Solar cells: Jenis-jenis sel surya

Sel surya merupakan sebuah perangkat yang mengubah energi sinar matahari menjadi energi listrik dengan proses efek fotovoltaic, karenanya dinamakan juga sel fotovoltaic (Photovoltaic cell - disingkat PV)).
Tegangan listrik yang dihasilkan oleh sebuah sel surya sangat kecil, sekitar 0,6 V tanpa beban (open circuit) atau 0,45 V dengan beban. Untuk mendapatkan tegangan listrik yang besar sesuai keinginan diperlukan beberapa sel surya yang tersusun secara seri. Jika 36 keping sel surya tersusun seri, akan menghasilkan tegangan nominal sekitar 16 V. Tegangan ini cukup untuk digunakan mengecas aki 12 V.

Untuk mendapatkan tegangan keluaran yang lebih besar lagi maka diperlukan lebih banyak lagi sel surya. Gabungan dari beberapa sel surya ini disebut Panel Surya atau Modul Surya (Solar Modul or Solar Panel).

Susunan sekitar 10 - 20 atau lebih Panel Surya akan dapat menghasilkan arus tegangan tinggi yang cukup untuk kebutuhan rumah tangga. Namun perlu dicatat tegangan yang dihasilkan oleh sel surya atau panel surya adalah tegangan DC. Agar dapat digunakan untuk keperluan rumah tangga, perlu desain dan rangkaian khusus seperti pada tulisan kami sebelumnya, Listrik gratis dari matahari.

Gambar.2. Jenis-jenis sel surya

Untuk menentukan bagus tidaknya sebuah sel surya digunakan istilah Efficiency. Menentukan nilai efisiensi ini menggunakan rumus yang rumit dengan berbagai persyaratan dan dihitung dalam persen (%). Namun kita definisikan saja secara sederhana yaitu, perbandingan energi listrik yang dihasilkan dari suatu sel surya terhadap energi sinar matahari yang mengenai permukaan sel surya tersebut.
Jenis-jenis sel surya:
Jenis-jenis sel surya digolongkan berdasarkan teknologi pembuatannya. Secara garis besar sel surya dibagi dalam tiga jenis, yaitu:

1. Monocrystalline
Jenis ini terbuat dari batangan kristal silikon murni yang diiris tipis-tipis. Kira-kira hampir sama seperti pembuatan keripik singkong. Satu singkong diiris tipis-tipis, untuk menghasilkan kepingan-kepingan keripik yang siap digoreng. (Ah...jadi ngilerrrr ingat keripik singkong).
Itu singkong yang mudah diiris tipis-tipis, beda dengan kristal silikon murni yang membutuhkan teknologi khusus untuk mengirisnya menjadi kepingan-kepingan kristal silikon yang tipis.
Dengan teknologi seperti ini, akan dihasilkan kepingan sel surya yang identik satu sama lain dan berkinerja tinggi. Sehingga menjadi sel surya yang paling efisien dibandingkan jenis sel surya lainnya, sekitar 15% - 20%.
Mahalnya harga kristal silikon murni dan teknologi yang digunakan, menyebabkan mahalnya harga jenis sel surya ini dibandingkan jenis sel surya yang lain di pasaran
Kelemahannya, sel surya jenis ini jika disusun membentuk solar modul (panel surya) akan menyisakan banyak ruangan yang kosong karena sel surya seperti ini umumnya berbentuk segi enam atau bulat, tergantung dari bentuk batangan kristal silikonnya, seperti terlihat pada gambar berikut.

Keterangan gambar:
1. Batangan kristal silikon murni
2. Irisan kristal silikon yang sangat tipis
3. Sebuah sel surya monocrystalline yang sudah jadi
4. Sebuah panel surya monocrystalline yang berisi susunan sel surya monocrystalline. Nampak area kosong yang tidak tertutup karena bentuk sel surya jenis ini.

