Proses Pembentukan Tegangan Open Circuit (VOC) dan Short Circuit Current (ISC) pada Solar Panel
Solar panel mengubah energi cahaya menjadi listrik melalui efek fotovoltaik. Dalam proses ini, terdapat dua parameter penting yang menunjukkan karakteristik listrik dari sel surya:
- Tegangan Open Circuit (VOC) – Tegangan maksimum yang dihasilkan sel surya saat tidak ada arus yang mengalir.
- Arus Short Circuit (ISC) – Arus maksimum yang dapat dihasilkan saat terminal sel surya dihubungkan langsung (tanpa beban).
1. Tegangan Open Circuit (VOC)
VOC terjadi ketika tidak ada arus yang mengalir pada output panel (beban terbuka). Prosesnya adalah sebagai berikut:
A. Absorpsi Foton dan Generasi Pasangan Elektron-Lubang
- Cahaya matahari (foton) mengenai permukaan sel surya.
- Jika energi foton cukup tinggi (lebih besar dari bandgap semikonduktor), ia akan membangkitkan pasangan elektron-lubang di dalam material semikonduktor (misalnya, silikon).
- Elektron yang tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi meninggalkan lubang di pita valensi.
B. Pemisahan Muatan oleh Medan Listrik Internal
- Solar panel terdiri dari persimpangan PN Junction yang membentuk medan listrik internal.
- Medan listrik ini mendorong elektron ke lapisan n dan lubang ke lapisan p.
- Akumulasi muatan ini menyebabkan terbentuknya perbedaan potensial (tegangan) antara elektroda positif (lapisan p) dan negatif (lapisan n).
C. Pembentukan VOC
- Ketika tidak ada arus yang mengalir (open circuit), muatan tetap terpisah tanpa ada jalur pelepasan.
- Tegangan yang terbentuk mencapai tegangan maksimum (VOC) yang dapat dihasilkan oleh sel surya.
- Secara matematis, VOC dapat dihitung menggunakan persamaan Dioda Shockley:
Contoh Perhitungan Voltage Open Circuit untuk solar panel berbasis silicon :
Hasil
Nilai VOC untuk sel surya ini adalah sekitar 0.736V atau 736 mV.
💡 Catatan:
- VOC untuk silikon biasanya berada di kisaran 0.5V – 0.7V per sel.
- Jika suhu naik, VOC akan sedikit menurun karena peningkatan arus saturasi diode.
Faktor yang mempengaruhi VOC:
2. Arus Short Circuit (ISC)
ISC terjadi ketika terminal sel surya dihubungkan langsung (tanpa beban), sehingga resistansi output hampir nol.
A. Proses Aliran Arus pada Short Circuit
- Foton yang diserap tetap membentuk pasangan elektron-lubang seperti pada kasus VOC.
- Elektron terdorong ke lapisan n, dan lubang terdorong ke lapisan p oleh medan listrik internal.
- Karena rangkaian dalam kondisi short-circuit, elektron langsung mengalir dari lapisan n ke lapisan p melalui terminal luar.
- Ini menghasilkan arus maksimum (ISC) yang dapat dihasilkan panel.
B. Rumus ISC
Secara umum, arus short circuit ISC sebanding dengan jumlah foton yang diserap oleh sel surya:
Berikut contoh perhitungan nilai Short Circuit Current (ISC) pada sebuah solar panel.
Hasil
Arus short circuit (ISC) untuk seluruh panel adalah 1.024 kA (1024 A).
Catatan:
- Nilai ISC sangat tergantung pada intensitas cahaya matahari dan efisiensi material sel surya.
- ISC meningkat hampir linier dengan peningkatan intensitas cahaya yang diterima.
- Nilai ISC per sel biasanya di kisaran 2-10 A, sehingga untuk panel yang terdiri dari beberapa sel yang disusun paralel, total ISC bisa sangat besar.
Kesimpulan Proses Pembentukan VOC dan ISC pada Solar Panel
Tegangan Open Circuit (VOC) dan Arus Short Circuit (ISC) adalah dua parameter utama dalam karakterisasi sel surya.
VOC terbentuk akibat akumulasi muatan pada persimpangan PN ketika tidak ada arus yang mengalir. Cahaya matahari yang diserap oleh sel surya menghasilkan pasangan elektron-lubang, yang kemudian dipisahkan oleh medan listrik internal di dalam semikonduktor. Akumulasi muatan ini menciptakan perbedaan potensial maksimum antara elektroda tanpa adanya aliran arus. Nilai VOC dipengaruhi oleh karakteristik material, suhu operasi (semakin tinggi suhu, semakin rendah VOC), dan intensitas cahaya.
Sementara itu, ISC terjadi ketika terminal sel surya dihubungkan langsung (short-circuit), menyebabkan aliran arus maksimum. Arus ini dihasilkan oleh pergerakan elektron akibat cahaya matahari tanpa adanya hambatan eksternal. ISC sebanding dengan jumlah foton yang diserap dan meningkat seiring dengan intensitas cahaya. Namun, ISC juga dipengaruhi oleh efisiensi kuantum sel dan luas permukaan panel.
Secara keseluruhan, VOC menentukan batas tegangan maksimum yang bisa dihasilkan sel surya, sedangkan ISC menunjukkan kapasitas maksimum arusnya. Kedua parameter ini sangat penting dalam merancang sistem fotovoltaik yang efisien.
Hubungi Kami
Ingin memahami lebih lanjut tentang sistem fotovoltaik dan bagaimana mengoptimalkan performa solar panel Anda? Radius Electric, sebagai distributor resmi Hioki, siap membantu Anda dengan solusi pengukuran terbaik untuk kebutuhan energi terbarukan.
Jangan ragu untuk berkonsultasi dengan kami! Klik tombol WhatsApp di pojok kanan bawah dan tim kami akan dengan senang hati memberikan informasi lebih lanjut.
Author: Chandra Kharisma. S
