Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara isolator listrik dan konduktor listrik. Bahan semikonduktor terdiri dari 4 elektron valensi. Jenis bahan semikondutor yang umum digunakan ialah karbon, germanium, dan silikon. Berdasarkan jenis dopingnya, bahan semikonduktor terbagi menjadi dua tipe yaitu tipe P dan tipe N. Suatu semikonduktor bersifat sebagai isolator listrik jika tidak diberi arus listrik dengan cara dan nilai besaran arus listrik tertentu. Namun pada temperatur, arus listirk, tata cara dan persyaratan kerja tertentu, semikonduktor berfungsi sebagai konduktor, misal sebagai penguat arus, penguat tegangan dan penguat daya. Untuk menggunakan suatu semikonduktor supaya bisa berfungsi harus tahu spesifikasi dan karakter semikonduktor itu, jika tidak memenuhi syarat operasinya maka akan tidak berfungsi dan rusak. Semikonduktor sangat berguna dalam bidang elektronik, karena konduktansinya yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikkan materi lain (biasa disebut pendonor elektron). Semikonduktor digunakan pada berbagai alat semikonduktor.

Sifat kelistrikan suatu material, termasuk semikonduktor, dapat dijelaskan dengan menggunakan diagram pita energi. Diagram pita energi menjelaskan bahwa dari sekumpulan atom-atom yang terkumpul rapi membentuk struktur kristal tertentu, hanya ada sejumlah tingkat energi yang dapat ditempati oleh elektron. Elektron akan menempati tingkat energi yang rendah terlebih dahulu. Pita terakhir yang diisi oleh elektron disebut pita valensi. Sejumlah tingkat energi setelah pita valensi disebut pita konduksi. Jarak antara tingkat energi terendah di pita konduksi dan tingkat energi tertinggi di pita valensi disebut celah pita. Pada silikon, celah pita ini bernilai 1.1 eV.

Material semikonduktor yang terdiri dari unsur-unsur yang sama disebut semikonduktor intrinsik. Semikonduktor intrinsik ini memiliki sifat-sifat listrik tertentu pada suhu tertentu, misalnya jumlah muatan pembawa. Pada aplikasinya, kita ingin merekayasa jumlah muatan pembawa ini dengan cara selain merubah suhu, misalnya dengan melakukan doping pada semikonduktor intrinsik. Semikonduktor intrinsik yang telah terdoping ini disebut semikonduktor ekstrinsik.

Jenis

Semikonduktor intrinsik yang telah terdoping disebut semikonduktor ekstrinsik. Semikonduktor ekstrinsik dapat dibedakan berdasarkan golongan atom doping.

Semikonduktor tipe P

Semikonduktor tipe P merupakan semikonduktor dengan jumlah elektron yang sangat sedikit. Bahan pembuatan semikonduktor tipe P adalah campuran atom germanium dan atom indium atau atom-atom lain yang memiliki 3 elektron valensi, e.g., boron, aluminium, galium. Semikonduktor tipe P bermuatan positif karena indium memiliki lebih sedikit elektron dibandingkan dengan germanium.

Semikonduktor tipe N

Semikonduktor tipe N merupakan semikonduktor dengan jumlah elektron yang sangat banyak. Bahan pembuatan semikonduktor tipe N adalah campuran atom germanium dan atom arsen atau atom-atom lain yang memiliki 5 elektron valensi, e.g. fosfor, arsen, antimoni. Semikonduktor tipe N bermuatan negatif karena arsenikum memiliki lebih banyak elektron dibandingkan dengan germanium.

Sifat kelistrikan

Arus listrik

Kuat arus listrik pada bahan semikonduktor tidak dapat diketahui secara tepat melalui hukum Ohm. Penerapan hukum Ohm hanya berlaku bagi rangkaian listrik yang memiliki arus listrik yang selalu berbanding lurus dengan nilai tegangan listrik yang bekerja. Sebaliknya, bahan semikonduktor tidak selalu memiliki kuat arus listrik yang berada dalam fungsi linear terhadap tegangan listrik yang berlaku. Arus listrik yang mengair melalui bahan semikonduktor dapat menngalami fungsi linear, fungsi kuadrat atau fungsi kubik terhadap nilai tegangan listrik yang bekerja. Pada bahan semikonduktor berlaku efek Hall yang menentukan kerapatan arus listrik yang dinyatakan dalam muatan per satuan volume. Nilai tegangan listrik pada bahan semikonduktor ditentukan oleh pemusatan dari muatan-muatan listrik yang terbawa ke dalam bahan listrik.

Hukum kelistrikan

Hukum Child

Hukum Child berlaku pada semikonduktor yang hanya memiliki pembawa muatan dalam jumlah yang sangat sedikit. Selain itu, hukum Child hanya berlaku untuk arus listrik yang terbentuk akibat adanya muatan ruang di dalam semikonduktor. Pada semikonduktor, hukum Child hanya diterpakan pada arus listrik yang dihasilkan oleh pembawa muatan hasil injeksi dari elektrode.

Doping Semikonduktor

Distribusi Fermi-Dirac sebagai dasar struktur pita dalam semikonduktor

SEM image of a photoresist layer used in semiconductor manufacturing taken on a field electron emission SEM. These SEMs are important in the semiconductor industry for their high-resolution capabilities.

Salah satu alasan utama kegunaan semikonduktor dalam elektronik adalah sifat elektroniknya dapat diubah banyak dalam sebuah cara terkontrol dengan menambah sejumlah kecil ketidakmurnian. Ketidakmurnian ini disebut dopan.

Doping sejumlah besar ke semikonduktor dapat meningkatkan konduktivitasnya dengan faktor lebih besar dari satu milyar. Dalam sirkuit terpadu modern, misalnya, polycrystalline silicon didop-berat sering kali digunakan sebagai pengganti logam.

Pembuatan

Semikonduktor dengan properti elektronik yang dapat diprediksi dan handal diperlukan untuk produksi massa. Tingkat kemurnian kimia yang diperlukan sangat tinggi karena adanya ketidaksempurnaan, bahkan dalam proporsi sangat kecil dapat memiliki efek besar pada properti dari material. Kristal dengan tingkat kesempurnaan yang tinggi juga diperlukan, karena kesalahan dalam struktur kristal (seperti dislokasi, kembaran, dan retak tumpukan) mengganggu properti semikonduktivitas dari material. Retakan kristal merupakan penyebab utama rusaknya perangkat semikonduktor. Semakin besar kristal, semakin sulit mencapai kesempurnaan yang diperlukan. Proses produksi massa saat ini menggunakan ingot (bahan dasar) kristal dengan diameter antara empat hingga dua belas inci (300 mm) yang ditumbuhkan sebagai silinder kemudian diiris menjadi wafer.

Karena diperlukannya tingkat kemurnian kimia dan kesempurnaan struktur kristal untuk membuat perangkat semikonduktor, metode khusus telah dikembangkan untuk memproduksi bahan semikonduktor awal. Sebuah teknik untuk mencapai kemurnian tinggi termasuk pertumbuhan kristal menggunakan proses Czochralski. Langkah tambahan yang dapat digunakan untuk lebih meningkatkan kemurnian dikenal sebagai perbaikan zona. Dalam perbaikan zona, sebagian dari kristal padat dicairkan. Impuritas cenderung berkonsentrasi di daerah yang dicairkan, sedangkan material yang diinginkan mengkristal kembali sehingga menghasilkan bahan lebih murni dan kristal dengan lebih sedikit kesalahan.

Dalam pembuatan perangkat semikonduktor yang melibatkan heterojunction antara bahan-bahan semikonduktor yang berbeda, konstanta kisi, yaitu panjang dari struktur kristal yang berulang, penting untuk menentukan kompatibilitas antar bahan.

Kegunaan praktis

Detektor kristal

Semikonduktor dalam bentuk kristal digunakan untuk pembuatan detektor kristal. Pembuatan detektor kristal mulai dilakukan sejak awal abad ke-20 Masehi sebagai penghubung kawat penghantar yang menerima sinyal radio. Bentuk kawat menyerupai kumis. Bahan semikonduktor yang digunakan yaitu kristal germanium. Keberadaan sinyal radio diketahui melalui efek simpang dari kontak antara kristal dan kawat. Penguatan dan pelemahan dari kuat arus listrik dibatasi oleh elemen padat dan senyawa yang telah mengalami rekayasa secara khusus. Arus listrik yang mengalir terbagi menjadi dua jenis, yaitu elektron bermuatan negatif dan elektron yang kekurangan muatan positif. Elektron yang bermuatan negatif disebut sebagai arus muatan sedangkan yang kekurangan muatan positif disebut sebagai arus lubang. Teori fisika kuantum digunakan untuk memahami prinsip arus muatan dan arus lubang ini.