2. Polycrystalline
Jenis ini terbuat dari beberapa batang kristal silikon yang dilebur / dicairkan kemudian dituangkan dalam cetakan yang berbentuk persegi. Kemurnian kristal silikonnya tidak semurni pada sel surya monocrystalline, karenanya sel surya yang dihasilkan tidak identik satu sama lain dan efisiensinya lebih rendah, sekitar 13% - 16% . 
Tampilannya nampak seperti ada motif pecahan kaca di dalamnya. Bentuknya yang persegi, jika disusun membentuk panel surya, akan rapat dan tidak akan ada ruangan kosong yang sia-sia seperti susunan pada panel surya monocrystalline di atas. Proses pembuatannya lebih mudah dibanding monocrystalline, karenanya harganya lebih murah. Jenis ini paling banyak dipakai saat ini.

3. Thin Film Solar Cell (TFSC)
Jenis sel surya ini diproduksi dengan cara menambahkan satu atau beberapa lapisan material sel surya yang tipis ke dalam lapisan dasar. Sel surya jenis ini sangat tipis karenanya sangat ringan dan fleksibel.
Jenis ini dikenal juga dengan nama TFPV (Thin Film Photovoltaic).

Berdasarkan materialnya, sel surya thin film ini digolongkan menjadi:

3.1. Amorphous Silicon (a-Si) Solar Cells.
Sel surya dengan bahan Amorphous Silicon ini, awalnya banyak diterapkan pada kalkulator dan jam tangan. Namun seiring dengan perkembangan teknologi pembuatannya penerapannya menjadi semakin luas. Dengan teknik produksi yang disebut "stacking" (susun lapis), dimana beberapa lapis Amorphous Silicon ditumpuk membentuk sel surya, akan memberikan efisiensi yang lebih baik antara 6% - 8%.

3.2. Cadmium Telluride (CdTe) Solar Cells.
Sel surya jenis ini mengandung bahan Cadmium Telluride yang memiliki efisiensi lebih tinggi dari sel surya Amorphous Silicon, yaitu sekitar: 9% - 11%.

3.3. Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) Solar Cells.
Dibandingkan kedua jenis sel surya thin film di atas, CIGS sel surya memiliki efisiensi paling tinggi yaitu sekitar 10% - 12%. Selalin itu jenis ini tidak mengandung bahan berbahaya Cadmium seperti pada sel surya CdTe.

Teknologi produksi sel surya thin film ini masih baru, masih banyak kemungkinan di masa mendatang. Ongkos produksi yang murah serta bentuknya yang tipis, ringan dan fleksibel sehingga dapat dilekatkan pada berbagai bentuk permukaan, seperti kaca, dinding gedung dan genteng rumah dan bahkan tidak menutup kemungkinan kelak dapat dilekatkan pada bahan seperti baju kaos.

Source:

- http://www.solar-power-answers.co.uk

- http://energyinformative.org/

..................................................................................................................................................
Artikel terkait:
- Solar water heater : Pemanas air tenaga surya 
- Solar water pump: Pompa air tenaga surya
- Listrik gratis dari matahari
..................................................................................................................................................

Read more

Pembangkit listrik memanfaatkan tenaga air

Alternatif lain dari sumber energi terbarukan adalah air. Air akan selalu mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah sebagai akibat dari gaya gravitasi. Dengan demikian energi dari air yang mengalir akan selalu ada selama masih ada air yang mengalir.
Energi listrik yang dihasilkan dari energi gravitasi air dikenal dengan pembangkit listrik tenaga air, PLTA (Hydroelectric Power).
Pembangkit listrik tenaga air ini sudah dibangun sejak lama.
Untuk skala kecil biasanya memanfaatkan air terjun, aliran air sungai atau air yang dialirkan secara khusus untuk menggerakkan turbin atau kincir air.

PLTA skala kecil

Untuk skala besar biasanya menggunakan waduk atau dam untuk mendapatkan tekanan air yang besar dan terus menerus, sehingga dapat memproduksi listrik secara terus menerus. Yang terkenal seperti Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) Ir.H. Juanda di waduk Jatiluhur, Jawa Barat.

