
katoda adalah suatu alat yang menghasilkan cahaya atau aliran
elektron dari
katoda ke anoda. Sedangkan sel surya adalah sebuah alat yang
mengkonversikan energi foton (cahaya sebagai partikel) menjadi
energi listrik. Agar mampu menjadi sumber tenaga listrik dengan
daya output yang tinggi, maka dua parameter yang perlu diperbaiki
dan dikontrol adalah intensitas cahaya dan frekuensi cahaya yang
diterima oleh sel surya. Frekuensi cahaya yang dihasilkan oleh
tabung katoda f haruslah jauh lebih besar dari frekuensi ambang fo
sel surya, sehingga akan terjadi arus listrik yang kontinu. Dengan
demikian, maka ada dua hal yang diperbaiki, yakni memperbesar
frekuensi cahaya katoda atau mengganti bahan sel surya dengan bahan
lain yang memiliki frekuensi ambang sekecil mungkin. Intensitas
cahaya yang dihasilkan oleh tabung katoda cukup setara dengan
intensitas cahaya matahari yang sebesar 560 W/m2, namun dengan
frekuensi yang sangat tinggi. Hal ini akan berdampak pada
dihasilkannya daya output dari sel surya yang tinggi. Selain itu,
ada beberapa hal yang perlu diperbaiki, yakni: 1) Filamen Pemanas
Filamen pemanas berfungsi untuk memanasi ujung katoda perlu
dipercepat dengan memberikan suatu beda potensial dari 50 kV sampai
5000 kV DC diantara katoda dan anoda
10
2) Material yang digunakan sebagai katoda adalah campuran antara
tungsten dan thorium, karena memiliki kekuatan mekanik yang bagus,
titik lebur yang tinggi, fungsi kerja yang tinggi serta memerlukan
daya input yang lebih kecil.
2.5
Keunggulan Energi Matahari untuk Alternatif Pembangkit Listrik
Dalam memilih energi alternatif, tentunya perlu dipertimbangkan
kelebihan dan
kekurangannya, sehingga dapat diketahui apakah energi tersebut
dapat menjadi solusi yang tepat, efektif, dan efisien. Berikut ini
adalah kelebihan- kelebihan energi matahari yang membuatnya menjadi
solusi energi alternatif yang efektif dan efisien untuk pembangkit
listrik di Indonesia. Yang pertama, energi matahari adalah energi
alam yang paling dasar, yang menunjang segala bentuk kehidupan.
Energi matahari mudah diperoleh secara cuma-cuma. Pemanfaatan
energi matahari dalam teknologi sel surya pun ramah lingkungan dan
tidak menimbulkan polusi. Perangkatnya pun tidak memerlukan lahan
yang terlalu luas.
11
BAB III HASIL DAN ANALISIS
3.1
Hasil Pengamatan Hasil pengamatan dalam penulisan mkalah ini,
dilakukan pencarian data data dan
informasi dengan menelusuri sumber sumber terkait topik yang
dipilih. Informasi dan data di dapat dari berbagai jenis media baik
elektronik maupun cetak. Seperti dari buku buku buku teks, jurnal
jurnal ilmiah, laporan hasil penelitian, dan artikel artikel dari
internet. Kemudian dilakukan pula diskusi antar anggota kelompok
dan dengan pihak pihak yang dianggap mengerti mengenai topik karya
tulis ilmiah yang kami ambil ini secara informal. Hal ini dilakukan
untuk memperjelas gambaran permasalahan yang akan dibahas di dalam
karya tulis ini.
3.2
Analisis Pengamatan
3.2.1 Mekanisme Konversi Energi Gelombang Elektromagnetik
Menjadi Energi Listrik Pembangkit listrik tenaga surya itu
konsepnya sederhana, yaitu mengubah cahaya matahari menjadi energi
listrik. Cahaya matahari merupakan salah satu bentuk energi dari
sumber daya alam. Sumber daya alam matahari ini sudah banyak
digunakan untuk memasok daya listrik di satelit komunikasi melalui
sel surya. Sel surya ini dapat menghasilkan energi listrik dalam
jumlah yang tidak terbatas langsung diambil dari matahari, tanpa
ada bagian yang berputar dan tidak memerlukan bahan bakar. Sehingga
sistem sel surya sering dikatakan bersih dan ramah lingkungan.