Sel surya

Sel surya memanfaatkan semikonduktor yang terdiri dari komponen dioda dengan sambungan P-N. Kegunaan utama dari sel surya adalah menghasilkan efek fotovoltaik yang mengubah sinar matahari menjadi energi listrik. Sel surya digunakan pada pembangkit listrik tenaga surya dalam skala kecil pada daerah terpencil yang tidak memiliki akses listrik. Selain itu, satelit juga menggunakan sel surya sebagai penghasil energi listrik.

Pengukuran intensitas cahaya

Elemen fotolistrik pada bahan semikonduktor digunakan untuk menggantikan peran sel foto. Sel foto digunakan untuk mengukur intensitas cahaya. Peran sel foto yang digantikan oleh semikonduktor ialah ionisasi melalui tumbukan elektron-elektron pada cermin logam.

Sensor suhu penyejuk

Sensor suhu pada penyejuk udara umumnya bekerja menggunakan termistor yang memiliki nilai koefisien suhu negatif. Prinsip kerja dari sensor suhu pendingin berbeda dengan sensor suhu pemanas. Pada sensor suhu penyejuk udara, peningkatan suhu ruangan akan membuat nilai hambatan listrik berkurang.

Mesin mobil

Beberapa mesin mobil telah menggunakan prinsip kerja dan bahan semikonduktor untuk melakukan kerja secara mekanika. Pada mobil, bahan semikonduktor dimanfaatkan pada sistem kendali, sistem suspensi, kantung udara, dan rangkaian listrik pengaman. Sistem kerja mobil yang sepenuhnya memanfaatkan bahan konduktor ialah sistem manajemen mesin, sistem rem antiterkunci, sistem transmisi, sistem instrumentasi kelistrikan, modul kendali kelistrikan pada bodi mobil dan kantung udara dengan sistem pengaman tambahan.

Elektronika daya

Pada elektronika daya, peralatan semikonduktor utamanya berfungsi sebagai saklar elektronik. Proses pensaklaran menjadi salah satu proses yang utama pada rangkaian elektronika daya. Rangkaian elektronika daya mengadakan pensaklaran dengan kecepatan tinggi. Pengaturan kecepatan didasarkan kepada melalui rangkaian pembangkit pulsa sesuai dengan kebutuhan. Pada rangkaian elektronika daya, peralatan semikonduktor juga berfungsi untuk mengubah jenis sumber energi. Jenis pengubahan yang paling umum dilakukan adalah pengubahan bentuk dari gelombang listrik. Tujuan pengubahannya adalah untuk penyesuaian antara kebutuhan sumber energi bagi peralatan listrik dengan sumber listrik yang tersedia. Jenis perubahan ini meliputi perubahan dari arus bolak-balik menjadi arus bolak-balik atau menjadi arus searah, maupun arus searah menjadi arus searah atau menjadi arus bolak-balik. Besaran listrik yang diubah bentuk gelombangnya dapat dpilih antara arus listrik ataupun pada tegangan listrik. Fungsi lain dari peralatan semikonduktor pada elektronika daya adalah pengendalian terhadap aplikasi elektronika industri sesuai dengan keinginan. Pengaturan dilakukan terhadap besaran listrik seperti arus listrik, tegangan listrik dan daya listrik. Tujuan pengaturan ini ialah memberikan pengaruh terhadap sistem kerja yang ada pada industri. Pemakaian yang umum di industri antara lain untuk pengaturan kecepatan putaran, pengaturan tekanan, pengaturan suhu, dan pengaturan kecepatan gerakan.

 

Sumber Artikel: id.wikipedia.org

Fotovoltaik adalah teknologi pengubahan energi dari sinar matahari menjadi energi listrik secara langsung. Peralatan fotovoltaik berbentuk kumpulan sel surya yang disusun secara seri atau paralel dan disatukan menjadi modul surya. Aplikasi fotovoltaik diwujudkan menggunakan panel surya untuk energi dengan mengubah sinar matahari menjadi listrik. Karena permintaan yang terus meningkat terhadap sumber energi bersih, pembuatan panel surya dan kumpulan fotovoltaik telah meluas secara dramatis dalam beberapa tahun belakangan ini.

Pohon fotovoltaik di Styria, Austria

Fotovoltaik diinstal

Produksi fotovoltaik telah berlipat setiap dua tahun, meningkat rata-rata 48 persen tiap tahun sejak 2002, menjadikannya teknologi energi dengan pertumbuhan tercepat di dunia. Pada akhir 2007, menurut data awal, produksi global mencapai 12.400 megawatt. Secara kasar, 90% dari kapasitas generator ini meliputi sistem listrik terikat. Pemasangan seperti ini dilakukan di atas tanah (dan kadang-kadang digabungkan dengan pertanian dan penggarapan) atau dibangun di atap atau dinding bangunan, dikenal sebagai Building Integrated Photovoltaic atau BIPV.

Pengukuran satuan dan insentif keuangan, seperti feed-in tariff untuk listrik tenaga surya, telah membantu instalasi PV surya di banyak negara termasuk Australia, Jerman, Israel,[8] Jepang, dan Amerika Serikat. Sedangkan di Peru, dua juta rakyat miskin akan menerima energi listrik gratis dari 1600 panel surya yang akan dipasang hingga tahun 2016.

Sejarah penemuan

Pengamatan yang pertama kali berkaitan dengan efek fotovoltaik diadakan pada tahun 1839 oleh Henri Becquerel. Salah satu sel pada elektrode yang ada di sel elektrolitik diberikannya sinar matahari. Pada tahun 1877, Adams dan Day mengamati efek tersebut pada selenium. Beberapa perangkat pengukuran paparan fotografi telah dikembangkan pada paruh pertama abad ke-20 Masehi oleh tiga orang ilmuwan yaitu Lange (1930), Schottky (1930) dan Grondhal (1933). Tiga ilmuwan dari Bell Telephone Laboratory berhasil membuat sel surya dari bahan silikon kristalin yang pertama di dunia pada tahun 1954. Ketiga ilmuwan ini ialah Chaplin, Fuller dan Pearson. Efisiensi energi dari sel surya ini adalah 6%. Pada tahun yang sama, Reynold dan rekan kerjanya juga berhasil membuat sel surya dengan efisiensi energi yang sama dari bahan Kadmium sulfida.

Selama periode tahun 1950-an, sel surya berbahan silikon kristalin hanya digunakan untuk penelitian dan pengembangan teknologi luar angkasa. Tujuan awalnya untuk memperoleh satelit yang memiliki kebutuhan daya cahaya yang memadai. Pada awal tahun 1958, satelit bertenaga surya yang pertama berhasil diluncurkan. Satelit ini diberi nama Satelit American Vanguard I. Setelah peluncuran tersebut, pengembangan terus dilakukan terhadap energi surya hingga meliputi bidang militer, komunikasi, meteorologi dan penelitian ilmiah. Efisiensi energi yang diperoleh telah mencapai 20%. Produksi sel surya berbahan silikon kristalin telah mencapai harga yang mahal, yaitu $10 Juta per kiloWatt pada tahun 1975.

Perlengkapan

Panel surya

Panel surya merupakan peralatan yang terdiri dari kumpulan sel surya yang bahan dasarnya adalah semikonduktor. Alat ini digunakan untuk mengubah energi surya menjadi energi listrik. Panel surya bekerja dengan mempertemukan semikonduktor jenis P dan semikonduktor jenis N. Susunan modul suryayang ada pada panel surya dapat dirangkai secara seri maupun paralel. Pemilihan jenis rangkaian disesuaikan dengan kebutuhan daya listrik yang akan digunakan. Panel surya hanya menghasilkan arus listrik berjenis arus searah, sehingga pencatu daya bagi pemakai energi listrik harus diubah terlebih dahulu menjadi arus bolak-balik dengan menggunakan konverter.

Kebijakan mengenai standar teknis dari pemanfaatan energi surya menjadi penentu bagi pemasangan panel surya pada suatu bangunan komersial atau pada bangunan perusahaan. Optimalisasi sistem tenaga listrik dengan energi dasar berupa energi surya selalu mengutamakan penyediaan ruang bagi panel surya sebagai salah satu pertimbangan yang penting. Penerapan langsung dari kegiatan transformasi energi surya yang dilakukan oleh panel surya adalah pada pembangkit listrik tenaga surya. Usia pakai rata-rata dari sebuah panel surya rata-rata adalah 30 tahun. Setelah jangka waktu tersebut, panel surya rentan mengalami kerusakan.