PLTA skala besar

Berikut skema rangkaian PLTA sederhana untuk skala rumahan.

Skemanya hampir sama dengan pembangkit listrik tenaga angin. Perbedaannya terletak pada turbin air.

1. Turbin air.
Bagian ini berupa kipas atau propeler yang akan berputar ketika terkena tekanan aliran air. Putaran turbin ini akan menggerakkan generator listrik yang terhubung dengan turbin air secara langsung (Turbin air bersatu dengan generator listrik, seperti contoh gambar di bawah)

Generator menyatu dengan turbin air

 atau tidak langsung (turbin air dan generator listrik masing-masing berdiri sendiri. Terhubung satu sama lain menggunakan 'belt' atau 'gear-box'.)

2. Generator Listrik.
Berfungsi mengubah energi mekanik akibat dari aliran air menjadi energi listrik. Bisa menggunakan generator listrik DC atau AC atau AC 3fasa tergantung kebutuhan.

3. Unit Pengontrol (Controller).
Bagian ini berfungsi mengontrol arus listrik yang dihasilkan generator listrik agar bisa di simpan di dalam battery atau aki. Jika menggunakan genarator AC, di bagian ini perlu ditambahkan penyearah tegangan agar menjadi tegangan DC.

4. Battery atau aki.
Bagian ini akan menyimpan arus listrik yang dihasilkan dari generator listrik. Sebaiknya menggunakan aki jenis Deep Cycle Battery.

5. Inverter DC to AC.
Bagian yang akan mengubah tegangan DC dari aki menjadi tegangan AC 220V /110V untuk peralatan rumah tangga yang membutuhkan tegangan AC.

Demikian gambaran sederhana pembangkit tegangan listrik memanfaatkan tenaga dari aliran air.
...............................................................................................................................
Artikel terkait:
- Energi, energi terbarukan, energi tak terbarukan dan energi alternatif
- Listrik gratis dari sinar matahari
- Pembangkit listrik memanfaatkan tenaga angin
- Jenis-jenis aki
...............................................................................................................................

Read more

Pembangkit listrik memanfaatkan tenaga angin

Dalam usaha mendapatkan energi alternatif terbarukan, angin menjadi salah satu pilihan untuk dikonvesi menjadi energi listrik. Sudah cukup banyak usaha yang dilakukan dengan berbagai sistemnya sesuai dengan kondisi wilayah masing-masing. Pembangkit listrik tenaga angin ini disebut juga sebagai PLTB, Pembangkit Listrik Tenaga Bayu. Tidak dipakainya kata 'Angin" dikhawatirkan nanti rancu dengan PLTA, yang dipakai pada Pembangkit Listrik Tenaga Air.

Yang perlu dipertimbangkan sebelum membangun turbin angin adalah,
- Akankah hembusan angin selalu ada atau tidak di lokasi tersebut. Usahakan mencari data seakurat mungkin tentang kecepatan angin dari waktu ke waktu. Data yang didapat nantinya akan dipergunakan untuk menentukan ukuran turbin angin dan generator listriknya. Lokasi yang banyak anginnya dan selalu ada seperti tanah lapang, puncak bukit, pesisir pantai dan lepas pantai.

- Usahakan lokasi jauh dari perumahan padat. Turbin angin cukup bising dan bisa mengganggu tetangga dan sangat berbahaya bagi warga jika terjatuh saat angin ribut. Turbin angin cocok jika dibangun di tempat yang lapang dan jauh dari lokasi padat penduduk, seperti kebun, sawah, peternakan dan lain-lain.

Berikut skema rangkaian pembangkit listrik tenaga angin secara skala kecil untuk rumahan.

Keterangan:
1. Turbin Angin.
Bagian ini merupakan komponen utama untuk mendapatkan semaksimal mungkin hembusan angin. Bagian ini merupakan bagian paling sulit dibangun jika anda berniat membangunnya sendiri. Eksperimen terus menerus dengan sabar sehingga didapatkan kesesuaian antara kekuatan hembusan angin, ukuran baling-baling dan kemampuan generator.