Bahan sel surya sendiri terdiri dari kaca pelindung dan material
adhesi transparan yang melindungi bahan sel surya dari keadaan
lingkungan, material anti-refleksi untuk penyerapan lebih banyak
cahaya dan mengurangi jumlah cahaya yang dipantulkan, semi
konduktor Ptype dan N-type (terbuat dari campuran silikon) untuk
menghasilkan medan listrik, saluran awal dan saluran akhir (terbuat
dari logam tipis) untuk mengirim elektron ke dalam perabotan
elektronik (Sumber: Rhazio. 2007). Cara kerja sel surya sendiri
sebenarnya identik dengan piranti semikonduktor dioda. Ketika
cahaya bersentuhan dengan sel surya dan diserap oleh bahan
semi-konduktor, Terjadi12
pelepasan elektron. Apabila elektron tersebut bisa menempuh
perjalanan menuju bahan semikonduktor pada lapisan yang berbeda,
terjadi perubahan sigma gaya gaya pada bahan. Gaya tolakan antar
bahan semi-konduktor, menyebabkan aliran medan listrik. Dan
menyebabkan elektron dapat disalurkan ke saluran awal dan akhir
untuk digunakan pada perabot listrik. Sel surya paling sederhana
merupakan sambungan dua semikonduktor tipe P dan N. Dalam sambungan
P-N tersebut terbentuk tiga daerah berbeda. Pertama daerah type P,
yang mayoritas pembawa muatannya adalah lubang (hole), kedua daerah
type N dengan mayoritas pembawa muatan adalah elektron dan ketiga
adalah daerah
pengosongan (deplesi) yang pada daerah ini terdapat medan
listrik internal yang arahnya dari N ke P. Ketika radiasi sinar
surya mengenai sel surya tersebut maka akan terbentuk elektron dan
hole, sehingga karena pengaruh medan listrik internal tersebut di
atas, maka hole akan bergerak menuju ke P (mayoritas pembawa muatan
adalah hole) dan elektron akan bergerak ke N (mayoritas pembawanya
elektron), sehingga keduanya menghasilkan arusfoto difusi.
Sedangkan pada daerah pengosongan dapat pula terjadi pasangan hole
dan elektron yang karena pengaruh medan internal yang sama akan
bergerak menuju ke arah mayoritasnya, sehingga menghasilkan arus
generasi. Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang
memiliki kelebihan elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n
= negatif). Sedangkan semikonduktor jenis p memiliki kelebihan
hole, sehingga disebut dengan p ( p = positif) karena kelebihan
muatan positif. Caranya, dengan menambahkan unsur lain ke dalam
semkonduktor, maka kita dapat mengontrol jenis semikonduktor
tersebut, sebagaimana diilustrasikan pada gambar di bawah ini.
Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan
untuk meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan
daya hantar listrik dan panas semikonduktor alami. Di dalam
semikonduktor alami (disebut dengan semikonduktor
13
intrinsik) ini, elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama.
Kelebihan elektron atau hole dapat meningkatkan daya hantar listrik
maupun panas dari sebuah semikoduktor. Misal semikonduktor
intrinsik yang dimaksud ialah silikon (Si). Semikonduktor jenis p,
biasanya dibuat dengan menambahkan unsur boron (B), aluminum (Al),
gallium (Ga) atau Indium (In) ke dalam Si. Unsur-unsur tambahan ini
akan menambah jumlah hole. Sedangkan semikonduktor jenis n dibuat
dengan menambahkan nitrogen (N), fosfor (P) atau arsen (As) ke
dalam Si. Dari sini, tambahan elektron dapat diperoleh. Sedangkan,
Si intrinsik sendiri tidak mengandung unsur tambahan. Usaha
menambahkan unsur tambahan ini disebut dengan doping yang jumlahnya
tidak lebih dari 1 % dibandingkan dengan berat Si yang hendak
didoping. Dua jenis semikonduktor n dan p ini jika disatukan akan
membentuk sambungan p-n atau dioda p-n (istilah lain menyebutnya
dengan sambungan metalurgi / metallurgical junction) yang dapat
digambarkan sebagai berikut.
1. Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung. 2. Sesaat
setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan
elektronelektron dari semikonduktor n menuju semikonduktor p, dan
perpindahan hole dari semikonduktor p menuju semikonduktor n.
Perpindahan elektron maupun hole ini hanya sampai pada jarak
tertentu dari batas sambungan awal. 3. Elektron dari semikonduktor
n bersatu dengan hole pada semikonduktor p yang mengakibatkan
jumlah hole pada semikonduktor p akan berkurang. Daerah ini
akhirnya berubah menjadi lebih bermuatan positif.. 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. 4.
Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi
(depletion region) ditandai dengan huruf W. 5. Baik elektron maupun
hole yang ada pada daerah deplesi disebut dengan pembawa muatan
minoritas (minority charge carriers) karena keberadaannya di jenis
semikonduktor yang berbeda. 6. Dikarenakan adanya perbedaan muatan
positif dan negatif di daerah deplesi, maka timbul dengan
sendirinya medan listrik internal E dari sisi positif ke sisi
negatif, yang mencoba menarik kembali hole ke semikonduktor p dan
elektron ke semikonduktor n. Medan
14
listrik ini cenderung berlawanan dengan perpindahan hole maupun
elektron pada awal terjadinya daerah deplesi (nomor 1 di atas). 7.
