Thursday, May 2, 2013

THE IDENTIFICATION OF WORKING PRINCIPLES SOLAR CELLS WITH WORKING PRINCIPLES PHOTOSYNTHESIS


IDENTIFIKASI PRINSIP KERJA SEL SURYA DENGAN PRINSIP KERJA FOTOSINTESIS
(THE IDENTIFICATION OF WORKING PRINCIPLES SOLAR CELLS WITH WORKING PRINCIPLES PHOTOSYNTHESIS)

Oleh :
Sifa Alfiyah*
Jurusan Fisika, Program Studi Pendidikan Fisika Non Reguler 2012
 Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Negeri Jakarta.


Abstrak
Identifikasi prinsip kerja sel surya dengan prinsip kerja fotosintesis merupakan salah satu bentuk atau modifikasi lain dari teknologi sel surya. Sel surya mengkonversi energi cahaya matahari menjadi energi listrik, sedangkan fotosintesis mengkonversi energi cahaya matahari menjadi energi kimia dalam makanan, pada prinsipnya sel surya dan fotosintesis sama-sama menggunakan energi cahaya matahari untuk dapat dikonversikan menjadi sebuah energi. Sel ini dapat mengkonversi energi dari cahaya matahari menjadi energi listrik, dengan menggunakan prinsip kerja fotosintesis. Sel surya ini terbuat dari bahan karbon nanotubes dan DNA dengan fotoreseptor suatu zat warna yang disebut kromofor (chromophore) sebagai pengganti klorofil pada tumbuhan. Lapisan karbon nanotubes dihubungkan dengan zat warna kromofor menggunakan suatu untai molekul oligonukleotida (semacam DNA). Sel surya yang mengadopsi sistem fotosintesis tumbuhan ini dilakukan agar sel surya dapat mereparasi dirinya sendiri.
Kata kunci: Sel Surya, Fotosintesis, Karbon Nanotubes, Kromofor.

Abstract
The identification of working principle solar cells with the working principles photosynthesis is one form or another modification of solar cell technology. Solar cells convert sunlight energy into electric energy, whereas photosynthesis converts sunlight energy into chemical energy in food, in principle, solar cells and photosynthesis are both using the energy of sunlight to be converted into an energy. This cells can convert energy from sunlight into electrical energy, using the principle of photosynthesis. This solar cells are made from material nanotubes carbon and DNA with a dye photoreceptors called chromophore in lieu of chlorophyll in plants. Layer of carbon nanotubes connected by using a dye chromophore molecule strand oligonucleotide (sort of DNA). Solar cells is adopt of plant photosynthetic system is done so that the solar cells can repair themselves.

Keywords: Solar Cells, Photosynthesis, Carbon Nanotubes, chromophore.



1.    Pendahuluan
Energi surya merupakan salah satu energi yang sedang giat dikembangkan saat ini. Salah satu aplikasi energi surya adalah pemanfatannya dalam konversi energi cahaya menjadi listrik yaitu dengan sel surya. Sel surya menjadi salah satu bentuk energi terbarukan atas solusi krisis energi, sehingga banyak penelitian yang dilakukan untuk mendapatkan ‘solusi cerdas atasi masalah energi’. Indonesia sebenarnya sangat berpotensi untuk menjadikan sel surya sebagai salah satu sumber energi masa depan, mengingat posisi Indonesia pada garis khatulistiwa yang memungkinkan sinar matahari dapat optimal diterima di hampir seluruh Indonesia sepanjang tahun. Pengembangan solar cell atau sel surya menjadi sebuah tuntutan ketika manusia dihadapkan pada berbagai kerusakan lingkungan akibat penggunaan bahan bakar fosil dan global warming[1]. Perkembangan yang menarik dari teknologi sel surya saat ini salah satunya adalah sel surya yang mengadopsi sistem fotosintesis oleh Jong Hyun Choi, seorang asisten professor di Purdue University. Hal ini perlu diidentifikasi karena mengingat kebutuhan energi yang dapat digunakan tanpa polusi, baik polusi udara maupun suara, ramah lingkungan, harga terjangkau, mudah didapatkan, dan mampu bekerja disegala cuaca. 

