Sel Surya (Solar Cell) atau disebut juga photovoltaic cell (sel surya PV) adalah alat penghasil listrik secara langsung dari cahaya yang terang melalui proses photovoltaic. Untuk mendapatkan tenaga listrik yang dibutuhkan, diperlukan serangkaian sel surya yang tergabung dalam bentuk panel sel surya (solar panel atau photovoltaic module). Tegangan listrik yang dikeluarkan panel sel surya ini umumnya beraliran DC. Jumlah dan kapasitas panel yang dibutuh pada suatu aplikasi tergantung pada beban alat listrik dan intensitas sinar matahari. Standar panel surya yang terdapat di pasar umumnya berkapasitas puluhan sampai dengan ratusan watt (misalnya, 20W, 40W, 80W, 100W, 120W dan seterusnya). Sangat jarang sekali ada penel tunggal yang bertenaga lebih dari 200W pada saat ini.
CARA KERJA SEL SURYA
Seperti diketahui, semi-konduktor silikon murni (intrinsik) merupakan isolator yang tidak bisa menimbulkan arus listrik. Namun ketika bahan silikon ini dicemari dengan bahan lain misalnya unsur Fosfor dan Boron melalui suatu proses yang disebut doping, maka semi-konduktor silikon ini menjadi konduktor yang bisa memberikan elektron bebas untuk menimbulkan aliran listrik.
Pada dasarnya, sel surya yang berbasis semi-konduktor silikon cara kerjanya sama dengan perilaku sebuah dioda silikon. Dengan kata lain, sel surya silikon ada sebuah dioda yang besar. Sel surya photovoltaic terdiri dari wafer tipis lapisan silikon tipe-N (N = Negatif) yang dicemari unsur fosfor (phospor-doped) dan lapisan tebal silikon tipe-P (P = Positif) yang tercemar unsur Boron (boron-doped). Lapisan silikon jenis N merupakan semi-konduktor yang berkelebihan elektron sehingga kelebihan muatan negatif. Sedangkan lapisan selikon jenis P merupakan semi-konduktor yang berkelebihan proton (hole) sehingga kelebihan muatan positif. Medan listrik timbul dekat permukaan atas sel dimana kedua lapisan P-N tersebut bersentuhan. Ketika photon sinar matahari menyentuh permukaan sel surya tersebut, medan listrik ini memberikan momentum dan pengerakan elektron bebas yang dirangsang oleh photon matahari, sehingga menimbulkan aliran arus ketika sel surya dihubungkan ke beban listrik.
Berikut ini adalah sebuah video ringkas dan sederhana yang menerangkan cara kerja sel photovoltaic.
Pada dasarnya, sel surya yang berbasis semi-konduktor silikon cara kerjanya sama dengan perilaku sebuah dioda silikon. Dengan kata lain, sel surya silikon ada sebuah dioda yang besar. Sel surya photovoltaic terdiri dari wafer tipis lapisan silikon tipe-N (N = Negatif) yang dicemari unsur fosfor (phospor-doped) dan lapisan tebal silikon tipe-P (P = Positif) yang tercemar unsur Boron (boron-doped). Lapisan silikon jenis N merupakan semi-konduktor yang berkelebihan elektron sehingga kelebihan muatan negatif. Sedangkan lapisan selikon jenis P merupakan semi-konduktor yang berkelebihan proton (hole) sehingga kelebihan muatan positif. Medan listrik timbul dekat permukaan atas sel dimana kedua lapisan P-N tersebut bersentuhan. Ketika photon sinar matahari menyentuh permukaan sel surya tersebut, medan listrik ini memberikan momentum dan pengerakan elektron bebas yang dirangsang oleh photon matahari, sehingga menimbulkan aliran arus ketika sel surya dihubungkan ke beban listrik.
Berikut ini adalah sebuah video ringkas dan sederhana yang menerangkan cara kerja sel photovoltaic.
PERHITUNGAN KAPASITAS DAN JUMLAH PANEL SURYA
_
Untuk
menentukan daya panel surya dan jumlah panel yang dibutuhkan, yang perlu
diketahui terlebih dahulu adalah jumlah beban dari semua alat pemakai
listrik tenaga surya. Misal, alat-alat yang ingin ditenagai oleh sistem surya
ini terdiri dari CD Player, Komputer, Lampu Neon dan TV seperti yang didetilkan
di tabel bawah ini :
_ KUANTUM
ALAT PEMAKAI DAYA
DURASI
BEBAN ENERGI / HARI
(unit) (watt) (jam) (watt jam/hari)
1 CD Player 10 3 30
1 Komputer 180 5 900
2 Lampu Neon 40 6 480
1 TV 300 4 1200
TOTAL 2610
(unit) (watt) (jam) (watt jam/hari)
1 CD Player 10 3 30
1 Komputer 180 5 900
2 Lampu Neon 40 6 480
1 TV 300 4 1200
TOTAL 2610
Kalau CD Player yang berdaya 10W itu dihidupkan selama 3 Jam per hari, maka Beban Energi untuk CD Player itu adalah 10W x 3 Jam = 30 Watt-Jam/Hari. Dengan cara yang sama beban untuk Komputer, Lampu Neon dan TV bisa ditentukan.