Adanya medan listrik mengakibatkan sambungan pn berada pada titik
setimbang, yakni saat di mana jumlah hole yang berpindah dari
semikonduktor p ke n dikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik
kembali kearah semikonduktor p akibat medan listrik E. Begitu pula
dengan jumlah elektron yang berpindah dari smikonduktor n ke p,
dikompensasi dengan mengalirnya kembali elektron ke semikonduktor n
akibat tarikan medan listrik E. Dengan kata lain, medan listrik E
mencegah seluruh elektron dan hole berpindah dari semikonduktor
yang satu ke semiikonduktor yang lain. Pada sambungan p-n inilah
proses konversi cahaya matahari menjadi listrik terjadi. Untuk
keperluan sel surya, semikonduktor n berada pada lapisan atas
sambungan p yang menghadap kearah datangnya cahaya matahari, dan
dibuat jauh lebih tipis dari semikonduktor p, sehingga cahaya
matahari yang jatuh ke permukaan sel surya dapat terus terserap dan
masuk ke daerah deplesi dan semikonduktor p. Ketika sambungan
semikonduktor ini terkena cahaya matahari, maka elektron mendapat
energi dari cahaya matahari untuk melepaskan dirinya dari
semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor. Terlepasnya
elektron ini meninggalkan hole pada daerah yang ditinggalkan oleh
elektron yang disebut dengan fotogenerasi elektron-hole
(electron-hole photogeneration) yakni, terbentuknya pasangan
elektron dan hole akibat cahaya matahari. Cahaya matahari dengan
panjang gelombang (dilambangkan dengan simbol lambda sbgn di gambar
atas ) yang berbeda, membuat fotogenerasi pada sambungan pn berada
pada bagian sambungan pn yang berbeda pula. Spektrum merah dari
cahaya matahari yang memiliki panjang gelombang lebih panjang,
mampu menembus daerah deplesi hingga terserap di semikonduktor p
yang akhirnya menghasilkan proses fotogenerasi di sana. Spektrum
biru dengan panjang gelombang yang jauh lebih pendek hanya terserap
di daerah semikonduktor n. Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan
pn terdapat medan listrik E, elektron hasil fotogenerasi tertarik
ke arah semikonduktor n, begitu pula dengan hole yang tertarik ke
arah semikonduktor p. Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua
bagian semikonduktor, maka elektron akan mengalir melalui kabel.
Jika sebuah lampu kecil dihubungkan ke kabel, lampu tersebut
menyala dikarenakan mendapat arus listrik, dimana arus listrik ini
timbul akibat pergerakan elektron. Jadi arus listrik yang mengalir
di dalam PN Junction disebabkan oleh gerakan15
hole, tapi berlawanan arah dengan gerakan elektron. Sekedar
untuk lebih menjelaskan, elektron yang bergerak di dalam bahan
konduktor dapat menimbulkan energi listrik. Dan energi listrik
inilah yang disebut sebagai arus listrik yang mengalir berlawanan
arah dengan gerakan elekt ron. Jadi parameter-parameter yang
mempengaruhi performa sel panel surya adalah a. Energi cahaya
matahari(irradiance daan suhu) meliputi frekuensi cahaya matahari
dan panjang gelombang, Konstanta matahari, absorbsi (penyerapan)
dan refleksi (pemantulan), atmosfer bumi., Jarak antara bumi dengan
matahari, Sudut jauh sinar matahari, Sifat-sifat permukaan yang
dikenai sinar matahari, Lamanya penyinaran sinar matahari. b. Arus
yang dihasilkan cahaya c. Luas area sel surya
3.2.2 Fenomena kuantum dalam semikonduktor a. Efek Fotolistrik
pada Sel Surya Pada zat padat isolator dan semikonduktor terdapat
dua daerah pita elektronik yang biasa disebut dengan pita valensi
dan pita konduksi. Yang pertama tersusun dari lintasan atom valensi
dan terisi dengan elektron pada state dasamya. Energi terlarang
antara kedua pita tersebut disebut energi gap (Es ). Distribusi
elektron pada tingkattingkat energi didifinisan oleh Fungsi
distribusi Fermi sebagai ( )( )
Pada semikonduktor murni dengan energi gap yang kecil dan tanpa
pengotoran, tingkat energi terletak pada daerah energi gap dan
tingkat energi Fermi kira-kira berada di tengah energi gap.
Semikonduktor dengan pengotoran tipe-donor-elektron mempunyai
tingkat energi dekat bagian bawah pita konduksi, ditandai dengan Ec
, disebut semikonduktor tipe-n. Sebaliknya semikonduktor dengan
pengotoran tipe-aseptor-elektron mempunyai tingkat energi dekat
dengan pita valensi (E, ;) disebut semikonduktor tipe-p. Dalam hal
ini pengotoran tidak selalu berarti adanya tambahan unsur kimia
tetapi dapat berarti akibat adanya cacat pada kisi semikonduktor
tersebut. Sebagai contoh, beberapa oksida seperti ZnO merupakan
isolator saat membentuk kristal yang hampir sempuma, tetapi
dengan
16
adanya pemanasan bahan tersebut akan kehilangan beberapa atom
oksigen sehingga menjadi semikonduktor tipe-n. Silikon murni
mempunyai konduktivitas listrik yang rendah namun bahan ini akan
menjadi semikonduktor tipe-n jika dilakukan pengotoran dengan
posfor dan menjadi tipe-p jika dilakukan pengotoran dengan atom
boron. Pada semikonduktor tipe-n, elektron pada tingkat pengotoran
donor sebagian tereksitasi secara termal pada pita konduksi dan
tingkat Fermi naik mendekati tingkat donor. Pada semikonduktor
tipe-p, elektron pada pita valensi sebagian tereksitasi ke tingkat
aseptor dan tingkat energi Fermi turun dekat tingkat aseptor.
