Parameter Sel Surya dan Karakteristik Panel PV

Parameter dan Karakteristik Sel Fotovoltaik

Apa sebenarnya Sel Fotovoltaik Surya itu?

Sel surya adalah perangkat semikonduktor yang dapat mengubah radiasi matahari menjadi listrik. Kemampuannya untuk mengubah sinar matahari menjadi listrik tanpa konversi menengah membuatnya unik untuk memanfaatkan energi matahari yang tersedia menjadi listrik yang berguna. Itulah sebabnya mereka disebut sel surya fotovoltaik. Gambar 1 menunjukkan sel surya yang khas.

Berbagai faktor yang mengatur listrik yang dihasilkan oleh sel surya seperti;

• Intensitas cahaya:Semakin tinggi sinar matahari yang mengenai sel, semakin banyak listrik yang dihasilkan oleh sel.
• Area Sel:Dengan meningkatkan luas sel, arus yang dihasilkan oleh sel juga meningkat.
• Sudut datang:Jika cahaya yang jatuh pada sel tegak lurus dengan permukaannya, daya yang dihasilkan sel itu optimal. Idealnya, sudutnya harus 90 ^o tetapi secara praktis seharusnya mendekati 90 ^o .

Sel surya adalah perangkat dua terminal. Yang satu positif (anoda) dan yang lainnya negatif (katoda). Susunan sel surya dikenal sebagai modul surya atau panel surya, sedangkan susunan panel surya dikenal sebagai susunan fotovoltaik.

• Postingan Terkait:Bagaimana Merancang dan Memasang Sistem PLTS?

Kerja Sel Surya

Sinar matahari adalah sekelompok foton yang memiliki jumlah energi terbatas. Untuk pembangkitan listrik oleh sel, ia harus menyerap energi foton. Penyerapan tergantung pada energi foton dan energi celah pita dari bahan semikonduktor surya dan dinyatakan dalam elektron-volt (eV).

Foton diserap oleh bahan semikonduktor yang menghasilkan generasi pasangan elektron-lubang, di mana elektron bermuatan negatif dan hole bermuatan positif. Ketika suatu beban dihubungkan terjadi pemisahan elektron dan hole pada junction, hole bergerak menuju sisi anoda dan elektron menuju sisi katoda.

Dengan demikian, pemisahan kedua muatan ini menciptakan perbedaan potensial listrik dan kita mendapatkan tegangan melintasi terminal sel. Tegangan ini digunakan untuk menggerakkan arus dalam rangkaian.

Pos Terkait:Panduan Lengkap Tentang Pemasangan Panel Surya. Prosedur Langkah demi Langkah dengan Perhitungan &  Diagram

Parameter Sel Surya

Konversi sinar matahari menjadi listrik ditentukan oleh berbagai parameter sel surya. Untuk memahami parameter ini, kita perlu melihat Kurva I – V seperti yang ditunjukkan pada gambar 2 di bawah ini. Kurva telah diplot berdasarkan data pada tabel 1.

Tabel 1

Amp	Volt	Watt
VOC =11.4	0
0.2	11,06	2,21
0.4	10,59	4,24
0,5	10,24	5.12
0.6	9.54	5.72
0,61	9,39	5.73
SayaL =0,62	VM =9,27	PM =5,75
0.63	9.08	5.72
0.64	8,72	5,58
SayaSC =0,65	0

Parameter sel diberikan oleh pabrikan di STC (Standard Test Condition). Di bawah STC, radiasi matahari yang sesuai sama dengan 1000 W/m ² dan suhu operasi sel sama dengan 25 ^o C. Parameter sel surya adalah sebagai berikut;

Arus Hubung Singkat (I_SC ):

Arus hubung singkat adalah arus maksimum yang dihasilkan oleh sel surya, diukur dalam ampere (A) atau mili-ampere (mA). Seperti dapat dilihat dari tabel 1 dan gambar 2 bahwa tegangan rangkaian terbuka adalah nol ketika sel menghasilkan arus maksimum (I_SC =0,65 A).