2.    Kajian Pustaka

2.1  Elemen dan cara kerja panel surya
Energi surya adalah energi yang didapat dengan mengubah energi panas surya (matahari) melalui peralatan tertentu menjadi sumber daya dalam bentuk lain. Energi surya menjadi salah satu sumber pembangkit daya selain air, uap, angin, biogas, batu bara, dan minyak bumi. Teknik pemanfaatan energi surya mulai muncul pada tahun 1839, ditemukan oleh A.C. Becquerel. Ia menggunakan kristal silikon untuk mengkonversi radiasi matahari, namun sampai tahun 1955 metode itu belum banyak dikembangkan. Selama kurun waktu lebih dari satu abad itu, sumber energi yang banyak digunakan adalah minyak bumi dan batu bara. Upaya pengembangan kembali cara memanfaatkan energi surya baru muncul lagi pada tahun 1958. Sel silikon yang dipergunakan untuk mengubah energi surya menjadi sumber daya mulai diperhitungkan sebagai metode baru, karena dapat digunakan sebagai sumber daya bagi satelit angkasa luar[2].

Cara Kerja Panel Surya
http://teknologisurya.files.wordpress.com/2011/10/pn-junction.jpg?w=604Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu junction antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar. Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron (muatan negatif)  sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole (muatan positif) dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk mendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom fosfor. Ilustrasi dibawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n[3].

Junction antara semikonduktor tipe-p (kelebihan hole) dan tipe-n (kelebihan elektron). (Gambar : eere.energy.gov)
  Peran dari p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron (dan hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada  semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang mana  ketika cahaya matahari mengenai susuna p-n junction ini maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya hole bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang, http://teknologisurya.files.wordpress.com/2011/10/solar-cell-work.jpg?w=604seperti diilustrasikan pada gambar dibawah[4].
Ilustrasi cara kerja sel surya dengan prinsip p-n junction. (Gambar : sun-nrg.org)
     2.2  Fotosintesis
Kehidupan di Bumi adalah kehidupan bertenaga surya. Kloroplas tumbuhan menangkap energi cahaya yang telah menempuh 150 juta kilometer dari matahari dan mengubahnya menjadi energi kima yang disimpan dalam gula dan molekul-molekul organik lain. Proses pengubahan ini disebut fotosintesis (photosynthesis)[5].
Proses fotosintesis selalu dimulai dengan energi cahaya diserap oleh protein berklorofil yang disebut pusat reaksi fotosintesis. Pada tumbuhan, protein ini tersimpan di dalam organel yang disebut kloroplas, sedangkan pada bakteri, protein ini tersimpan pada membran plasma. Sebagian dari energi cahaya yang dikumpulkan oleh klorofil disimpan dalam bentuk adenosin trifosfat (ATP). Sisa energinya digunakan untuk memisahkan elektron dari zat seperti air. Elektron ini digunakan dalam reaksi yang mengubah karbondioksia menjadi senyawa organik. Pada tumbuhan, alga, dan cyanobacteria, ini dilakukan dalam suatu rangkaian reaksi yang disebut siklus Calvin[6].