Untuk contoh di atas, setelah semuanya diperhitungkan, jumlah beban energi adalah 2610 watt-jam per hari. Kalau sepanjang tahun di negara tropis seperti Indonesia, durasi matahari memancar bisa mencapai 8 jam/hari. Jadi secara teori, beban sebesar 2610 watt-jam ini memerlukan module tenaga surya yang berkekuatan :
Minimum Watt-peak (Wp) = 2610 watt-jam / 8 jam
= 327 W
Kalau panel yang dipilih untuk diterapkan adalah yang berkapasitas 120W, maka jumlah panel dibutuhkan :
327/120 = 3 panel (yaitu 2,72 dibulatkan menjadi 3).
Kalau panel yang berdaya 80W digunakan, maka jumlah panel yang harus dipasang adalah : 327/80 = 5 lempeng (4,1 dibulatkan menjadi 5).
Dengan catatan panel-panel diatas dihubungkan secara paralel.
Panel-panel ini bisa DIRAKIT sendiri dengan biaya yang jauh lebih murah dari pada beli yang sudah jadi.
Untuk contoh di atas, setelah semuanya diperhitungkan, jumlah beban energi adalah 2610 watt-jam per hari. Kalau sepanjang tahun di negara tropis seperti Indonesia, durasi matahari memancar bisa mencapai 8 jam/hari. Jadi secara teori, beban sebesar 2610 watt-jam ini memerlukan module tenaga surya yang berkekuatan :
Minimum Watt-peak (Wp) = 2610 watt-jam / 8 jam
= 327 W
Kalau panel yang dipilih untuk diterapkan adalah yang berkapasitas 120W, maka jumlah panel dibutuhkan :
327/120 = 3 panel (yaitu 2,72 dibulatkan menjadi 3).
Kalau panel yang berdaya 80W digunakan, maka jumlah panel yang harus dipasang adalah : 327/80 = 5 lempeng (4,1 dibulatkan menjadi 5).
Dengan catatan panel-panel diatas dihubungkan secara paralel.
Panel-panel ini bisa DIRAKIT sendiri dengan biaya yang jauh lebih murah dari pada beli yang sudah jadi.
APLIKASI TENAGA SURYA PADA INDUSTRI BUDIDAYA WALET
Memancing burung walet merupakan upaya untuk memikat burung walet masuk, berkembang biak, dan bersarang di dalam gedung. Saat ini banyak teknik memancing walet yang digunakan pemilik gedung, yang berasal dari pengalaman maupun kebiasaan, dengan tingkat keberhasilan beragam. Salah satu teknik yang paling umum digunakan adalah dengan cara memanggil burung dengan suara atau audio. Cara ini memerlukan peralatan berupa CD player atau MP3 player dan Amplifier, Speaker dan tweeter. CD player atau MP3 player ini memerlukan tenaga listrik AC atau DC. Kalau gedung itu lokasinya di daerah terpencil, maka akan ada kesulitan untuk mendapatkan sumber tenaga listrik. Untuk mengatasi kesulitan ini, sistem listrik tenaga surya adalah solusi yang paling cocok dan bisa memberikan banyak kemudahan.
Peralatan yang mengunakan tenaga listrik = 1 set MP3 Player + Amplifier = 50W
Masa beroperasi (biasanya tanpa berhenti) = 24 jam/hari
Total Beban = 50W x 24 jam = 1200 Watt-jam/hari.
Asumsi : durasi pancaran matahari = 8 jam/hari
Maka secara teori, jumlah kapasitas panel surya yang diperlukan = 1200/8
= 150W
Secara praktek, mungkin disebabkan karena kehilangan daya sewaktu arus mengalir dari panel ke aki, harinya cuaca mendung dsb, perlu dipertimbangkan factor effisiensi, misalnya, 25% (angka ini bisa dioptimalkan sesuai dengan konsistensi intensitas cahaya matahari yang bisa didapati di areal sekitar gedung walet itu).
Dengan pertimbangan faktor efisiensi, Kapasitas Panel = 150Wx1,25= 187,5W
Kalau panel yang berkapasitas 100W digunakan, maka diperlukan: 187,5/100 = 1,875 (dibulatkan menjadi 2 panel).
Dengan catatan panel-panel diatas dihubungkan secara paralel.
Masa beroperasi (biasanya tanpa berhenti) = 24 jam/hari
Total Beban = 50W x 24 jam = 1200 Watt-jam/hari.
Asumsi : durasi pancaran matahari = 8 jam/hari
Maka secara teori, jumlah kapasitas panel surya yang diperlukan = 1200/8
= 150W
Secara praktek, mungkin disebabkan karena kehilangan daya sewaktu arus mengalir dari panel ke aki, harinya cuaca mendung dsb, perlu dipertimbangkan factor effisiensi, misalnya, 25% (angka ini bisa dioptimalkan sesuai dengan konsistensi intensitas cahaya matahari yang bisa didapati di areal sekitar gedung walet itu).
Dengan pertimbangan faktor efisiensi, Kapasitas Panel = 150Wx1,25= 187,5W
Kalau panel yang berkapasitas 100W digunakan, maka diperlukan: 187,5/100 = 1,875 (dibulatkan menjadi 2 panel).
Dengan catatan panel-panel diatas dihubungkan secara paralel.
Panel surya yang biasa dijual di pasar adalah sel-sel surya photovoltaic yang terbuat dari bahan silikon. Karena biaya produksi sel surya bahan silikon sangat tinggi, secara otomatis harga panel surya umumnya sangat mahal dan rata-rata mencapai Rp50.000 per watt. Ini berarti satu panel surya berbahan baku silikon harganya berkisaran Rp3-5 juta.