Nilai korsleting tergantung pada luas sel, radiasi matahari yang mengenai sel, teknologi sel, dll. Kadang-kadang produsen memberikan kerapatan arus daripada nilai arus. Rapat arus dilambangkan dengan “J” dan rapat arus hubung singkat dilambangkan dengan “J_SC ”. Kerapatan arus hubung singkat diperoleh dengan membagi arus hubung singkat dengan luas sel surya sebagai berikut:

J_SC =I_SC / A

Mari kita ambil contoh, sel surya memiliki rapat arus 40 mA/cm ² di STC dan luas 200 cm ² . Maka arus hubung singkat dapat ditentukan sebagai berikut;

Saya_SC =Jsc × Luas =40 mA/cm ² × 200 cm ² =8000 mA =8 A

Tegangan Sirkuit Terbuka (V_OC ):

Tegangan rangkaian terbuka adalah tegangan maksimum yang dapat dihasilkan sel dalam kondisi rangkaian terbuka. Ini diukur dalam volt (V) atau mili-volt (mV). Seperti dapat dilihat dari tabel 1 dan gambar 2 bahwa arus hubung singkat sama dengan nol ketika sel menghasilkan tegangan maksimum. Nilai V_OC tergantung pada teknologi sel dan suhu operasi sel.

Poin Daya Maksimum (P_M ):

Titik daya maksimum mewakili daya maksimum yang dapat dihasilkan sel surya di STC (yaitu pancaran sinar matahari 1000 W/m ² dan suhu operasi sel 25 ^o C). Diukur dalam W_Puncak atau cukup W_P . Selain STC, sel surya memiliki P_M pada nilai pancaran dan suhu operasi sel yang berbeda.

Sel dapat beroperasi pada kombinasi arus dan tegangan yang berbeda. Tapi itu hanya bisa menghasilkan daya maksimum P_M pada kombinasi tegangan dan arus tertentu. Seperti ditunjukkan pada gambar 2 titik daya maksimum berada di lutut kurva I – V dan merupakan hasil kali dari I_M dan V

P_M =Saya_M × V_M =0,62 × 9,27 =5,75 W_P

Arus pada Titik Daya Maksimum (I_M ):

Ini mewakili arus yang akan dihasilkan sel surya saat beroperasi pada PowerPoint maksimum. Dilambangkan dengan I_M dan dapat dilihat pada gambar 2 bahwa nilainya selalu lebih kecil dari arus hubung singkat (I_SC ). Diukur dalam ampere (A) atau mili-ampere (mA).

Tegangan pada Titik Daya Maksimum (V_M ):

Ini mewakili tegangan yang akan dihasilkan sel surya saat beroperasi pada PowerPoint maksimum. Dilambangkan dengan V_M dan dapat dilihat pada gambar 2 bahwa nilainya selalu lebih kecil dari tegangan rangkaian terbuka (V_OC ). Diukur dalam volt (V) atau milivolt (mV).

Faktor Isi (FF):

Ini mewakili area yang dicakup oleh I_M – V_M persegi panjang dengan area yang dicakup oleh I_SC – V_OC persegi panjang seperti dengan garis putus-putus pada gambar 2. Faktor isian mewakili kuadrat dari kurva I – V. Ini diwakili dalam persentase (%), semakin tinggi faktor pengisian dalam persen, semakin baik selnya.

FF =P_M / (Saya_SC ×V_OC )

Berdasarkan data pada tabel 1 dan gambar 2 kita dapat menentukan fill factor sebagai berikut;

FF =[5,75 / (0,65 × 11,4)] × 100 =77,59 %

Direpresentasikan dalam persentase dengan mengalikannya dengan 100.

Efisiensi (ƞ):

• Efisiensi sel surya didefinisikan sebagai daya keluaran maksimum (P_M ) dibagi dengan daya input (P_IN ). Ini diukur dalam persentase (%), yang menunjukkan bahwa persentase input daya sinar matahari ini diubah menjadi daya listrik. Daya input adalah kerapatan daya. Oleh karena itu, untuk menghitung efisiensi kalikan P_IN di STC menurut wilayah. Efisiensi dapat dihitung sebagai berikut;

ƞ =P_M / (P_IN × Luas)

Jika luas sel yang diberikan adalah 0,01 m ² , P_M =5,75 W_P maka efisiensi pada kondisi uji standar dapat diberikan sebagai;

ƞ =[5.75 W_P / (1000 W/m ² × 0,01 m ² )] =57,5%

Direpresentasikan dalam persentase dengan mengalikannya dengan 100.

• Postingan Terkait: Komponen Dasar yang Dibutuhkan untuk Pemasangan Sistem Panel Surya

Teknologi Fotovoltaik

Berbagai macam sel surya tersedia di pasaran, nama teknologi sel surya tergantung pada bahan yang digunakan dalam teknologi tersebut. Oleh karena itu sel yang berbeda memiliki parameter sel yang berbeda seperti rapat arus hubung singkat, efisiensi, tegangan rangkaian terbuka, faktor pengisian, dll. Tabel 2 berikut menunjukkan daftar sel yang tersedia secara komersial dan rentang nilai parameternya.