Manfaat

Fotovoltaik yang digunakan pada Solar sell juga memiliki kelebihan menjadi sumber energi yang praktis mengingat tidak membutuhkan transmisi karena dapat dipasang secara modular di setiap lokasi yang membutuhkan. Fotovoltaik yang digunakan pada solar cell memiliki kemudahan, hampir disetiap tempat di Indonesia solar cell mampu dan cocok dalam pemasangannya dibandingkan dengan teknologi terbarukan seperti turbin angin (pembangkit listrik tenaga angin) yang hanya cocok pada tempat tertentu.Hingga saat ini total energi listrik yang dibangkitkan dengan solar cell di seluruh dunia baru mencapai sekitar 12 Giga Watt (bandingkan dengan total penggunaan listrik dunia sebesar 10 Tera Watt).

Fotovoltaik mampu menjadi Energi terbarukan dengan memanfaatkan tenaga surya (matahari) dimana sinar matahari mampu dikonversi menjadi energi listrik. Pembangkit listrik yang mengubah energi surya menjadi energi listrik. Pembangkitan listrik bisa dilakukan dengan dua cara, yaitu secara langsung menggunakan fotovoltaik dan secara tidak langsung dengan pemusatan energi surya. Fotovoltaik mengubah secara langsung energi cahaya menjadi listrik menggunakan efek fotoelektrik. Pemusatan energi surya menggunakan sistem lensa atau cermin dikombinasikan dengan sistem pelacak untuk memfokuskan energi matahari ke satu titik untuk menggerakan mesin kalor. Kelebihan dari pemanfaatan Fotovoltaik yaitu Mampu mengurangi biaya tagihan listrik bulanan dan menjadi nilai tambah bagi suatu negara dan jugaTeknologi Fotovoltaik ini ramah lingkungan karena hanya memanfaatkan sinar matahari menjadi energi listrik dibandingkan energi konvesional (batu bara).

 

Sumber Artikel: id.wikipedia.org

Garis spektrum silikon

Silikon adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Si dan nomor atom 14. Senyawa yang dibentuk bersifat paramagnetik. Unsur kimia yang juga disebut sebagai zat pasir ini ditemukan oleh Jöns Jakob Berzelius. Silikon merupakan unsur metaloid tetravalensi, bersifat lebih tidak reaktif daripada karbon (unsur nonlogam yang tepat berada di atasnya pada tabel periodik, tetapi lebih reaktif daripada germanium, metaloid yang berada persis di bawahnya pada tabel periodik. Kontroversi mengenai sifat-sifat silikon bermula sejak penemuannya: silikon pertama kali dibuat dalam bentuk murninya pada tahun 1824 dengan nama silisium (dari kata bahasa Latin: silicis), dengan akhiran -ium yang berarti logam. Meski begitu, pada tahun 1831, namanya diganti menjadi silikon karena sifat-sifat fisiknya lebih mirip dengan karbon dan boron.

Silikon merupakan elemen terbanyak kedelapan di alam semesta dari segi massanya, tetapi sangat jarang ditemukan dalam bentuk murni di alam. Silikon paling banyak terdistribusi pada debu, pasir, planetoid, dan planet dalam berbagai bentuk seperti silikon dioksida atau silikat. Lebih dari 90% kerak bumi terdiri dari mineral silikat, menjadikan silikon sebagai unsur kedua paling melimpah di kerak bumi (sekitar 28% massa) setelah oksigen.

Silikon sering digunakan untuk membuat serat optik dan dalam operasi plastik digunakan untuk mengisi bagian tubuh pasien dalam bentuk silikone.

Silikon dalam bentuk mineral dikenal pula sebagai zat kersik.

Sebagian besar silikon digunakan secara komersial tanpa dipisahkan, terkadang dengan sedikit pemrosesan dari senyawanya di alam. Contohnya adalah pemakaian langsung batuan, pasir silika, dan tanah liat dalam pembangunan gedung. Silika juga terdapat pada keramik. Banyak senyawa silikon modern seperti silikon karbida yang dipakai dalam pembuatan keramik berdaya tahan tinggi. Silikon juga dipakai sebagai monomer dalam pembuatan polimer sintetik silikone.

Unsur silikon juga berperan besar terhadap ekonomi modern. Meski banyak silikon digunakan pada proses penyulingan baja, pengecoran aluminium, dan beberapa proses industri kimia lainnya, sebagian silikon juga digunakan sebagai bahan semikonduktor pada elektronik-elektronik. Karena penggunaannya yang besar pada sirkuit terintegrasi, dasar dari komputer, maka kelangsungan teknologi modern bergantung pada silikon.

Silikon juga merupakan elemen esensial pada biologi, meskipun hanya dibutuhkan hewan dalam jumlah amat kecil. Beberapa jenis makhluk hidup yang membutuhkannya antara lain jenis porifera dan mikroorganisme jenis diatom. Silikon digunakan untuk membuat struktur tubuh mereka.

Karakteristik

Fisik

Silikon mengkristal pada struktur kristal kubus berlian

Silikon berbentuk padat pada suhu ruangan, dengan titik lebur dan titik didih masing-masing 1.400 dan 2.800 derajat celsius. Yang menarik, silikon mempunyai massa jenis yang lebih besar ketika dalam bentuk cair dibanding dalam bentuk padatannya. Tapi seperti kebanyakan substansi lainnya, silikon tidak akan bercampur ketika dalam fase padatnya, tetapi hanya meluas, sama seperti es yang memiliki massa jenis lebih kecil daripada air. Karena mempunyai konduktivitas thermal yang tinggi (149 W·m−1·K−1), silikon bersifat mengalirkan panas sehingga tidak pernah dipakai untuk menginsulasi benda panas.

Dalam bentuk kristalnya, silikon murni berwarna abu-abu metalik. Seperti germanium, silikon agak kuat tetapi sangat rapuh dan mudah mengelupas. Seperti karbon dan germanium, silikon mengkristal dalam struktur kristal kubus berlian, dengan jarak kisi 0,5430710 nm (5.430710 Å).

Orbital elektron terluar dari silikon mempunyai 4 elektron valensi. Kulit atom 1s,2s,2p, dan 3s terisi penuh, sedangkan kulit atom 3p hanya terisi 2 dari jumlah maksimumnya 6.

Silikon bersifat semikonduktor.

Kimia

Bubuk Silikon

Silikon merupakan metaloid, siap untuk memberikan atau berbagi 4 atom terluarnya, sehingga memungkinkan banyak ikatan kimia. Meski silikon bersifat relatif inert seperti karbon, silikon masih dapat bereaksi dengan halogen dan alkali encer. Kebanyakan asam (kecuali asam nitrat dan asam hidrofluorat) tidak bereaksi dengan silikon. Silikon dengan 4 elektron valensinya mempunyai kemungkinan untuk bergabung dengan elemen atau senyawa kimia lainnya pada kondisi yang sesuai.

Isotop

Silikon yang eksis di alam terdiri dari 3 isotop yang stabil, yaitu silikon-28, silikon-29, dan silikon-30, dengan silikon-28 yang paling melimpah (92% kelimpahan alami). Out of these, only silicon-29 is of use in NMR and EPR spectroscopy. Dua puluh radioisotop telah diketahui, dengan silikon-32 sebagai yang paling stabil dengan paruh waktu 170 tahun dan silikon-31 dengan waktu paruh 157,3 menit. Sisa isotop radioaktif lainnya mempunyai paruh waktu kurang dari 7 detik dan kebanyakan malah kurang dari 0,1 detik.[14] Silikon tidak mempunyai isomer nuklir.

Isotop dari silikon mempunyai nomor massa berkisar antara 22 sampai 44. Bentuk peluruhan paling umum dari 6 isotop yang nomor massanya dibawah isotop paling stabil (silikon-28) adalah β+, utamanya membentuk isotop aluminium (13 proton) sebagai produk peluruhannya. Untuk 16 isotop yang nomor massanya diatas 28, bentuk peluruhan paling umumnya adalah β−, utamanya membentuk isotop fosfor (15 proton) sebagai produk peluruhan.

Keberadaan

Gugusan kristal kuarsa dari Tibet. Mineral alami ini mempunyai rumus kimia SiO2.

Jika diukur berdasarkan massanya, silikon membentuk 27,7% massa kerak bumi dan merupakan unsur kedua yang paling melimpah di kerak bumi setelah oksigen. Silikon biasanya ditemukan dalam bentuk mineral silikat yang kompleks, dan lebih jarang lagi dalam bentuk silikon dioksida (silika, komponen utama pada pasir). Kristal silikon murni amat sangat jarang ditemukan di alam.