Bagian ini terdiri dari tiga bagian, yaitu:
a. Baling-baling, yang berfungsi mengubah hembusan angin menjadi energi kinetik untuk memutar generator listrik. Semakin panjang baling-baling akan semakin luas area yang di sapu, akan semakin banyak menerima terpaan angin sehingga akan semakin besar energi putaran (mekanik) yang dihasilkan untuk memutar generator.
Adakalanya sebelum poros baling-baling disambung ke generator listrik, ditambahkan gear-box, untuk menambah / mengurangi kecepatan putar generator listrik sesuai kebutuhan.

b. Generator listrik, yang berfungsi mengubah energi kinetik menjadi arus listrik, yang kemudian diteruskan ke bagian 2 (Controller). Untuk skala kecil umumnya menggunakan generator listrik DC. Jika menggunakan aki 12V sebagai penyimpan arusnya, maka generatornya harus mampu mengeluarkan tegangan minimal 12 V agar dapat mengisi aki.


c. Ekor turbin angin, yang berfungsi mengarahkan unit turbin angin agar selalu berhadapan dengan arah angin.

2. Unit pengontrol (Controller).
Bagian ini berfungsi mengubah arus listrik AC menjadi arus listrik DC (jika menggunakan generator AC) dan mengontrol pengisian arus listrik ke dalam battery agar tidak merusak battery karena pengisisan aki yang berlebihan (over charging).

3. Battery (aki).

Bagian ini akan menyimpan arus listrik yang dihasilkan generator listrik agar bisa digunakan setiap saat. Jenis aki yang digunakan sebaiknya jenis Deep Cycle Battery.

4. Inverter.
Bagian ini berfungsi mengubah tegangan listrik DC 12V dari aki menjadi tegangan listrik AC 220V / 110V untuk perlatan rumah tangga yang bekerja pada tegangan 220V / 110V.

Demikian gambaran sederhana pembangkit listrik yang memanafatkan tenaga angin.
................................................................................................................
Artikel terkait:
- Listrik gratis dari sinar matahari
- Energi, energi terbarukan, energi tak terbarukan dan energi alternatif
- Pembangkit listrik tenaga air
- Jenis-jenis aki
.................................................................................................................

Read more

Listrik gratis dari sinar matahari

Seperti kita ketahui, matahari merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang akan selalu tersedia. Matahari memiliki 2 sumber energi utama, yaitu energi panas dan energi cahaya. Energi panas dapat kita manfaatkan langsung dalam kehidupan sehari-hari seperti jemur pakaian dan untuk memproduksi garam dengan memanaskan air laut di dalam tambak garam sehingga airnya menguap dan yang tertinggal butir-butir garam.
Sedangkan dari energi cahaya matahari kita dapat menghasilkan energi listrik dengan menggunakan perangkat panel surya sebagai komponen utamanya. Berikut skema rangkaian untuk mendapatkan energi listrik dari sinar matahari.

Keterangan:
1. Panel Surya (Solar Panel / Solar Modul).
Panel surya merupakan susunan dari beberapa sel surya (Solar Cell) yang befungsi menyerap sinar matahari untuk dikonversi langsung menjadi arus listrik. Perubahan dari sinar matahari menjadi arus listrik dinamakan efek photovoltaic, karenanya sel surya disebut juga sel photovoltaic (PV), Semakin besar panel surya, semakin banyak sel suryanya, maka akan semakin besar arus listrik yang dihasilkan. Setiap sel surya akan menghasilkan tegangan DC sebesar 0,5V  -  1V dalam kondisi penyinaran standar. Kira-kira dibutuhkan sekitar 28 -36 sel surya untuk membangun panel surya yang menghasilkan tegangan DC 12V.

Contoh Sel Surya

2. Charge Controller (Pengontrol arus pengisisan aki).
Arus listrik yang dihasilkan oleh Panel Surya dikontrol oleh Charge Controller untuk disimpan dalam aki / battery. Hal ini bertujuan untuk menjaga aki agar tidak cepat rusak akibat over charging (pengisian berlebihan). Jika aki kosong atau belum penuh, pengisian arus berlanjut, jika aki sudah penuh arus pengisian dihentikan oleh Charge Controller ini.