Tabel 2

Jenis Sel	Efisiensi (%)	Tegangan Sirkuit Terbuka (V)	Kerapatan Arus (mA/cm 2 )	Area Sel (cm 2 )	Faktor Isi (FF)
Silikon mono-kristal	14 – 17	0,55 – 0,68	30 – 38	5 – 156	70 – 78
Silikon multi-kristal	14 – 16	0,55 – 0,65	30 – 35	5 – 156	70 – 76
Si Amorf	6 – 9	0,70 – 1,1	8 – 15	5 – 200	60 – 70
Cadmium telluride	8 – 11	0,80 – 1,0	15 – 25	5 – 200	60 – 70
Copper-indium-gallium-selenide	8 – 11	0,50 – 0,7	20 – 30	5 – 200	60 – 70
Galium arsenida	30 – 35	1,0 – 2,5	15 – 35	1 – 4	70 – 85

• Postingan Terkait: Berapa Watt Panel Surya yang Kita Butuhkan untuk Peralatan Listrik Rumah Kita?

Faktor yang mempengaruhi Daya yang Dihasilkan oleh Sel Surya

Efisiensi Konversi (ƞ):

Tidak semua cahaya yang jatuh pada sel surya diubah menjadi energi listrik. Efisiensi konversi disebut sebagai rasio energi listrik yang dihasilkan dengan energi cahaya input. Kami tidak dapat mengubah efisiensi sel, berdasarkan proses pembuatan dan bahan yang digunakan di dalamnya dan nilainya tetap.

Daya maksimum sel surya P_M tergantung pada tegangan yang berkembang melintasi terminal sel dan arus yang dapat disuplainya. Area sel merupakan salah satu faktor penting yang mempengaruhi daya keluaran yang dikembangkan oleh sel. Nilai daya keluaran dapat ditentukan untuk daya masukan yang diberikan dalam (W/m ² ), efisiensi konversi sel dalam (%), dan luas sel dalam (m ² ).

Efisiensi sel surya diberikan di bawah STC dan daya input (P_IN ) diambil sebagai 1000 W/m ² . Jadi, dengan menggunakan rumus yang diberikan di bawah ini, kita dapat menentukan daya keluaran yang dihasilkan untuk efisiensi yang berbeda.

P_M =(P_IN × Luas) ×

Misalkan kita harus menghitung daya keluaran pada STC yang memiliki efisiensi 30% dan 25% dan luas 0,01 m ² . Jadi, untuk efisiensi 30% kita dapatkan;

P_M =(1000 W/m ² × 0,01 m ² ) × 0,30 =3 W_P

Dan untuk efisiensi 25% kita dapatkan;

P_M =(1000 W/m ² × 0,01 m ² ) × 0,25 =2,5 W_P

Jumlah Cahaya Masukan:

Intensitas cahaya yang jatuh pada sel terus berubah sepanjang hari. Tergantung pada cahaya yang jatuh pada sel, arus dan tegangan sel berubah. Arus yang dihasilkan oleh sel secara langsung bergantung pada cahaya yang jatuh padanya.

Bentuk pagi sampai sore cahaya yang jatuh pada sel bertambah, maka arus yang dihasilkan sel juga bertambah. Dari sore hingga matahari terbenam, cahaya yang jatuh pada sel berkurang, sehingga arus yang dihasilkan sel juga berkurang. Tidak ada variasi besar dalam tegangan keluaran sel karena tidak terpengaruh oleh variasi sinar matahari.

Misalkan kita harus menghitung daya keluaran untuk sel yang memiliki luas 0,01 m ² untuk daya input 1000 W/m ² dan 800 W/m ² memiliki efisiensi 25%. Jadi, untuk daya input 1000 W/m ² kita mendapatkan daya output sebagai berikut;

P_M =(1000 W/m ² × 0,01 m ² ) × 0,25 =2,5 W_P

Dan untuk daya input 800 W/m ² ;

P_M =(800 W/m ² × 0,01 m ² ) × 0,25 =2 L_P

Seperti yang kita lihat, ada penurunan daya keluaran karena penurunan daya masukan. Dengan demikian, jumlah daya yang dihasilkan oleh sel sebanding dengan sinar matahari.

Jenis Panel Surya Pos Terkait dan Jenis Panel Surya Mana yang Terbaik?