Mineral silikat- berbagai macam mineral yang terdiri dari silikon, oksigen, dan berbagai logam reaktif—membentuk 90% massa kerak bumi. Hal ini dikarenakan suhu panas pada proses pembentukan sistem tata surya, silikon dan oksigen mempunyai afinitas yang besar satu sama lain, sehingga membentuk senyawa kimia. Karena oksigen dan silikon adalah unsur non-gas dan non-logam terbanyak pada puing supernova, mereka membentuk banyak silikat kompleks yang kemudian bergabung ke batuan planetesimal yang membentuk planet kebumian. Disini, mstriks mineral silikat yang tereduksi menangkap logam-logam yang reaktif untuk teroksidasi (aluminium, kalsium, natrium, kalium, dan magnesium). Setelah gas-gasnya lepas, campuran silikat ini kemudian membentuk sebagian besar kerak bumi. Karena silikat-silikat ini bermassa jenis rendah, baja, nikel, dan logam non-reaktif lainnya masuk ke dalam inti bumi, sehingga menyisakan magnesium dan silikat besi di lapisan atas.

Beberapa contoh mineral silikat yang ada di kerak bumi antara lain kelompok piroksena, amfibol, mika, dan feldspar. Mineral-mineral ini terdapat pada tanah liat dan beberapa jenis batuan seperti granit dan batu kapur.

Silika terdapat pada mineral-mineral yang terdiri dari silikon dioksida murni dengan bentuk kristal yang berbeda-beda: quartz, agate ametis, rock crystal, chalcedony, flint, jasper, dan opal. Kristal-kristal ini memiliki rumus empiris silikon dioksida, tetapi tidak terdiri dari molekul-molekul silikon dioksida. Silika secara struktur mirip dengan berlian, terdiri daripadatan kristal tiga dimensi yang terdiri dari silikon dan oksigen. Silika yang tidak murni membentuk kaca alam obsidian. Silika biogenik ada pada struktur diatom, radiolaria dan siliceous sponge.

Silikon juga merupakan komponen utama meteorit, dan merupakan komponen dari tektit, mineral silikat yang mungkin berasal dari bulan.

Produksi

Campuran

Campuran Ferrosilikon

Ferrosilikon, campuran silikon-besi yang terdiri dari unsur silikon dan besi dengan rasio yang berbagai macam, merupakan produk utama dari proses pengolahan unsur silikon, dengan persentase 80% dari seluruh produksi dunia. China merupakan negara pemasok silikon terbesar di dunia, dengan jumlah 4,6 juta ton (atau 2/3 produksi dunia), kebanyakan dalam bentuk ferrosilikon. Disusul kemudian oleh Rusia (610.000 ton), Norwegia (330.000 ton), Brasil (240.000 ton), dan Amerika Serikat (170.000 ton). Ferrosilikon paling banyak digunakan oleh industri baja.

Campuran aluminium-silikon paling banyak digunakan dalam industri pengecoran aluminium, dengan silikon sebagai bahan aditif tunggal utama untuk meningkatkan kekuatan cornya. Karena aluminium cor paling banyak digunakan pada industri otomotif, maka penggunaan silikon ini adalah penggunaan industri tunggal terbesar dari silikon murni "metallurgical grade".

Metallurgical grade

Silikon tidaklah dicampur dengan unsur-unsur lain dalam jumlah besar, biasanya lebih dari 95% disebut dengan logam silikon. Logam silikon ini jumlahnya 20% dari total produksi elemen silikon dunia, dengan kurang dari 1-2% dari total elemen silikon (5–10% dari silikon metallurgical grade) yang dimurnikan lagi untuk digunakan pada semikonduktor. Silikon metallurgical grade adalah silikon yang dibuat secara komersial dengan mereaksikan silika dengan kayu, arang, dan batu bara pada sebuah perapian listrik menggunakan elektrode karbon. Pada suhu lebih dari 1.900 °C (3.450 °F), karbon dari bahan-bahan tadi dan silikon akan mengalami reaksi kimia SiO2 + 2 C → Si + 2 CO. Silikon cair ada di bagian dasar tungku, yang kemudian dialirkan dan didingingkan. Silikon yang diproduksi melalui proses ini disebut silikon metallurgical grade dengan tingkat kemurnian paling kecil 98%. Dalam metode ini, silikon karbida (SiC) juga dapat terbentuk karena adanya karbon berlebih dengan reaksi kimia: SiO2 + C → SiO + CO atau SiO + 2 C → SiC + CO. Meski begitu, jika konsentrasi SiO2 tinggi, maka silikon karbida dapat dieliminasi dengan reaksi kimia 2 SiC + SiO2 → 3 Si + 2 CO.

Seperti yang telah dikatakan diatas, silikon, metallurgical grade digunakan pada umumnya di industri pengecoran aluminium untuk membentuk campuran aluminium-silikon. Sisanya, digunakan oleh industri kimia untuk membentuk bubuk silika.[19]

Sampai bulan September 2008, silikon metallurgical grade dihargai 1,45 US$ per pound ($3.20/kg),[20] naik dari $0,77 per pound ($1.70/kg) pada tahun 2005.

Kualitas elektronik

Ingot silikon monokristalin didapatkan dari proses Czochralski

Penggunaan silikon untuk peralatan semikonduktor membutuhkan kemurnian yang jauh lebih tinggi daripada silikon metallurgical grade. Silikon sangat murni (>99.9%) dapat diekstraksi daripadatan silika atau senyawa silika lainnya dengan elektrolisis molten salt.[22][23] Metode ini, yang sudah dikenal paling tidak dari tahun 1854 (lihat juga proses FFC Cambridge), punya potensi untuk memproduksi silikon solar-grade tanpa emisi karbon dioksida.

Silikon solar-grade tidak dapat digunakan untuk semikonduktor, karena tingkat kemurniannya harus sangat tinggi. Wafer silikon yang digunakan sebagai bahan baku integrated circuit harus dimurnikan sampai 99.9999999%, proses yang membutuhkan teknologi tinggi.

Sebagian besar kristal silikon yang digunakan untuk produksi alat elektronik didapatkan dari proses Czochralski (CZ-Si) karena metode ini merupakan metode termurah saat ini dan dapat menghasilkan kristal yang besar, meski masih mengandung pengotor.

Teknik pemurnian silikon generasi awal didasarkan pada fakta apabila silikon dicairkan dan dipadatkan kembali, maka material yang terakhir memadat kebanyakan merupakan pengotornya. Metode awal untuk memurnikan silikon, pertama kali tahun 1919, digunakan untuk memproduksi komponen radar selama Perang Dunia II, dibuat dengan menghancurkan silikon metallurgical grade dan melarutkan sebagian bubuk silikon pada asam. Ketika dihancurkan, pengotor-pengotor yang terdapat pada silikon terkumpul di lapisan paling luar, sehingga jika terkena asam akan larut kembali dan menghasilkan produk silikon yang lebih murni.

Batang Polikristalin silikon dibuat dengan proses Siemens

Pada suatu waktu, DuPont memproduksi silikon ultra-murni dengan mereaksikan silikon tetraklorida dengan seng pada 950 °C, dihasilkan silikon melalui SiCl4 + 2 Zn → Si + 2 ZnCl2. Meskipun begitu, teknik ini memiliki masalah lain, (misalnya produk samping berupa seng klorida yang dihasilkan yang menyumbat) sehingga akhirnya ditemukan proses Siemens. Pada proses Siemens, atang silikon dengan kemurnian tinggi direaksikan dengan triklorosilana pada 1150 °C. Gas triklorosilana terdekomposisi dan dan tambahan silikon tersimpan dan memperbesar karena 2 HSiCl3 → Si + 2 HCl + SiCl4. Silikon yang diproduksi dari proses ini disebut Silikon polikristalin. Silikon ini mempunyai tingkat pengotor kurang dari satu ppb (part per billion).

Tahun 2006 REC mengumumkan bahwa mereka membangun pabrik berbasis teknologi fluidized bed (FB) yang menggunakan silana: 3 SiCl4 + Si + 2 H2 → 4 HSiCl3, 4 HSiCl3 → 3 SiCl4 + SiH4, SiH4 → Si + 2 H2.[28] Keuntungan proses teknologi fluid bed adalah proses dapat berlangsung kontinu dengan hasil lebih banyak daripada proses Siemens yang merupakan proses batch.

Saat ini, silikon dimurnikan dengan mengubahnya menjadi senyawa silikon yang lebih mudah dimurnikan dengan distilasi daripada pada kondisi awalnya, dan lalu mengubah kembali senyawa silikon tersebut menjadi silikon murni. Triklorosilana adalah senyawa silikon yang umumnya digunakan sebagai intermediate, juga silikon tetraklorida dan silana.