Charge Controller

3. Battery atau aki.
Aki atau battery berfungsi untuk menyimpan arus listrik yang dihasilkan oleh panel Surya. Dengan demikian di saat malam hari atau tidak ada sinar matahari, kita tetap dapat menggunakan asur listrik yang disimpan di dalam aki atau battery. Untuk keperluan yang lebih besar biasanya jumlah aki nya banyak agar dapat menyimpan arus listrik lebih banyak lagi. Kumpulan sejumlah aki atau battery ini dikenal dengan Batteries Bank.
Aki yang dipergunakan juga tidak sembarang aki, tetapi aki khusus yang dikenal dengan Deep Cycle Battery. Battery atau aki jenis ini berbeda dengan aki biasa pada umumnya, yang dipergunakan pada mobil.

Deep Cycle Battery

4. Inverter DC to AC.
Bagian ini berfungsi mengubah tegangan DC 12V dari aki  menjadi tegangan AC untuk menyediakan tegangan AC 220V / 110V, seperti untuk peralatan rumah tangga dan lampu listrik yang bekerja pada tegangan 220 V.

Inverter DC to AC

Demikian gambaran sederhana pembangkit listrik dengan memanfaatkan sinar matahari.
......................................................................................................
Artikel terkait:
- Energi, energi tak terbarukan, energi terbarukan dan energi alternatif
- Pembangkit listrik menggunakan tenaga angin
- Pembangkit listrik memanfaatkan tenaga air
- Jenis-jenis aki 
- Solar cells: Jenis-jenis sel surya
..............................................................................................

Read more

Energi, energi tak terbarukan, energi terbarukan dan energi alternatif

Menurut istilah, energi merupakan kemampuan untuk melakukan usaha. Energi digolongkan dalam banyak hal berdasarkan bentuk dan jenisnya. Namun fokus artikel ini dibatasi pada sumber energi saja. Seperti kita ketahui sumber utama energi kita saat ini adalah sangat bergantung pada minyak bumi. Sementara sumber energi minyak bumi cepat atau lambat akan berkurang dan akhirnya habis. Sama halnya dengan batu bara, cepat atau lambat juga akan habis. Bayangkan jika kedua sumber energi ini habis..., sementara kita belum siap 100% dengan sumber energi pengganti..!?

Usaha penelitian dan pencarian sumber energi baru nampaknya terus dilakukan dengan intensif terutama oleh negara-negara maju. Berdasarkan sumbernya, energi dibagi menjadi dua, yaitu:

1. Energi tak terbarukan (Non renewable energy)
Yang dimaksud energi tak terbarukan adalah sumber energi tersebut tidak tersedia secara terus menerus, tidak kerkesinambungan, dan pada saatnya sumber energi tersebut akan habis. Yang digolongkan ke dalam jenis ini adalah sumber energi fosil seperti minyak bumi dan batubara.
Kekurangan lain dari energi fosil ini adalah, harganya yang semakin melambung tinggi dari waktu ke waktu seiring bertambahnya populasi manusia. Selain itu energi fosil ini dianggap tidak bersahabat terhadap lingkungan. Hasil pembakarannya sangat mencemari lingkungan. Dengan alasan ketiga kekurangan ini orang pun berlomba-lomba mencari sumber energi alternatif yang tidak memiliki kekurangan seperti energi fosil tersebut di atas, yaitu: tersedia terus-menerus, harga yang stabil, dan bersahabat terhadap lingkungan.

2. Energi terbarukan (Renewable energy)
Sebagai hasil dari usaha pencarian energi alternatif (sebagai pengganti energi fosil) lalu muncullah istilah energi terbarukan, yang maksudnya energi alternatif tersebut tersedia secara terus menerus. Dan bahkan energi alternatif ini lebih bersahabat dengan lingkungan. 