Sebagian besar semikonduktor tipe-n, E , E F berharga,beberapa
puluh kali lebih besar dibandingkan kT, sehingga f(E) untuk pita
konduksi menjadi ( )( )
dalam hal ini rapat keadaan N(E), dapat didekati dengan harga
dekat pita konduksi. Dengan mengadopsi model elektron bebas pada
pita konduksi, N(E) dapat dituliskan Persamaan tersebut menuliskan
tingkat Fermi terhadap bagian bawah (atau bagian atas) pita valensi
(pita konduksi). Dengan menjumlah kedua persamaan tersebut
diperoleh ( ( ) ( ) )
(
)
Dimana Nc adalah rapat keadaan pita konduksi didefisinikan
sebagai ( )
Dengan cara yang sama, jumlah lubang pada pita valensi, p 0
diperoleh
Dimana EV energi bagian atas pita valensi dan N V adalah
kerapatan state efektif pada pita valensi diberikan ( )
Dimana mh adalah massa efektif lubang pada pita valensi.
Sehingga dapat diperoleh17
Persamaan tersebut menuliskan tingkat fermi terhadap bagian
bawah( atau bagian atas) pita valensi(pita konduksi). Dengan
menjumlahkan kedua persamaan tersebut diperoleh
dimana Eg (= Ec E,) adalah energi gap dan n i adalah kerapatan
pembawa muatan mumi. Persamaan ini menunjukkan bahwa pada kondisi
kesetimbangan, jumlah lubang pada pita valensi dan jumlah elektron
pada pita konduksi adalah konstan, dengan tidak memperhatikan
kerapatan dopan
Saat arus mengalir akibat penyinaran, yaitu akibat kondisi
ketidakseimbangan, persamaan tersebut tidak dapat diberlakukan,
namun masih dapat didifinisikan tingkat quasi-Fermi dari elektron
dan lubang, dan , dengan menggunakan asumsi distribusi
Boltzmann. Adanya kenaikan jumlah kerapatan pembawa muatan
mayoritas akibat penyinaran biasanya dapat diabaikan dibandingkan
dengan kerapatan dopan, namun tingkat pembawa muatan mayoritas
quasi-Fermi tidak mengalami perubahan. Sebaliknya kenaikan
kerapatan pembawa muatan minoritas akibat penyinaran mengalami
peningkatan dibandingkan pada kondisi kesetimbangan, akibatnya
tingkat quasi-Fermi mengalami perubahan dibandingkan tingkat
pembawa muatan mayoritas quasi-Fermi. Tingkat quasiFermi dari
elektron dan lubang diberikan oleh persamaan
dimana n dan p merupakan kerapatan elektron dan lubang pada
kondisi kesetimbangan. Dan persamaan dapat diturunkan persamaan
berikut
18
dimana
adalah jarak dalam bentuk energi antara kedua tingka quasi
Fermi.
dalam daerah muatan ruang sama dengan eV (V adalah tegangan
maju) sehingga persamaan 3.17 menjadi
Persamaan itu menunjukkan bahwa basil kali np mengalami kenaikan
secara eksponensial dengan tegangan bias V. b. Sambungan Schottky
dan Sambungan p-n Jika dua buah material dengan fungsi kerja yang
berbeda disambungkan, maka pembawa muatan bebas pada material
dengan fungsi kerja rendah akan berpindah ke material dengan fungsi
kerja yang tinggi dan sebagai konsekuensinya akan terbentuk lapisan
listrik pada masing-masing permukaan kontak tersebut karena adanya
tumpukan muatan. Karena ada tumpukan muatan maka potensial pada
material dengan fungsi kerja tinggi menjadi rendah dibandingkan
dengan sisi yang lain, akibatnya tingkat Fermi kedua material
tersebut menjadi sama. Untuk logam dengan kerapatan pembawa muatan
yang tinggi (1022 - 1 0 23 cm-3 ), jarak antar muatan berharga
beberapa angstrom, mengakibatkan jatuhnya potensial sehingga
tingkat Fermi membentuk satu garis. Sedangkan untuk semikonduktor
dengan pembawa muatan yang relatif rendah (< 10 18 cm-3
), pembawa
muatan bebas yang berada pada permukaan sampai ke dalam
semikonduktor hams ditransfer ke logam agar tingkat Fermi menjadi
sama. Dalam hal ini terbentuk lapisan kosong pada sambungan atau
disebut juga sebagai daerah deplesi. Pada lapisan ini total muatan
positif (atau muatan negatif) terbentuk akibat ionisasi donor
,(atau aseptor), dan karenanya disebut juga lapisan muatan ruang.
