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
Sel 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, seperti 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.
[6]
Wikipedia.
“Fotosintesis”. http://id.wikipedia.org/wiki/Fotosintesis. Diakses pada
tanggal 24 Maret 2013, pkl. 16:51.
No comments:
Post a Comment