Area Sel:

Arus hubung singkat sel surya bergantung pada luas sel. Arus keluaran berbanding lurus dengan luas sel. Semakin besar area sel maka jumlah arus yang dihasilkan juga besar dan sebaliknya. Misalnya, 200 cm ² daerah akan menghasilkan arus 2 A dan arus 200 cm ² akan menghasilkan arus 4 A untuk radiasi yang sama sebesar 1000 W/m ² .

Seperti yang kita lihat sebelumnya bahwa kerapatan arus diperoleh dengan membagi arus dengan luas sel. Kepadatan arus (J_SC ) ditetapkan untuk intensitas sinar matahari yang diberikan dan tidak bergantung pada luasnya. Mari kita ambil contoh di mana kita harus menghitung arus keluaran sel surya yang memiliki luas 20 cm ² dan 50 cm ² .

Memiliki kerapatan arus konstan sebesar 35 mA/m ² . Arus keluaran untuk 20 cm ² dapat dihitung sebagai berikut;

Saya_SC =J_SC × Luas =35 mA/m ² × 20 cm ² =0,70 A

Arus keluaran untuk 50 cm ² dapat dihitung sebagai berikut;

Saya_SC =J_SC × Luas =35 mA/m ² × 50 cm ² =1,75 A

Dengan demikian, dari perhitungan di atas, jelas bahwa semakin besar area sel semakin tinggi nilai arus dan semakin kecil area sel semakin rendah nilai arus.

Sudut Cahaya (θ):

Sel surya menghasilkan daya keluaran maksimum untuk sinar matahari yang diberikan ketika sudut cahaya dan sel saling tegak lurus (yaitu 90 ^o ) seperti yang ditunjukkan pada gambar 3. Ketika sudut datang cahaya kurang dari atau lebih besar dari 90 ^o seperti yang ditunjukkan pada gambar 3 maka akan menghasilkan daya keluaran lebih rendah dari kemampuan daya keluaran maksimum sel.

Bila cahaya jatuh pada sudut yang lebih besar atau lebih kecil dari 90 ^o beberapa bagian dari cahaya dipantulkan, dan cahaya yang digunakan oleh sel lebih sedikit daripada yang sebenarnya jatuh di atasnya. Ini menghasilkan pengurangan daya keluaran yang dihasilkan oleh sel. Karena alasan inilah kita harus memasang sel surya pada sudut tegak lurus terhadap cahaya yang jatuh untuk menghasilkan listrik semaksimal mungkin.

Suhu Pengoperasian (T):

Produsen menyediakan voltase, arus, dan peringkat daya sel di STC yang memiliki penyinaran 1000 W/m ² dan suhu 25 ^o Namun dalam praktiknya, suhu sel surya bervariasi karena suhu lingkungan dan selanjutnya sel-sel tersebut tertutup kaca sehingga suhu sel surya semakin meningkat.

Perubahan suhu ini mempengaruhi tegangan, daya, dan efisiensi sel, kenaikan suhu sel di atas STC mengurangi output parameter ini. Penurunan parameter ini berbeda untuk sel surya berbeda yang tersedia di pasar.

Mari kita ambil contoh untuk memahami penurunan salah satu parameter (yaitu tegangan). Sebuah sel memiliki tegangan keluaran 0,9 V pada STC. Suhu operasi sel adalah 50 ^o C. Tegangan keluaran sel berkurang sebesar 2,1 mV/ ^o C. apa yang bisa menjadi nilai baru dari tegangan keluaran?

ΔT =T_sebenarnya – T_standar =50 – 25 =25 ^o C

Tegangan keluaran yang dikurangi =Tegangan rangkaian terbuka (V_OC ) pada STC – (Penurunan tegangan – T) =0,9 – (2,1 × 10 ^-3 × 25) =0,84 V

Dari perhitungan di atas, dapat disimpulkan bahwa ada penurunan tegangan output jika suhu naik di atas STC (yaitu di atas 25 ^o C).

Kesimpulan

Karena perkembangan teknologi semi-konduktor, kami dapat mengubah cahaya matahari yang melimpah menjadi listrik. Dalam artikel ini kita mempelajari cara kerja sel surya, berbagai jenis sel, berbagai parameter seperti tegangan hubung terbuka, arus hubung singkat, dll. yang membantu kita memahami karakteristik sel. Faktor-faktor yang mempengaruhi daya yang dihasilkan oleh sel juga dipelajari termasuk efisiensi konversi daya, jumlah cahaya input, area sel, dll. yang mempengaruhi kinerja dan membantu kita memahami perilaku sel di bawah skenario yang berbeda. Dengan pemahaman tentang teknologi sel surya, kita dapat memanfaatkannya sebaik mungkin untuk memenuhi kebutuhan energi kita sehari-hari.