A.  Energi Matahari (Solar Energy)

Ada 2 jenis energi yang bisa didapat dari sinar matahari ini, yaitu:
- Energi panas.
Panas yang dihasilkan sinar matahari bisa langsung dimanfaatkan untuk kebutuhan manusia. Secara tradisional, panas matahari sudah dimanfaatkan untuk menguapkan air laut untuk mendapatkan garam, jemur pakaian dan lain-lain.
Dalam kehidupan modern, panas sinar matahari dimanfaatkan untuk memanaskan air untuk keperluan rumah tangga. Di saat matahari cerah, panas sinar matahari dimanfaat untuk memanaskan air yang hasilnya disampan di dalam tangki penyimpan yang berfungsi seperti termos sehingga air panasnya bisa dimanfaatkan kapan saja kita mau. Ini dikenal dengan Pemanas Air Tenaga Surya.

- Energi Listrik.
Dengan menggunakan sel surya (solar cell) sinar matahari dikonversi menjadi energi listrik yang kemudian disimpan di dalam baterry, sehingga listriknya bisa kita manfaatkan buat apa saja dan kapan saja. (baca juga cara mendapatkan listrik dari sinar matahari)

B. Tenaga Angin (Winds Power)

Untuk mendapatkan energi dari hembusan angin kita harus menggunakan kincir angin. Hembusan angin akan memutar baling-baling kincir angin yang terhubung ke generator listrik (electrical generator) yang akan menghasilkan arus listrik yang kemudian disimpan di dalam battery untuk dipergunakan kapan saja. (baca juga cara mendapatkan listrik dari tenaga angin)



C. Tenaga Air (Hydroelectric Power)

Memanfaatkan pergerakan / perpindahan air merupakan salah satu cara mendapatkan energi alternatif. Ada beberapa macam pergerakan air yang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan energi alternatif. Diantaranya, air terjun, bendungan air (dam), aliran sungai, gelombang pasang air laut dan arus laut.
Saat ini yang sudah dimanfaatkan dengan baik untuk menghasilkan energi listrik adalah bendungan air. Air yang dibendung dialirkan dengan volume tertentu sehingga mampu menggerakkan kincir air yang terhubung ke generator listrik. Pembangkit listrik ini dikenal dengan Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA).

Sebenarnya masih banyak sumber energi lainnya yang bisa dijadikan sebagai sumber energi alternatif, namun sepertinya tiga jenis sumber energi ini saja yang bisa secara 'instan' dapat kita manfaatkan tanpa harus melakukan usaha yang lebih komplex untuk mendapatkannya.

Beberapa sumber energi alternatif lainnya, seperti:
- Energi Panas Bumi (Geothermal Energy), yang merupakan energi panas yang didapat dari dalam bumi. Untuk mendapatkannya harus dilakukan pengeboran dahulu ke dalam perut bumi dan hanya terdapat pada area yang dekat dengan lempengan tektonik saja. Dan menurut beberapa kalangan energi inipun tidak tersedia terus menerus.

- Energi Nuklir (Nuclear Energy)
Energi nuklir merupakan energi yang didapat dari proses pemisahan inti atom (fission) atau peleburan inti atom (fusion). Hasil dari reaksi pemisahan atau peleburan inti atom akan menghasil energi yang sangat besar yang bisa dimanfaatkan untuk pembangkit listrik. Namun proses ini akan menghasilkan limbah nuklir yang sangat berbahaya.

Demikian sekilas tentang sumber energi alternatif kelak masing-masing kita bahas lebih mendalam.
............................................................................................................
Artikel terkait:
- Listrik gratis dari sinar matahari
- Pembangkit listrik memanfaatkan tenaga angin
- Pembangkit listrik memanfaatkan tenaga air
- Mengenal jenis-jenis baterai
- Battery sizes: Mengenal ukuran-ukuran baterai
- Jenis dan ukuran baterai kancing / baterai jam
- Jenis-jenis aki
- Jenis-jenis baterai laptop dan tips perawatannya
.............................................................................................................

Read more