Jika diasumsikan adanya beda potensial sekitar 0,5 V, dengan
'kerapatan donor sekitar 10'scm-3, lebar lapisan tersebut
diperkirakan sekitar 1 p.m. Jika semikonduktor tipe-n disambungkan
dengan logam yang memiliki fungsi kerja lebih tinggi, elektron pada
pita konduksi semikonduktor berpindah ke logam, akibatnya terjadi
gradien potensial pada daerah deplesi. Pita energi pada
semikonduktor akan terbelokkan dan membentuk tegangan penghalang
disebut penghalang Schottky. Jika diasumsikan tidak terjadi state
karena kecacatan kisi pada semikonduktor, maka besarnya19
pembelokan dari posisi setimbang sebesar perbedaan fungsi kerja
logam dan semikonduktor, yaitu
dimana
sering disebut potensial "built-in". Energi penghalang
mengalirnya elektron , sedangkan untuk ,( adalah afinitas
pada pita konduksi semikonduktor ke logam adalah sebesar
menggerakkan elektron dari logam ke semikonduktor sebesar
elektron pada semikonduktor). Jika tegangan maju dikenakan,
pembelokan pita energi tersebut mengalami pengurangan sebesar eV,
sehingga penghalang aliran elektron dari semikonduktor ke logam
menjadi rendah. Sebaliknya penghalang aliran elektron dari logam ke
semikonduktor tidak mengalami perubahan (baik bertegangan maju
maupun mundur). Harga tersebut disebut tinggi penghalang, dari
penghalang Schottky:
Penghalang schottky berbentuk ( untuk semikonduktor tipe-p.
) untuk semikonduktor tipe-n dan (
)
Jika semikonduktor tipe-n dan tipe-p disambungkan, elektron pada
tipe-n akan berpindah ke tipe-p dan akibatnya tingkat Fermi
keduanya menjadi sama. Pembawa muatan bebas akan terdefleksi dekat
perbatasan dan terjadi pembelokan pita energi akibat adanya lapisan
muatan positif donor pada tipe-n dan lipisan muatan negatif aseptor
pada tipe-p. Besarnya pembelokan pita energi tersebut sama dengan
beda tingkat energi Fermi kedua semikonduktor tersebut. c.
Timbulnya Tegangan Foto dan Arus Foto Pada bagian ini dibahas
mekanisme dasar sel surya denganrmengambil sel surya dengan
konfigurasi diode Schottky, menggunakan semikonduktor tipe-n. Jika
foton dengan energi lebih besar dari energi gap datang pada
permukaan semikonduktor, elektron pada pita valensi akan
tereksitasi ke pita konduksi. Dengan kata lain terjadi generasi
elektronlubang akibat cahaya foton. Generasi lubang (pembawa muatan
minoritas) dan elektron (pembawa muatan20
mayoritas) berdifusi dalam semikonduktor. Dalam proses difusi
tersebut lubang mencapai daerah permukaan deplesi akibat medan
listrik. Sebaliknya elektron pada daerah deplesi ditolak ke dalam
semikonduktor oleh medan. Akhimya pasangan elektron-lubang
dipisahkan oleh medan listrik pada daerah deplesi. Di bawah
penyinaran, elektron akan terkumpul di dalam semikonduktor dan
tegangan listrik pada bagian tersebut mengalami kenaikan. Karena
energi pada pinggir pita semikonduktor berharga tetap terhadap
tingkat Fermi, pengumpulan elektron tersebut menyebabkan penurunan
pembelokan pita dan tingkat quasi Fermi elektron dari
semikonduktor, , menjadi Iebih tinggi dibandingkan tingkat Fermi
logam Ern, dengan
perbedaan dalam bentuk tegangan sebesar VPh . Tingkat
quasi-Fermi lubang, EF , pada permukaan semikonduktor hampir
berimpit dengan karena kesetimbangan telah tercapai antara
permukaan semikonduktor dan logam akibatnya terjadi transfer lubang
yang sangat cepat dari pennukaan lubang ke logam. Setelah kerapatan
elektron yang terkumpul cukup tinggi, maka tingkat Fermi logam dan
tingkat quasi-Fermi elektron pada semikonduktor mengakibatkan
kenaikan tegangan foto dan penurunan pembelokan pita energi.