Selain itu, ada juga proses Schumacher, yang menggunakan tribromosilana sebagai pengganti triklorosilana dan teknologi fluid bed. Meski begitu, sampai saat ini belum ada pabrikan besar yang memproduksi silikon dengan proses ini.

Senyawa

PDMS – sebuah senyawa silikon

• Silikon membentuk senyawa biner yang disebut dengan silisida dengan banyak elemen logam yang nantinya menghasilkan senyawa dengan sifat yang beragam, misalnya magnesium silisida, Mg2Si yang sangat reaktif sampai senyawa tahan panas seperti molibdenum disilisida, MoSi2.
• Silikon karbida, SiC (karborundum) adalah padatan keras, tahan panas.
• Silana, SiH4, adalah gas firoforik dengan struktur tetrahedral mirip dengan metana, CH4. Senyawa murninya sendiri tidak bereaksi dengan air ataupun asam lemah, tetapi jika bereaksi dengan alkali maka langsung akan terjadi hidrolisis. Ada kelompok silikon hidrida terkatenasi yang membentuk senyawa yang homolog, SinH2n+2 dengan n berkisar 2–8. Semua senyawa ini mudah terhidrolisis dan tidak stabil, terutama pada senyawa suku tinggi.
• Disilena, senyawa yang berisi ikatan rangkap dua silikon-silikon (mirip alkena) dan secara umum sangat reaktif, memerlukan gugus subtituen yang besar untuk menstabilkannya.[34] Disiluna, senyawa dengan silikon-silikon rangkap tiga pertama kali didapatkan tahun 2004, meski senyawanya berbentuk non-linear, ikatannya tidak sama dengan alkuna.
• Tetrahalida, SiX4, adalah senyawa yang dapat dibentuk dengan semua halogen. Silikon tetraklorida, misalnya, dapat bereaksi dengan air, tak sama dengan homolognya, karbon tetraklorida. Silikon dihalida dapat dibentuk dengan reaksi dengan suhu tinggi antara silikon dan tetrahalida; dengan struktur yang serupa dengan karbena sehingga senyawa ini adalah senyawa reaktif. Silikon difluorida terkondensasi untuk membentuk senyawa polimer(SiF2)n.
• Silikon dioksida adalah padatan tahan panas berbentuk kristal; mineral yang paling umum adalah quartz. Pada mineral quartz, setiap atom silikon dikelilingi oleh empat atom oksigen yang menjembatani atom silikon lainnya untuk membentuk kisi tiga dimensi. Silika dapat larut dalam air pada suhu tinggi untuk membentuk senyawa asam monosilikat, Si(OH)4.
• Dengan kondisi yang sesuai, asam monosilikat dapat terpolimer untuk membentuk asam silikat yang lebih kompleks, muali dari senyawa kondensasi paling sederhana, asam disilikat (H6Si2O7) sampai struktur kompleks yang menjadi basis banyak mineral silikat yang disebut asam polisilikat {Six(OH)4–2x}n.

Aplikasi

Senyawa

Sebagian besar senyawa silikon digunakan di industri tanpa dipisahkan menjadi elemennya. Lebih dari 90% kerak bumi terdiri dari mineral silikat yang merupakan senyawa silikon dan oksigen. Banyak dari mineral ini digunakan langsung, seperti tanah liat, pasir silika, dan berbagai jenis batuan untuk bangunan. Silika juga menjadi bahan utama batu keramik. Silikat digunakan dalam pembuatan semen Portland yang digabung dengan pasir silika dan gravel untuk membentuk beton, basis hampir semua bangunan industri modern saat ini.

Logam paduan

Elemen silikon ditambahkan pada besi cor menjadi ferrosilikon atau silikokalsium untuk meningkatkan kemampuan pada bagian yang tipis dan menghindari pembentukan sementit ketika terkena udara luar. Produksi ferrosilikon pada industri baja adalah 80% dari total penggunaan silikon dunia.

Karakteristik silikon itu sendiri dapat digunakan untuk memodifikasi paduan logam. Campuran silikon pada alumnium cor membentuk campuran eutektik yang memadat dengan kontraksi termal sangat kecil. Silikon juga meningkatkan kekerasan aluminium.[18] Silikon merupakan komponen penting pada baja listrik karena mempengaruhi resistivitas dan feromagnetiknya.

Silikon metallurgical grade adalah silikon dengan kemurnian 95-99%. Sekitar 55% konsumsi silikon metallurgical grade dunia adalah untuk memproduksi logam paduan aluminium-silikon untuk pengecoran aluminium yang banyak digunakan untuk industri otomotif. Sisanya digunakan oleh industri kimia untuk pembuatan fumed silica, silana, dan silikone.

Elektronik

Wafer silikon

Karena hampir semua elemen silikon diproduksi sebagai paduan logam ferrosilikon, hanya sebagian kecil saja (20%) yang diproduksi menjadi silikon metallurgical grade (1,3–1,5 juta metrik ton/tahun). Logam silikon yang dimurnikan sampai kemurnian semikonduktor diperkirakan hanya 15% dari produksi silikon metallurgical grade. Meskipun begitu, nilai ekonomi dari silikon semikonduktor ini sangat tinggi.

Silikon monokristalin murni digunakan untuk memproduksi wafer silikon yang digunakan pada industri semikonduktor, elektronik, dan juga perangkat photovoltaic. Dalam konduksi muatan, silikon murni adalah semikonduktor intrinsik yang berarti ia dapat mengonduksi lubang elektron dan elektron dapat dilepaskan dari atom melalui pemanasan, maka meningkatkan konduktivitas listrik silikon dengan suhu tinggi. Silikon murni memiliki konduktivitas yang terlalu rendah untuk digunakan pada komponen elektronik. Pada praktiknya, silikon murni didoping dengan elemen lain dengan konsentrasi kecil sehingga meningkatkan konduktivitasnya secara drastis. Kontrol penambahan elemen lain ini sangat penting dan umumnya diaplikasikan di transistor, sel solar, detektor semikonduktor dan perangkat semikonduktor lainnya.

 

Sumber Artikel: id.wikipedia.org

Panel surya adalah sebuah alat yang terdiri dari sel surya yang terbuat dari bahan semikonduktor untuk mengubah energi surya menjadi energi listrik. Prinsip kerjanya didasari oleh pertemuan semikonduktor jenis P dan semikonduktor jenis N. Panel surya tersusun dari modul surya yang dirangkai secara seri maupun paralel sesuai dengan kebutuhan daya listrik tertentu. Pemasangan panel surya pada suatu bangunan komersial atau pada bangunan perusahaan ditentukan oleh kebijakan mengenai penggunaan instalasi listrik yang memanfaatkan energi surya. Panel surya hanya menghasilkan arus listrik berjenis arus searah. Pemenuhan pencatu daya bagi pemakai energi listrik memerlukan konverter dari arus searah menjadi arus bolak-balik. Penyediaan ruang bagi panel surya merupakan salah satu pertimbangan penting bagi optimalisasi sistem tenaga listrik dengan energi dasar berupa energi surya. Pembangkit listrik tenaga surya merupakan penerapan langsung dari kegiatan transformasi energi surya yang dilakukan oleh panel surya. Panel surya rata-rata memiliki usia pakai selama 30 tahun sebelum mengalami kerusakan.

Bahan modul

Modul panel surya umumnya tersusun dari bahan silikon. Kandungan sel silikon mempunyai struktur atom yang tunggal, ganda atau tidak berbentuk. Struktur atom yang tunggal disebut monokristalin, sedangkan yang ganda disebut polikristalin. Sementara itu, silikon yang tidak berbentuk disebut amarfous dan hanya ada pada silikon dengan lapisan yang tipis. Selain silikon, beberapa jenis modul panel surya terbuat dari bahan berupa kadmium telurida atau tembaga indium galium selenida. Sementara itu, beberapa jenis modul panel surya menggabungkan ketiga jenis bahan tersebut. Pembuatan panel surya menggunakan laser diode yang dipompa untuk penulisan interkoneksi rangkaian listrik dan pola isolasi. Panjang gelombang yang diperlukan untuk penulisan yaitu 1.064 nanometer.

Cara kerja

Panel surya mulai bekerja berdasarkan prinsip gaya gerak listrik yang terjadi pada sel surya. Gaya gerak listrik ini diawali ketika foton dari sinar matahari mengalami tumbukan dengan panel surya. Tumbukan ini membuat foton diserap oleh material semikonduktor yang terdapat pada panel surya. Material ini salah satunya ialah silikon. Tumbukan membuat elektron yang merupakan muatan listrik negatif mengalami pelepasan dari atom. Elektron yang terlepas ini kemudian mengalir melalui material semikonduktor sehingga terbentuklah arus listrik. Di sisi lain, muatan listrik positif yang disebut sebagai "lubang" mengalir dengan arah yang berlawanan dengan muatan listrik negatif. Sumber listrik dengan jenis arus searah dapat dihasilkan melalui penggabungan beberapa panel surya. Panel-panel surya ini memperoleh sumber energi dari energi surya.