3.    Identifikasi Prinsip Kerja Sel Surya dengan Prinsip Kerja Fotosintesis









Seperti layaknya sel tumbuhan hidup, sel surya dengan prinsip kerja fotosintesis ini mampu memperbaiki atau mereparasi dirinya sendiri sehingga lebih awet dan tahan lama. Sel ini dapat mengkonversi energi dari cahaya matahari menjadi energi listrik. Hal yang berbeda dari sel surya komersial lainnya adalah bahwa sel surya ini terbuat dari bahan karbon nanotubes dan DNA dengan fotoreseptor suatu zat warna yang disebut kromofor (chromophore) sebagai pengganti klorofil pada tumbuhan. Sel fotoelektrokimia ini mengkonversi energi cahaya matahari menjadi energi listrik menggunakan elektrolit untuk mentransfer elektron dan menciptakan arus listrik. Sistem sel ini tersusun atas lapisan karbon nanotubes yang dihubungkan dengan zat warna kromofor menggunakan suatu untai molekul oligonukleotida (semacam DNA). Kromofor bertindak sebagai penyerap energi cahaya matahari yang akan mentransfer elektronnya kepada nanotube karbon lewat elektrolit. Karbon nanotube yang merupakan konduktor yang baik kemudian akan menghasilkan arus listrik dari elektron yang kemudian dapat digunakan untuk berbagai keperluan manusia. Kromofor ini rentan terhadap cahaya dan mudah rusak, sehingga perlu untuk diganti. Disinilah untai DNA berperan penting karena dapat mengkode pembuatan kembali kromofor sehingga dapat digunakan kembali. Terobosan yang sangat cemerlang ini dapat menghasilkan cara baru menuai energi alternatif. Hal ini terinspirasi oleh sistem mekanisme konversi energi matahari ke bentuk energi lain yang dimiliki oleh alam, seperti halnya fotosintesis yang sangat efisien. Kemudian diaplikasikan dengan menggabungkan teknologi biomolekul dan nanomaterial. Tidak tertutup kemungkinan terobosan sel surya tersebut diproduksi secara massal demi penggunaan energi yang ramah lingkungan secara global.

4.    Referensi

Abi Sofyan Ghifari.”Sel Surya Mengadopsi Sistem Fotosintesis”. http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/kimia_material/sel-surya-yang-mengadopsi-sistem-fotosintesis/. Diakses pada tanggal 24 Maret 2013, pk 17:02.
Campbell.Reece, Biologi (Terjemaha), Erlangga. Hal. 200 
Maya Sukma Widya Kumara, Drs. Gontjang Prajitno, M.Si “STUDI AWAL FABRIKASI DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) DENGAN MENGGUNAKAN EKSTRAKSI DAUN BAYAM (AMARANTHUS HYBRIDUS L.)  SEBAGAI DYE SENSITIZER DENGAN VARIAS”. http://digilib.its.ac.id/public/ITS-paper-22068-1108100017-Paper.pdf. Diakses pada tanggal 24 Maret 2013, pkl. 15:49.
Tutorial Arsitek. “Elemen dan cara kerja panel surya”. http://tutorial-arsitek.blogspot.com/2012/05/elemen-dan-cara-kerja-panel-surya.html. Diakses pada tanggal 24 Maret 2013, pkl. 16:19.
Wikipedia. “Fotosintesis”. http://id.wikipedia.org/wiki/Fotosintesis. Diakses pada tanggal 24 Maret 2013, pkl. 16:51.
Wilman Septina dalam Arsip Blog. “Sel Surya: Struktur dan Cara Kerja”. http://teknologisurya.wordpress.com/tag/cara-kerja-sel-surya/. Diakses pada tanggal 24 Maret 2013, pkl. 16:31.






[1] Maya Sukma Widya Kumara, Drs. Gontjang Prajitno, M.Si “STUDI AWAL FABRIKASI DYE SENSITIZED SOLAR CELL (DSSC) DENGAN MENGGUNAKAN EKSTRAKSI DAUN BAYAM (AMARANTHUS HYBRIDUS L.)  SEBAGAI DYE SENSITIZER DENGAN VARIAS”. http://digilib.its.ac.id/public/ITS-paper-22068-1108100017-Paper.pdf. Diakses pada tanggal 24 Maret 2013, pkl. 15:49.
[2]Tutorial Arsitek. “Elemen dan cara kerja panel surya”. http://tutorial-arsitek.blogspot.com/2012/05/elemen-dan-cara-kerja-panel-surya.html. Diakses pada tanggal 24 Maret 2013, pkl. 16:19.
[3] Wilman Septina dalam Arsip Blog. “Sel Surya: Struktur dan Cara Kerja”. http://teknologisurya.wordpress.com/tag/cara-kerja-sel-surya/. Diakses pada tanggal 24 Maret 2013, pkl. 16:31.
[4] Ibid
[5] Campbell.Reece, Biologi (Terjemaha), Erlangga. Hal. 200  
[6] Wikipedia. “Fotosintesis”. http://id.wikipedia.org/wiki/Fotosintesis. Diakses pada tanggal 24 Maret 2013, pkl. 16:51.


No comments:

Post a Comment