Sel Surya: Pengertian, Karakteristrik, dan Prinsip Kerjanya

Pengertian Sel Surya

Solar cell atau sel surya merupakan sebuah perangkat yang memiliki kemampuan untuk mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik melalui prinsip efek fotovoltaik. Efek fotovoltaik adalah suatu fenomena di mana terjadi pembangkitan tegangan listrik akibat adanya hubungan atau kontak antara dua elektroda yang terhubung dengan sistem padatan atau cairan saat menerima energi cahaya. 

Ini menjadikan solar cell juga dikenal sebagai sel fotovoltaik (PV). Penemuan efek fotovoltaik ini dilakukan oleh Henri Becquerel pada tahun 1839.

Arus listrik dihasilkan ketika energi foton dari cahaya matahari mampu melepaskan elektron-elektron dalam sambungan semikonduktor tipe N dan tipe P untuk mengalir. Seperti halnya dioda foto (photodiode), solar cell juga memiliki kaki positif dan kaki negatif yang terhubung ke rangkaian atau perangkat yang membutuhkan sumber listrik.

Secara esensial, solar cell merupakan dioda foto yang memiliki permukaan yang sangat luas. Permukaan yang luas ini membuat solar cell menjadi lebih responsif terhadap cahaya yang masuk, menghasilkan tegangan dan arus yang lebih kuat dibandingkan dengan dioda foto pada umumnya. 

Sebagai contoh, sebuah solar cell yang terbuat dari bahan semikonduktor silikon mampu menghasilkan tegangan sebesar 0,5V dan arus sebesar 0,1A saat terkena paparan cahaya matahari.

Penerapan solar cell telah luas, mulai dari penggunaan sebagai sumber listrik untuk kalkulator, mainan, lampu penerangan, pompa air, pengisi baterai, hingga pada pembangkit listrik dan bahkan sebagai sumber daya untuk menggerakkan satelit yang mengorbit bumi kita.

Struktur Dasar dan Simbol Sel Surya (Solar Cell)

Komponen Penyusun Sel Surya:

Sel surya tersusun dari beberapa komponen penting yang bekerja sama untuk mengubah cahaya menjadi listrik. Komponen-komponen tersebut adalah:

1. Lapisan silikon: Bersifat semikonduktor, berperan sebagai penangkap cahaya dan menghasilkan elektron bebas.
2. Metal: Berfungsi sebagai kontak untuk mengalirkan arus listrik yang dihasilkan.
3. Anti-reflektif: Lapisan tipis yang membantu memaksimalkan penyerapan cahaya pada silikon.
4. Strip konduktor metal: Berperan sebagai jalur untuk membawa arus listrik dari sel surya ke perangkat lain.

Prinsip Kerja Sel Surya

Sinar matahari terdiri dari partikel-partikel sangat kecil yang disebut foton. Ketika sinar matahari mengenai sel surya yang terbuat dari semikonduktor silikon, foton-foton tersebut bertabrakan dengan atom-atom semikonduktor tersebut, menyebabkan terjadinya energi yang cukup besar untuk memisahkan elektron dari struktur atomnya. 

Elektron yang terlepas ini, yang bermuatan negatif (-), akan bebas bergerak di dalam daerah pita konduksi dari bahan semikonduktor. Sementara atom yang kehilangan elektronnya akan meninggalkan kekosongan dalam strukturnya yang disebut "hole", yang bermuatan positif (+).

Daerah semikonduktor yang memiliki elektron bebas berperan sebagai donor elektron, dan disebut sebagai semikonduktor tipe N (N-type). Sementara daerah semikonduktor yang memiliki hole dan berperan sebagai akseptor elektron disebut sebagai semikonduktor tipe P (P-type).

Di persimpangan antara daerah positif dan negatif (PN junction), terjadi pembentukan energi yang mendorong elektron dan hole untuk bergerak ke arah yang berlawanan. Elektron akan bergerak menjauhi daerah negatif, sedangkan hole akan bergerak menjauhi daerah positif. Ketika diberikan beban seperti lampu atau perangkat listrik lainnya di persimpangan PN junction ini, akan terjadi aliran arus listrik.

Baca juga: Solar Charge Controller: Pengertian, Perbedaan PWM dengan MPPT

Rangkaian Seri dan Paralel Sel Surya

Seperti baterai, sel surya juga dapat dihubungkan secara seri atau paralel. Umumnya, setiap solar cell menghasilkan tegangan 0,45~0,5V dan arus  0,1A saat menerima cahaya. Mirip dengan baterai, secara seri akan meningkatkan tegangan (tegangan) sedangkan solar cell secara paralel akan meningkatkan arus.

Karakteristik Sel Fotovoltaik

Gambar karakteristik sel fotovoltaik

Bahan yang Digunakan dalam Sel Surya

Bahan yang digunakan untuk tujuan ini harus memiliki celah pita mendekati 1,5ev. Bahan yang biasa digunakan adalah-

• silikon.
• GaA.
• CdTe.
• CuInSe 2

Kriteria Bahan yang Akan Digunakan

• Harus memiliki celah pita dari 1ev hingga 1,8ev.
• Itu harus memiliki daya serap optik yang tinggi.
• Itu harus memiliki konduktivitas listrik yang tinggi.
• Bahan baku harus tersedia dalam jumlah besar dan biaya bahan harus rendah.

Keuntungan Sel Surya

• Tidak ada polusi yang terkait dengannya.
• Itu harus bertahan lama.
• Tidak ada biaya pemeliharaan.

Kekurangan Sel Surya

• Ini memiliki biaya instalasi yang tinggi.
• Ini memiliki efisiensi yang rendah.
• Saat hari mendung, energi tersebut tidak dapat dihasilkan dan juga pada malam hari kita tidak akan mendapatkan energi matahari.

Kesimpulan

Daftar Pustaka