Akibatnya probabilitas jarak pasangan lubang-elektron yang
tergenerasi menjadi menurun, dan berakibat pula penurunan kerapatan
arus foto. Dalam kondisi rangkaian terbuka, pita energi menjadi
hampir datar sehingga tingkat rekombinasi lubang-elektron akan sama
dengan tingkat fotogenerasi. Pada kondisi rangkaian tertutup,
tingkat elektron dan tingkat quasiFermi lubang pada persambungan
logam-semikonduktor berimpit dengan tingkat Fermi logam, dan tidak
ada tegangan foto yang tergenerasi. Dalam kasus ini pembelokan pita
energi sangat besar dan probabilitas jarak lubangelektron sangat
tinggi, akibatnya kerapatan arus foto sangat tinggi. Di bawah
tegangan maju, yaitu saat tegangan negatif dikenakan pada
semikonduktor, pembelokan pita menjadi kecil. akibatnya pada
kondisi gelap kerapatan aliran mayoritas dari semikonduktor ke
logam naik. Sebaliknya pada kondisi bertegangan mundur, pembelokan
pita energi menjadi besar dan aliran pembawa muatan mayoritas dapat
diabaakan. Dapat dikatakan bahwa diode bertingkah laku sebagai
pembalik. Jika sambungan tersebut dikenai sinar, maka lubang akan
berpindah dari semikonduktor ke logam seperti telah disebutkan di
aatas. Oleh sebab itu arus foto mengalir berlawanan arah dengan
arus gelap. Jumlah anus total, J dapat dinyatakan sebagai [ ]
21
dimana Jo , adalah kerapatan arus gelap jenuh, yaitu kerapatan
arus yang mengalir di bawah tegangan mundur yang cukup tinggi (saat
V = ) . Substitusi persamaan diperoleh [ ]
Salah satu tipe kurva I-V di bawah penyinaran diperlihatkan oleh
kurva b padaTitik A pada gambar tersebut menunjukkan kondisi
rangkaian hubung singkat, dimana arus foto mengalir namun tidak ada
tegangan foto yang timbul. Kerapatan arus foto pada rangkaian
tertutup, J s c , diperoleh dengan memasukkan V = 0 ke persamaan,
memberikan
Titik B menunentukkan kondisi rangkaian terbuka, dimana tegangan
foto terjadi namun tanpa ada aliran arus foto. Tegangan foto
rangkaian terbuka diperoleh dengan substitusi J = 0 ke persamaan
2.23,
(
)
Titik C memberikan daya maksimum dimana hasil kali arus foto dan
tegangan foto, yaitu besarnya daya listrik, We, mencapai harga
tertinggi. Efisiensi konversi energi dari sel surya pada titik C
dapat dituliskan sebagai
dimana W energi surya yang datang dan Fl adalah faktor isian
yaitu nisbah antara luas persegi panjang dengan sisi Y dan X.
Parameter-parameter yang mempengaruri dalam sel surya adalah
sebagai berikut: a. Energi matahari/intensitas matahari22
b. Bahan semikonduktor c. Alat konversi
3.3
Energi Surya Sebagai Pengganti Energi Fosil Para ilmuan
memperkirakan bahwa Tahun 2307, bahan bakar fosil telah habis
sepenuhnya. Minyak bumi telah mengering akibat penggunaan yang
melampaui batas selama lima ratus tahun terakhir. Batu bara lenyap
setelah dibakar oleh kegiatan industri selama lebih dari tiga ratus
tahun. Akhirnya, masyarakat dunia membangun tiga buah orbital
elevatorberbentuk menara setinggi 3.400 km yang mampu mengubah
sinar matahari menjadi energi secara langsung-dengan tujuan
mengatasi krisis energi. Sayangnya, keberadaan orbital elevator
membuat masyarakat dunia terbagi ke dalam tiga kekuatan besar.
Kekuatan pertama dikenal sebagai Perserikatan Energi Matahari dan
Negara-Negara Bebas (Union of Solar Energy and Free Nations atau
Union) yang beranggotakan negara-negara di Amerika Utara, Amerika
Selatan dan Jepang. Union mengendalikan orbital elevator di Amerika
Selatan. Uni Eropa Baru (Advance European Union atau AEU) sebagai
kekuatan kedua yang mengendalikan orbital elevator di Afrika. AEU
memiliki anggota yang tersebar di seluruh Eropa, Rusia-Eropa dan
benua Afrika. Sementara itu, Liga Pembentukan Manusia (Human Reform
League atau HRL), sebagai kekuatan ketiga, mengedalikan orbital
elevator di Australia. HRL dipimpin oleh Cina, India, Rusia-Siberia
dan negara-negara di Asia Tenggara. Celakanya, ketiga kekuatan
dunia tersebut kembali terlibat perang dunia demi memerebutkan
sumber energi dan menjadi penguasa dunia. Saat ini kebutuhan
energi, khususnya energi listrik (energi listrik adalah energi yang
mudah dikonrversikan ke dalam bentuk energi yang lain) terus
meningkat dengan pesat, bahkan di luar estimasi yang diperkirakan.