Kinerja

Iradiasi

Salah satu faktor yang menentukan kinerja dari panel surya ialah kondisi iradiasi dari sinar matahari. Kinerja panel surya ini diamati secara kelistrikan melalui dua jenis besaran listrik, yaitu arus listrik dan tegangan listrik. Modul surya akan menghasilkan arus listrik dengan jumlah yang cenderung menurun secara proporsional ketika iradiasi mengalami penurunan. Kondisi ini menghasilkan tegangan listrik dengan variasi yang sangat kecil. Modul surya tidak mengalami pengaruh yang berarti dari iradiasi selama nilai iradiasi masih dalam batasan yang normal. Tingkat transformasi energi dari modul surya akan mempunyai nilai yang sama pada kondisi tersebut. Faktor lain yang mempengaruhi kinerja dari panel surya ialah suhu modul surya. Nilai suhu modul surya berbanding terbalik dengan nilai tegangan listrik yang dihasilkan oleh modul surya. Sementara itu, nilai arus listrik yang dihasilkan tetap sama. Pada kondisi ini, penurunan nilai tegangan listrik pada modul surya berarti penurunan nilai daya listrik yang dihasilkan oleh panel surya.

Disain

Kinerja dari panel surya juga dapat ditinjau dari desainnya. Lapisan permukaan panel surya harus dibuat lebih tebal dibandingkan dengan nilai optimumnya. Tujuannnya untuk mengurangi resistensi yang melintang. Keberadaan resistensi melintang ini dapat mengurangi nilai efisiensi energi pada kumpulan sel surya.

Suhu radiasi

Panel surya memerlukan kondisi dan persyaratan suhu radiasi tertentu agar dapat mempertahankan kegiatan produksinya. Kisaran suhu yang memungkinkan adalah antara 32–68o Fahrenheit. Nilai ini tidak tercapai pada kondisi Matahari dalam keadaan sejajar dengan vektornya pada sumbu rotasi. Pada kondisi ini, suhu radiasi sangat panas dan dapat mencapai nilai 176o Fahrenheit. Pada permukaan Bumi yang memiliki ketinggian yang lebih rendah, suhunya akan lebih meningkat akibat radiasi elektromagnetik dari Bumi.

Pengendalian

Pengendalian arus searah

Pengisian arus searah dari panel surya menuju ke baterai listrik menggunakan peralatan yang bernama pengendali pengisian. Peralatan ini digunakan pada sistem pembangkit listrik tenaga surya. Kelengkapan yang dimilikinya berupa perangkat penyimpanan energi listrik. Pengendali pengisian juga mampu melakukan pengaliran arus listrik dari baterai listrik menuju ke beban listrik. Selain itu, terdapat pula peralatan bernama pemutus tegangan tinggi. Alat ini digunakan untuk memutuskan arus liistrik dari modul surya pada panel surya ketika baterai telah terisi penuh.

Pengendalian posisi

Pengendalian posisi panel surya dapat menggunakan dua jenis sistem, yaitu sistem pelacakan poros tunggal dan sistem pelacakan poros ganda. Sistem pelacakan poros tunggal menghasilkan posisi panel surya yang hanya mengarah kepada satu sudut kemiringan saja. Sedangkan sistem pelacakan poros ganda mampu mengubah posisi panel surya pada dua jenis sudut kemiringan. Pelacakan sinar matahari bagi panel surya menjadi lebih akurat pada sistem pelacakan poros ganda. Kedua jenis sistem ini dapat menghasilkan peningkatan produksi daya listrik dengan nilai maksimal tertentu sesuai dengan kondisi iradiasi dari sinar matahari. Sistem pelacakan poros tunggal menghasilkan peningkatan produksi daya listrik dengan nilai maksimal sebesar 27%, sedangkan sistem pelacakan poros ganda dapat menghasilkan peningkatan produksi daya listrik dengan nilai maksimal sebesar 37% tiap tahunnya.

Pemasangan

Negara empat musim

Panel surya secara umum dipasang secara tetap dan diam pada dudukannya. Negara-negara di belahan Bumi utara memposisikan panel surya menghadap ke selatan. Sedangkan negara-negara di belahan Bumi selatan memposisikan panel surya menghadap ke utara. Pemosisian ini diterapkan oleh negara-negara yang mengalami empat jenis musim. Posisi panel terhadap arah penyinaran matahari ialah tegak lurus selama siang hari.

Negara tropis

Pemasangan panel surya pada negara di daerah tropis atau negara yang terletak di sekitar garis khatulistiwa cenderung lebih datar dibandingkan dengan pemasangan panel surya pada negara dengan empat musim. Jumlah energi listrik yang dihasilkan menjadi lebih sedikit. Penyebabnya ialah posisi penyinaran pada pagi dan sore hari kurang sempurna dan tidak menyerap seluruh sinar matahari yang terpancarkan.

Pengembangan

Pengembangan penggunaan panel surya tidak hanya pada negara-negara yang selalu disinari oleh sinar matahari. Tiga negara telah memulai penggunaan energi surya telah memulai penggunaan energi surya sejak tahun 2005. Masing-masing ialah Jerman, Jepang dan Amerika Serikat. Ketiga negara ini menyumbang sebanyak 90% dari 3.075 MegaWatt hasil produksi menggunakan teknologi fotovoltaik. Pada Desember 2007, jumlahnya meningkat menjadi 4.500 MegaWatt. Negara-negara lain di Eropa dan Asia mulai mempertimbangkan penggunaan energi surya seiring peningkatan harga minyak dunia dan harga beli energi listrik dengan nilai yang dua kali lipat lebih mahal dibandingkan yang dijual oleh Amerika Serikat. Agen Energi Internasional mencatat bahwa Amerika Serikat telah memanfaatkan energi surya untuk diubah menjadi energi listrik secara mantap sejak tahun 2006. Sementara itu, Jepang dan Jerman memulai investasi atas energi terbarukan sejak tahun 1990-an. Jerman juga mengadakan kegiatan penelitian dan pengembangan terhadap energi surya dengan mempekerjakan sedikitnya 200.000 rekayasawan dan ilmuwan. Pekerjaan ini kemudian menjadi sektor pekerjaan terbesar kedua di Jerman setelah sektor otomotif.

Di sisi lain, timbul permasalahan kualitas pemasangan panel surya di seluruh dunia. Sekitar 30% dari seluruh proyek pemasangan panel surya di dunia mengalami kegagalan yang berakibat pada kerusakan panel surya. Negara dengan pemasangan panel surya yang relatif baru, kerusakan panel surya berada dalam kondisi yang serius. Dua negara yang mengalami kasus ini diantaranya ialah India dan Indonesia. Permasalahan yang timbul antara lain kebakaran, penurunan keandalan sistem tenaga listrik, keselamatan dan kehilangan daya listrik. Penyebab permasalahan ini ialah tidak dipertimbangkannya persoalan keamanan dan keselamatan di dalam skema pembiayaan.

 

Sumber Artikel: id.wikipedia.org

Modul surya adalah kumpulan sel surya yang disusun menjadi satu rangkaian listrik. Susunan sel surya di dalam modul surya dapat berbentuk rangkaian seri maupun rangkaian paralel. Modul surya merupakan bagian dari teknologi fotovoltaik. Tujuan pembuatan modul surya ialah untuk memperoleh daya listrik dan tegangan listrik dengan nilai tertentu. Modul surya umumnya bekerja pada nilai tegangan listrik yaitu 12 Volt atau 24 Volt. Pada tiap panel surya, daya listrik yang dihasilkan oleh modul surya berkisar antara 10–300 Watt.

Cara kerja

Modul surya terbuat dari bahan semikonduktor. Jenis bahan yang umum digunakan dalam pembuatannya ialah silikon, galium arsenida, dan kadmium telurida. Semua jenis bahan ini memiliki kemampuan untuk mengubah sinar matahari menjadi listrik secara langsung. Sel surya di dalam modul surya akan menyerap sinar matahari sehingga terbentuk kondisi elekktron bebas dan lubang-lubang yang terhubung dalam kondisi positif dan negatif. Ketika beban listrik dengan jenis arus searah dihubungkan ke panel surya, maka pengaliran arus listrik akan terjadi.

Proses produksi modul surya dilakukan di industri tenaga surya dengan menggunakan teknologi canggih yang menyediakan rantai pasok berkelanjutan. Jenis teknologi yang digunakan meliputi ponsel cerdas, Internet untuk Segala, dan teknik otomasi. Penggunaan teknologi tersebut memberikan penambahan nilai pada produk dan pengurangan limbah hasi manufaktur.

