Apa itu listrik? listrik adalah salah satu bentuk energi. Lebih lengkapnya listrik adalah suatu energi yang hanya dapat mengalir pada suatu media saat adanya perbedaan potensial antara muatan positif dan negatif. Bahasa sederhanaya listrik sangat penting dan dibutuhkan untuk berbagai aktivitas rumah tangga, industri kecil dan besar.
Salah satu sumber energi yang bisa dimanfaatkan menjadi listrik yaitu energi surya/energi dari matahari/surya dan disebut listrik tenaga surya. Energi Surya adalah salah satu jenis dari energi terbarukan (Renewable Energy). Matahari (Surya) adalah sumber energi yang dijumpai dalam sistem galaksi, yang menghasilkan energi sepanjang usia Matahari. Maksud energi surya adalah energi yang didapatkan langsung dari cahaya matahari.
Sebelum membahas sistem, pertama – tama akan dijelaskan secara singkat komponen penting dalam sistem ini yang berfungsi sebagai pengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Listrik tenaga matahari dibangkitkan oleh komponen yang disebut solar cell yang besarnya sekitar 10 – 15 cm persegi. Komponen ini mengkonfirmasikan energi dari cahaya matahari menjadi energi listrik. Solar cell merupakan komponen vital yang umumnya terbuat dari bahan semi konduktor.
Tenaga listrik yang dihasilkan oleh satu solar cell sangat kecil maka beberapa solar cell harus digabungkan sehingga terbentuklah satuan komponen yang disebut module. Produk yang dikeluarkan oleh industri-industri solar cell adalah dalam bentuk module yang ditunjukan pada Gambar Panel Surya. Pada aplikasinya, tenaga listrik yang dihasilkan oleh satu module masih cukup kecil (rata-rata maksimum tenaga listrik yang dihasilkan 130 W) maka dalam pemanfaatannya beberapa module digabungkan dan terbentuklah apa yang disebut array. Sebagai contoh untuk menghasilkan listrik sebesar 3 kW dibutuhkan array seluas kira-kira 20 – 30 meter persegi.
Gambar Panel Surya
Spesifikasi sel surya
Sel Surya diproduksi dari bahan semikonduktor yaitu silikon yang berperan sebagai insulator pada temperatur rendah dan sebagai konduktor bila ada energi dan panas. Sebuah Silikon Sel Surya adalah sebuah diode yang terbentuk dari 3 lapisan atas silikon tipe n (silicon doping of “phosphorous”), dan lapisan bawah silikon tipe p (silicon doping of “boron”).
Elektron-elektron bebas terbentuk dari milion photon atau benturan atom pada lapisan penghubung (junction= 0.2-0.5 micron ) menyebabkan terjadinya aliran listrik.
Perkembangan sel surya (solar cell)
Pengembangan Sel Surya Silikon secara Individu (chip) :
a. Mono-crystalline (Si)
Dibuat dari silikon kristal tunggal yang didapat dari peleburan silikon dalam bentuk bujur. Sekarang Mono-crystalline dapat dibuat setebal 200 mikron, dengan nilai effisiensi sekitar 24%.
b. Poly-crystalline/Multi-crystalline (Si)
Dibuat dari peleburan silikon dalam tungku keramik, kemudian pendinginan perlahan untuk mendapatkan bahan campuran silikon yang akn timbul diatas lapisan silikon. Sel ini kurang efektif dibanding dengan sel Poly crystalline (efektivitas 18%), tetapi beayalebih murah.
c. Gallium Arsenide (GaAs)
Sel Surya III-V semikonduktor yang sangat efisien sekitar 25%.
Energi listrik
Sebuah Sel Surya dalam menghasilkan energi listrik (energi sinar matahari menjadi photon) tidak tergantung pada besaran luas bidang Silikon, dan secara konstan akan menghasilkan energi berkisar ± 0.5 volt — max. 600 mV pada 2 amp , dengan kekuatan radiasi solar matahari 1000 W/m2 = “1 Sun” akan menghasilkan arus listrik (I) sekitar 30 mA/cm2 per sel surya. Pada Gambar grafik I-V Curve dibawah yang menggambarkan keadaan sebuah Sel Surya beroperasi secara normal. Sel Surya akanmenghasilkan energi maximum jika nilai Vm dan Im juga maximum. Sedangkan Isc adalah arus listrik maximum pada nilai volt = nol; Isc berbanding langsung dengan tersedianya sinar matahari. Voc adalah volt maximum pada nilai arus nol; Voc naik secara logaritma dengan peningkatan sinar matahari, karakter ini yang memungkinkan Sel Surya untuk mengisi accu.
Gambar Grafik kurva I-V
Keterangan:
Isc = Short-circuit current
Vsc = Open-circuit voltage
Vm = Voltage maximum power
Im = Current maximum power
Pm = Power maximum-output dari PV array (watt)
Faktor pengoperasian sel surya
Pengoperasian maximum Sel Surya sangat tergantung pada :
a. Ambient air temperature
Sebuah Sel Surya dapat beroperasi secara maximum jika temperatur sel tetap normal (pada 25 derajat Celsius), kenaikan temperatur lebih tinggi dari temperature normal pada PV sel akan melemahkan voltage (Voc). Setiap kenaikan temperatur Sel Surya1 derajat celsius (dari 25 derajat) akan berkurang sekitar 0.4 % pada total tenaga yang dihasilkan atau akan melemah 2x lipat untuk kenaikkan temperatur Sel per 10 derajad C.
b. Radiasi solar matahari (insolation)
Radiasi solar matahari di bumi dan berbagai lokasi bervariable, dan sangat tergantung keadaan spektrum solar ke bumi. Insolation solar matahari akan banyak berpengaruh pada current (I) sedikit pada volt
c. Kecepatan angin bertiup
Kecepatan tiup angin disekitar lokasi PV array dapat membantu mendinginkan permukaan temperatur kaca-kaca PV array.
d. Keadaan atmosfir bumi
Keadaan atmosfir bumi—berawan, mendung,jenis partikel debu udara, asap, uap air udara(Rh), kabut dan polusi sangat mementukan hasil maximum arus listrik dari deretan PV.
e. Orientasi panel atau array PV
Orientasi dari rangkaian PV (array) ke arah matahari secara optimum adalah penting agar panel/deretan PV dapat menghasilkan energi maximum. Selain arah orientasi, sudut orientasi (tilt angle) dari panel/deretan PV juga sangat mempengaruhi hasil energi maximum (lihat penjelasan tilt angle).Sebagai guidline: untuk lokasi yang terletak di belahan Utara latitude, maka panel/deretan PV sebaiknya diorientasikan ke Selatan,orientasi ke Timur—Barat walaupun juga dapat menghasilkan sejumlah energi dari panel-panel/deretan PV, tetapi tidak akan mendapatkan energi matahari optimum.
Posisi letak sel surya (array) terhadap matahari (tilt angle) Tilt Angle (sudut orientasi Matahari), Mempertahankan sinar matahari jatuh ke sebuah permukaan panel PV secara tegaklurus akan mendapatkan energi maximum 1000 W/m2 atau 1 kW/m2. Kalau tidak dapat mempertahankan ketegak lurusan antara sinar matahari dengan bidang PV, maka extra luasan bidang panel PV dibutuhkan (bidang panel PV terhadap sun altitude yang berubah setiap jam dalam sehari).
Solar Panel PV pada Equator (latitude 0 derajat) yang diletakkan mendatar (tilt angle =0) akan menghasilkan energi maximum, sedangkan untuk lokasi dengan latitude berbeda harus dicarikan “tilt angle” yang optimum (maksimal)