Hal ini sudah selayaknya sebagai dampak meningkatnya seluruh
aktivitas kehidupan yang menggunakan energi listrik. Selama ini
kebutuhan energi bahkan kebutuhan dunia masih mengandalkan minyak
bumi sebagai penyangga utama kebutuhan energi. Sementara itu tidak
dapat dihindarkan bahwa sumber energi ini semakin langka dan mahal
harganya. Bagi Indonesia masalah energi menjadi lebih penting lagi
artinya dan perlu mendapatkan penanganan yang khusus karena : Lebih
kurang 80 % kebutuhan energi di Indonesia dipenuhi oleh minyak bumi
(data 2002)
23
Harga minyak dan Konsumsi minyak bumi yang cenderung meningkat
dengan pesat setiap tahun. Banyaknya sumber-sumber alternatif di
Indonesia yang perlu dikembangkan.
Pokok-pokok mengenai energi telah dicantumkan dalam Kebijakan
Energi Nasional yang tujuan dari kebijakan tersebut adalah
penghematan bahan bakar minyak bumi dan pengembangan sumber-sumber
energi alternatif lainnya. Untuk mengatasi hal itu selanjutnya
ditekankan penghematan bahan bakar minyak dalamnegeri terutama
untuk kebutuhan yang tidak dapat digantikan dengan bentuk energi
yang lain seperti transportasi, feedstock industri dan lain-lain
serta pemanfaatan seoptimal mungkin sumber-sumber energi alternatif
lain, seperti Tenaga Air, panas bumi, Tenaga Matahari dan
sebagainya. Dengan mempertimbangkan permasalahan-permasalahan
energi tersebut maka diperlukan langkah-langkah serta strategi
untuk pengembangan energi lebih lanjut seperti tertuang dalam
Kebijakan Energi Nasional. Tujuan Kebijakan Energi Nasional dapat
dirumuskan Pengadaan energi dalam negeri, mengusahakan tersedianya
energi dalam negeri secara terus-menerus dalam jumlah dan mutu yang
sesuai dengan kebutuhan dan harga yang terjangkau. Pengadaan energi
untuk ekspor, mengusahakan tersedianya minyak, gas bumi, dan sumber
energi lain untuk ekspor dengan harga yang paling menguntungkan
dalam waktu cukup panjang. Penghematan penggunaan bahan bakar
minyak, menggunakan bahan bakar minyak dengan cara yang
sehemat-hematnya terutama untuk kebutuhan yang tidak dapat diganti
dengan bentuk energi lain seperti transportasi dan feedstock
industri. Pengembangan sumber-sumber energi lainnya. Mengembangkan
sumber energi yang terbarukan (dapat diganti dan tidak habis
dipakai) dalam waktu yang tidak terlalu lama, menggantikan sejauh
mungkinpemakaian sumber-sumber energi yang tidak terbarukan (tak
dapat diganti dan habis dalam jangka waktu tertentu) Pelestarian
Lingkungan. Mengembangkan sumber energi secara efisien dan
bijaksana dengan memperhatikan dampak negatif dan meningkatkan
dampak positif terhadap lingkungan pada pengadaan dan pemanfaatan
energi. Menyediakan energi dan mengelola sumber daya energi yang
dapat memperkuat ketahanan nasional dalam arti meningkatkan
kemampuan dan ketangguhan bangsa24
Indonesia menghadapi
masa depan dan mengurangu ketergantungan pada
pemanfaatan energi dari luar negeri. Untuk tercapainya tujuan
tersebut perlu langkah-langkah kebijaksanaan mengenai energi ialah
mengusahakan energi tidak habis terpakai sebagai pemenuhan
kebutuhan energi dalam negeri. Untuk memungkinkan tercapainya maka
perlu diadakan berbagai lengkah kebijakan yang dikelompokan dalam
pola upaya Intensifikasi, Konservasi, Indeksasi, Diversifikasi Dari
ke empat pola upaya yang terpenting adalah pola upaya Konservasi
dan Diversifikasi: Konservasi adalah uapaya penggunaan energi
dengan lebih effisien dengan tidak mengurangi laju pertumbuhan
pembangunan. Usaha ini harus didukung dan dilaksanakan semua
sektor, rumah tangga, angkutan, prasarana, industri, petanian dan
lain-lain. Prinsip ini perlu diterapkanoleh masyarakat dengan
ditumbuhkan pengertia dan kesadaran tentang masalah energi,
terutama tentang kelangkaan dan mengikuti gaya hidup hemat energi.
Diversifikasi adalah usaha strategis mengurangi ketergantungan dari
minyak bumi dalam usaha memenuhi kebutuhan energi dalam negeri
(kecuali kebutuhan yang tidak dapat diganti dengan bentuk energi
yang lain seperti transportasi dan feedstock industri yang harus
dilakukan penghematan yang sehemat-hematnya dan
menggantikan dengan jenis energi lain. Diversifikasi akan
meningkatkan penganeka ragaman penggunaan berbagai jenis energi di
dalam negeri. Salah satunya yang terpenting adalah pemnafaatan
Tenaga Surya dengan mengguanakan sel surya. Matahari adalah sumber
energi utama yang memancarkan energi yang luar biasa besarnya ke
permukaan bumi. Pada keadaan cuaca cerah, permukaan bumi menerima
sekitar 1000 watt energi matahari per-meter persegi. Kurang dari 30
% energi tersebut dipantulkan kembali ke angkasa, 47% dikonversikan
menjadi panas, 23 % digunakan untuk seluruh sirkulasi kerja yang
terdapat di atas permukaan bumi, sebagaian kecil 0,25 % ditampung
angin, gelombang dan arus dan masih ada bagian yang sangat kecil
0,025 % disimpan melalui proses fotosintesis di dalam
tumbuh-tumbuhan yang akhirnya digunakan dalam proses pembentukan
batu bara dan minyak bumi (bahan bakar fosil, proses fotosintesis
yang memakan jutaan tahun) yang saat ini digunakan secara ekstensif
dan eksploratif bukan hanya untuk bahan bakar tetapi juga untuk
bahan pembuat plastik, formika, bahan sintesis lainnya.Sehingga
bisa dikatakan bahwa sumber segala energi adalah energi matahari.