Konstruksi

Satu modul surya umumnya memiliki sebanyak 28–32 sel surya. Susunan sel surya ini membentuk rangkaian seri. Tegangan listrik yang dihasilkan merupakan tegangan listrik dengan jenis arus searah. Nilai tegangan listrik yang menjadi standar pada satu modul surya adalah 12 Volt pada kondisi penyinaran standar. Kondisi standar ini ditentukan oleh nilai massa udara, yaitu 1,5. Pada pembangkit listrik tenaga surya, modul surya disusun menjadi rangkaian gabungan antara seri dan paralel. Pembuatan rangkaian gabungan ini bertujuan untuk mengatur daya listrik dan tegangan listrik yang dihasilkan oleh modul surya, sehingga sesuai dengan kebutuhan pencatu daya dan tegangan kerja pada beban listrik.

Nilai arus listrik yang sesuai dengan kebutuhan beban listrik dapat diatur melalui hubungan rangkaian paralel. Masing-masing kutub yang memiliki sifat yang sama dihubungkan satu sama lain, sehingga arus listrik yang lebih besar dapat diperoleh. Sedangkan nilai tegangan listrik yang sesuai dengan kebutuhan dapat diperoleh melalui hubungan rangkaian seri. Kutub positif dan kutub negatif dihubungkan pada beban listrik. Kondisi ini menghasilkan nilai arus listrik yang sama pada tiap beban listrik, tetapi nilai tegangan listrik terbagi di antara beban-beban listrik yang terpasang. Sementara itu, sistem pembangkit listrik tenaga surya umumnya menggunakan rangkaian seri-paralel sehingga nilai tegangan listrik dan nilai arus listrik dapat ditetapkan secara bersama-sama.

Kinerja

Modul surya memiliki kinerja yang dapat digambarkan melalui kurva arus listrik terhadap tegangan listrik. Nilai arus listrik maksimum diperoleh ketika hambatan listrik ditiadakan dan rangkaian listrik dalam kondisi hubung singkat. Pada kondisi ini, kutub negatif dan kutub positif saling bertemu secara langsung sehingga arus listrik merupakan arus hubung singkat. Nilai tegangan listrik pada kondisi ini sama dengan nol. Sedangkan nilai tegangan maksimum diperoleh ketika rangkaian listrik dalam keadaan terbuka. Pada kondisi ini, nilai hambatan listrik sangat besar sehingga arus listrik tidak dapat mengalir sama sekali. Kondisi ini menghasilkan tegangan listrik terbuka dengan nilai arus listrik sama dengan nol.

Arus listrik pada modul surya dinyatakan dalam satuan Ampere, sedangkan tegangan listrik dinyatakan dalam satuan Volt. Pengalian nilai dari kedua satuan ini kemudian menghasilkan nilai daya listrik dari daya listrik pada modul surya. Satuan daya listrik yang digunakan ialah Watt. Daya listrik yang dihasilkan pada kondisi arus hubung singkat sama dengan nol, karena nilai tegangan listrik juga sama dengan nol. Pada kondisi yang sama, kondisi tegangan listrik terbuka juga menghasilkan daya listrik yang sama dengan nol karena nilai arus listrik sama dengan nol.

Pembuatan gambar kurva arus listrik terhadap tegangan listrik pada modul surya ditentukan oleh kondisi intensitas cahaya dan suhu modul surya. Kedua faktor ini menjadi penentu bagi daya listrik yang dihasilkan oleh modul surya. Semakin besar intensitas cahaya yang mengenai modul surya, maka daya listrik yang dihasilkan semakin besar pula. Kondisi ini merupakan hasil dari perbandingan lurus antara intensitas cahaya dengan arus listrik. Sebaliknya, suhu modul surya memiliki perbandingan yang terbalik dengan tegangan listrik. Peningkatan suhu pada modul surya berarti pengurangan nilai tegangan listrik sekaligus pengurangan nilai daya listrik yang dihasilkan oleh modul surya. Kurva arus listrik terhadap tegangan listrik ppada modul surya menggunaka standar intensitas cahaya sebesar 1000 W/m2 dengan suhu standar yaitu 25 oCelsius.

Efisiensi

Tingkat efisiensi dari transformasi energi oleh modul surya ditentukan oleh tegangan listrik pada rangkaian listrik terbuka dan arus listrik pada kondisi hubung singkat. Selain itu, efisiensi juga ditentukan oleh jumlah arus listrik yang mengalir pada rangkaian listrik, dan bentuk modul surya. Pada umumnya, tingkat efisiensi energi dari modul surya memiliki nilai yang lebih kecil dibandingkan dengan sel surya. Perbedaan nilai efisiensinya berkisar antara 2–3%.

Indikasi umum pada modul surya ialah memiliki sel surya yang masing-masing dapat menghasilkan tegangan listrik sebesar 0,5 Volt. Sel-sel tersebut terpasang pada modul surya dan modul surya terpasang pada panel surya. Efisiensi energi listrik yang dihasilkan hanya sekitar 15%. Rata-rata daya listrik yang dihasilkan oleh sel surya berukuran 1 m2 hanya sebesar 75 Watt dengan keseluruhan jumlah energi surya sebanyak 500 W/m2.

Kegunaan

Modul surya digunakan untuk menghasilkan energi listrik dengan memanfaatkan teknologi fotovoltaik. Bahan dasar yang digunakan untuk membuat modul surya ialah semikonduktor. Komponen semikonduktor ini memiliki kemampuan untuk mengubah energi surya menjadi energi listrik. Proses transformasi energi dari energi surya menjadi energi listrik diawali oleh tumbukan energi surya di dalam modul surya. Tumbukan ini kemudian menyebabkan terjadinya pelepasan elektron. Jumlah energi kinetik yang mendukung pelepasan elektron ditentukan oleh intensitas cahaya. Peningkatan energi kinetik terjadi pada siang hari.

Jenis sistem

Sistem berdiri sendiri

Sistem berdiri sendiri dibuat dari susunan modul surya tunggal atau beberapa modul surya yang membentuk panel surya untuk memperoleh daya listrik sesuai dengan kebutuhan. Tegangan listrik yang bekerja pada tiap modul surya sebesar 12 Volt. Daya listrik yang dihasilkan berkisar antara 50–100 Watt. Sistem berdiri sendiri umumnya digunakan untuk mengisi baterai listrik pada siang hari. Pada malam hari, baterai tersebut baru digunakan untuk menggantikan ketidaktersediaan energi surya. Sistem berdiri sendiri juga dapat dihubungkan dengan perangkat lain sehingga membentuk sistem hibrid. Perangkat yang dihubungkan dapat berupa generator listrik yang menggunakan bahan bakar minyak atau tenaga angin dan baterai. Penerapan sistem berdiri sendiri ini pada daerah terpencil yang tidak memiliki sumber daya listrik untuk pencahayaan listrik dan operasi peralatan listrik.

 

Sumber Artikel: id.wikipedia.org

Pembangkit listrik tenaga surya adalah pembangkit listrik yang mengubah energi surya menjadi energi listrik. Pembangkitan listrik dengan energi surya dapat dilakukan secara langsung menggunakan fotovoltaik, atau secara tidak langsung dengan pemusatan energi surya. Fotovoltaik mengubah secara langsung energi surya menjadi energi listrik menggunakan efek fotolistrik. Komponen utama di dalam pembangkit listrik tenaga surya meliputi modul surya, inverter, dan baterai listrik. Sistem pembangkit listrik tenaga surya terbagi menjadi sistem terhubung jala listrik, sistem tidak terhubung jala listrik, sistem tersebar, sistem terpusat dan sistem hibrida. Masing-masing jenis sistem mempunyai kondisi penerapannya tersendiri.

PLTS fotovoltaik di India

Pembangkit listrik tenaga surya dapat dibuat dengan beberapa jenis sistem penerapan antara lain sistem pencatu daya satelit, pencahayaan listrik, komunikasi, pompa air dan pendinginan. Pemusatan energi surya menggunakan sistem lensa atau cermin dikombinasikan dengan sistem pelacak untuk memfokuskan energi surya ke satu titik untuk menggerakan mesin kalor.

Komponen

Panel surya

Panel surya merupakan alat yang digunakan untuk mengubah energi surya menjadi energi listrik. Dalam pembangkit listrik tenaga surya, panel surya merupakan komponen terpenting untuk transformasi energi. Panel surya menghasilkan arus listrik dengan jenis arus searah. Keuntungan dari panel surya adalah energi listrik dapat disimpan di dalam baterai atau ultrakapasitor. Panel surya tersusun dari sel surya dalam jumlah yang banyak. Spesifikasi panel surya dinyatakan sesuai dengan kemampuannya menghasilkan daya listrik. Satuan yang digunakan adalah Watt.