Energi25
matahari dapat dimanfaatkan dengan berbagai cara yang berlainan
bahan bakar minyak adalah hasil fotosintesis, tenaga hidro elektrik
adalah hasil sirkulasi hujan tenaga angin adalah hasil perbedaan
suhu antar daerah dan sel surya (sel fotovoltaik) yang menjanjikan
masa depan yang cerah sebagai sumber energi listrik. Karena sel
surya sanggup menyediakan energi listrik bersih tanpa polusi, mudah
dipindah, dekat dengan pusat beban sehingga penyaluran energi
sangat sederhana serta sebagai negara tropis, Indonesia mempunyai
karakteristik cahaya matahari yang baik (intensitas cahaya tidak
fluktuatif) dibanding tenaga angin seperti di negara-negara 4
musim, utamanya lagi sel surya relatif efisien, tidak ada
pemeliharaan yang spesifik dan bisa mencapai umur yang panjang
serta mempunyai keandalan yang tinggi. Dalam keadaan cuaca yang
cerah, sebuah sel surya akan menghasilkan tegangan konstan sebesar
0.5 V sampai 0.7 V dengan arus sekitar 20 mA dan jumlah energi yang
diterima akan mencapai optimal jika posisi sel surya (tegak
lurus)
terhadap sinar matahari selain itu juga tergantung dari
konstruksi sel surya itu sendiri. Ini berarti bahwa sebuah sel
surya akan menghasilkan daya 0.6 V x 20 mA = 12 mW. Jika matahari
memancarkan energinya ke permukaan bumi sebesar atau , maka
bisa
dibayangkan energi yang dihasilkan sel surya yang rata-rata
mempunyai luas bandingka dengan bahan bakar fosil (BBM) dengan
proses fotosintesis yang memakan waktu jutaan tahun.
26
BAB IV KESIMPULAN
1.
Sel surya adalah sebuah alat konversi energi yang mengubah
bentuk energi surya menjadi energi listrik. Energi yang dihasilkan
oleh sel surya adalah yang paling ramah lingkungan, namun lahan
instalasi yang diperlukan sangat luas. Selain itu, energi surya
sangat tergantung pada besarnya intensitas sinar matahari, sehingga
kontinuitasnya menjadi masalah tersendiri.
2.
Beberapa sifat penting yang terjadi pada efek foto listrik
adalah sebagai berikut : Besarnya energi kinetik maksimum elektron
foto tidak tergantung pada intensitas cahaya. Permukaan dari sel
surya membutuhkan frekuensi minimum tertentu yang disebut frekuensi
ambang (fo) untuk dapat menghasilkan elektron foto.
Elektron-elektron dapat terbebas dari permukaan sel surya hampir
tanpa selang waktu, yaitu kurang dari 10-9 detik setelah
penyinaran. Energi kinetik maksimum elektron foto bertambah jika
frekuensi cahaya diperbesar. Semua foton memiliki energi yang sama
sebesar hf, sehingga apabila intensitas cahaya dinaikkan namun
dengan frekuensi yang tetap akan menambah jumlah foton, tetapi
tidak menambah energi yang dipancarkan.
3.
Enrgi sel surya sebagai enrgi alternatif pengganti energi fosil.
Mengingat Indonesia merupakan daerah tropis dan mempunyai iklim
yang sangat menguntungkan untuk dikembangkan pemanfaatan energi
surya ini seoptimal mungkin sebab energi surya adalah lebih baik
dari segi ekonomi, kelangsungan kelestarian dan amdalnya.
27
REFERENSI
Abdul Kadir. 2010. Energi. Jakarta: UI-Press. Archie W Culp.
2001. Darwin Sitompul, Prinsip-Prinsip Konversi Energi.
Jakarta:Erlangga. Benjamin C. Kuo. 1982. Automatic Control Systems.
New Delhi: Prentice-Hall Of India.
www.anneahira.com/energi-surya.htm Republika. 2004. Pemerintah
Sudah Saatnya Kembangkan Energi Surya. Republika, 29 Nopember 2004.
Yuliarto, B.2006. Energi Surya : Alternatif Sumber Energi Masa
Depan di Indonesia. Berita Iptek.com.
28