Sel surya atau sel fotovoltaik adalah alat yang mengubah energi cahaya menjadi energi listrik menggunakan efek fotoelektrik. Dibuat pertama kali pada tahun 1880 oleh Charles Fritts. Dalam fotovoltaik, sel surya merupakan unit terkecil. Ukuran sel surya beragam mulai dari 0,5 sampai 4 inci. Energi listrik yang dihasilkan sel surya berbentuk arus searah. Sel surya terbuat dari bahan semikonduktor antara lain Silikon monokristalin, Silikon polikristalin, Silikon mikrokristalin, Kadmium telurida, Indium selenida, atau Sulfida. Sel surya termasuk tidak menghasilkan gas rumah kaca sehingga termasuk ramah lingkungan.

Modul surya

Modul surya adalah rangkaian listrik berisi sel-sel surya yang dibingkai dan dilaminasi untuk memperoleh tegangan listrik dan daya listrik. Tegangan kerja yang umum pada modul surya adalah 12 Volt dan 24 Volt. Daya listrik yang dihasilkan beragam dalam rentang 10 Wp hingga 300 Wp.

Modul surya memiliki unjuk kerja yang dinilai dari hubungan antara arus listrik terhadap tegangan listrik. Ketika hambatan listrik tidak ada di dalam modul, maka arus listrik akan mencapai nilai maksimum di dalam rangkaian listrik. Kondisi ini membuat arus hubung singkat karena tegangan listrik menjadi nol. Sebaliknya, ketika hambatan listrik bernilai sangat besar maka tidak ada pengaliran arus listrik sehingga terjadi tegangan terbuka. Tegangan maksimum dicapai selama tegangan terbuka dan rangkaian listrik dalam keadaan terbuka pula.

Inverter

Sistem pembangkit listrik tenaga surya menghasilkan arus listrik dengan jenis arus searah. Umumnya, pemakai energi listrik menggunakan arus bolak-balik. Karenanya, arus searah diubah terlebih dahulu menjadi arus bolak-balik menggunakan inverter agar dapat digunakan oleh pemakai energi listrik.

Fotovoltaik

Pembangkit listrik tenaga surya tipe fotovoltaik adalah pembangkit listrik yang menggunakan perbedaan tegangan akibat efek fotoelektrik untuk menghasilkan listrik. Solar panel terdiri dari 3 lapisan, lapisan panel P di bagian atas, lapisan pembatas di tengah, dan lapisan panel N di bagian bawah. Efek fotoelektrik adalah di mana sinar matahari menyebabkan elektron di lapisan panel P terlepas, sehingga hal ini menyebabkan proton mengalir ke lapisan panel N di bagian bawah dan perpindahan arus proton ini adalah arus listrik.

Jenis

Pembangkit listrik tenaga surya tak terhubung jaringan

Pembangkit listrik tenaga surya tak terhubung jaringan disebut juga sebagai pembangkit listrik tenaga surya berdiri sendiri. Pengelolaannya dilakukan secara bersama oleh para pemakai energi listrik hasil transformasi energi dari energi surya. Pembangkit listrik tenaga surya ini beroperasi secara mandiri tanpa terhubung dengan jaringan listrik. Penyimpanan energi listriknya membutuhkan baterai. Energi listrik yang disimpan dihasilkan di siang hari untuk memenuhi kebutuhan listrik di malam hari. Pengaturan pembangkitan listrik dengan sistem yang tidak terhubung dengan jaringan listrik terbagi menjadi kopel arus searah atau kopel arus bolak-balik. Sistem penyambungan arus searah menggunakan modul surya yang terhubung ke pengatur pengisian energi menuju ke sistem arus searah pada pembangkit listrik tenaga surya. Sementara itu, sistem penyambungan arus bolak-balik menggunakan inverter jaringan dan inverter baterai untuk menghubungkan rangkaian modul surya dan baterai ke sisi arus bolak-balik dari pembangkit listrik tenaga surya. Kelebihan daya listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga surya akan disimpan di dalam baterai dengan terlebih dahulu diubah menjadi arus searah oleh inverter baterai.

Pembangkit listrik tenaga surya tersebar

Pembangkit listrik tenaga surya tersebar atau sistem penerangan individu merupakan sistem pencahayaan listrik sederhana yang dibuat menggunakan modul surya. Tegangan kerja yang dibutuhkannya hanya sebesar 12 Volt dengan arus searah. Modul surya yang digunakan mampu menghasilkan daya listrik dalam rentang 50 Wp sampai 300 Wp. Kesetimbangan energi surya menjadi faktor terpenting dalam perhitungan kapasitas sistem pembangkit listrik tenaga surya. Perhitungan memasukkan tiga hal yaitu potensi sumber energi surya, kurva beban harian yang menggambarkan keadaan normal dari kebutuhan beban harian serta spesifikasi peralatan pembangkitan energi surya.

Pemusatan energi surya

Sistem pemusatan energi surya menggunakan lensa atau cermin dan sistem pelacak untuk memfokuskan energi matahari dari luasan area tertentu ke satu titik. Panas yang terkonsentrasikan lalu digunakan sebagai sumber panas untuk pembangkitan listrik biasa yang memanfaatkan panas untuk menggerakkan generator. Sistem cermin parabola, lensa reflektor Fresnel, dan menara surya adalah teknologi yang paling banyak digunakan. Fluida kerja yang dipanaskan bisa digunakan untuk menggerakan generator (turbin uap konvensional hingga mesin Stirling) atau menjadi media penyimpan panas.

Ivanpah Solar Plant yang terleak di Gurun Mojave akan menjadi pembangkit listrik tenaga surya tipe pemusatan energi surya terbesar dengan daya mencapai 377 MegaWatt. Meski pembangunan didukung oleh pendanaan Amerika Serikat atas visi Barrack Obama mengenai program 10000 MW energi terbarukan, namun pembangunan ini menuai kontroversi karena mengancam keberadaan satwa liar di sekitar gurun.

Unjuk kerja

Unjuk kerja pembangkit listrik tenaga surya dapat diketahui dengan pemodelan spesifikasi panel surya yang digunakan. Dua parameter penting untuk menilai unjuk kerja pembangkit listrik tenaga surya adalah hubungan antara arus listrik terhadap tegangan listrik serta hubungan antara tegangan listrik terhadap daya listrik yang dihasilkan. Pembangkit listrik tenaga surya menghasilkan arus searah dengan menggunakan sel surya. Tegangan listrik yang dihasilkan oleh sel surya bernilai sangat kecil. Pemakaiannya memerluka peningkatan nilai tegangan yang menggunakan perangkat elektronika daya penaik tegangan arus searah. Sementara untuk pemakaiannya, arus searah diubah lagi menggunakan peralatan elektronika daya menjadi arus bolak-balik.

Keunggulan teknologi

Pembangkit listrik tenaga surya dapat dimanfaatkan untuk penyediaan akses listrik di kawasan perdesaan. Proses pembangkitan energi listrik menggunakan energi surya bersifat melimpah di daerah yang disinari matahari sepanjang tahun. Selain itu, pembangkit listrik tenaga surya juga tidak memerlukan bahan bakar. Di daerah pedesaan, bahan bakar umumnya dijual dengan harga yang mahal karena sulit untuk diperoleh dalam jumlah banyak. Keunggulan teknologi fotovoltaik untuk pembangkitan listrik adalah tidak memerlukan proses penyaluran energi dan energi listrik yang dihasilkan dapat digunakan langsung di tempat transformasi energi. Pembangkit listrik tenaga surya tidak memerlukan pemeliharaan skala besar sehingga menghemat biaya perawatan. Pengoperasian pembangkit listrik tenaga surya skala kecil juga tidak memerlukan tenaga kerja yang ahli. Dari segi lingkungan, pembangkit listrik tenaga surya tidak menghasilkan gas rumah kaca dan limbah yang berbahaya sehingga bersifat `.

Penerapan

Indonesia

Di Indonesia, PLTS terbesar pertama dengan kapasitas 2×1 MW terletak di Pulau Bali, tepatnya di dearah Karangasem dan Bangli. Pemerintah mempersilakan siapa saja untuk meniru dan membuatnya di daerah lain karena PLTS ini bersifat opensource atau tidak didaftarkan dalam hak cipta.[

Wilayah

• Bali
• Nusa Tenggara Barat
• Alor, Nusa Tenggara Timur
• Sulawesi Selatan
• Sulawesi Utara.

 

Sumber Artikel: id.wikipedia.org