Sensor Cahaya Solar Cell

          Sobat blogger yang berbahagia mari kita lanjutkan pembahasan kita pada pokok bahasan sensor dan transduser, tapi untuk pertemuan kali ini kita akan membahas tentang sensor cahaya solar cell. Sebelum kita membahas tentang solar cell sebaiknya kita pahami dulu macam-macam atau jenis-jenis  sensor cahaya. Nah, untuk lebih jelasnya tentang jenis-jenis sensor cahaya dan sensor cahaya jenis solar cell tersebut silahkan sobat blogger simak uraian berikut ini.

Sensor Cahaya

          Komponen-komponen sensor cahaya merupakan alat terandalkan untuk mendeteksi energi cahaya. Alat ini melebihi sensitivitas mata manusia terhadap semua spectrum warna dan juga bekerja dalam daerah-daerah ultraviolet dan infra merah. Energi cahaya bila diolah dengan cara yang tepat akan dapat dimanfaatkan secara maksimal untuk teknik pengukuran, teknik pengontrolan dan teknik kompensasi.

          Sensor cahaya adalah komponen elektronika yang dapat/berfungsi mengubah suatu besaran optik (cahaya) menjadi besaran elektrik. Sensor cahaya berdasarkan perubahan elektrik yang dihasilkan dibagi menjadi 2 jenis yaitu :

-  Photovoltaic yaitu sensor cahaya yang dapat mengubah perubahan besaran optik (cahaya) menjadi perubahan tegangan. Salah satu sensor cahaya jenis photovoltaic adalah solar cell.

- Photoconductive yaitu sensor cahaya yang dapat mengubah perubahan besaran optik (cahay) menjadi perubahan nilai konduktansi (dalam hal ini nilai resistansi). Contoh sensor cahaya jenis photoconductive adalah LDR, Photo Diode dan Photo Transistor.

          Penggunaan praktis alat sensor cahaya ditemukan dalam berbagai pemakaian teknik seperti pada :

- Tabung cahaya (vaccum type phototubes), paling menguntungkan digunakan dalam pemakaian yang memerlukan pengamatan pulsa cahaya yang waktunya singkat, atau cahaya yang dimodulasi pada frekuensi yang relative tinggi.

-   Tabung cahaya gas (gas type phototubes), digunakan dalam industri gambar hidup sebagai pengindra suara pada film.

- Tabung cahaya pengali atau pemfotoderap (multiplier phottubes), dengan kemampuan penguatan yang sangat tinggi, sangat banyak digunakan pada pengukuran fotoelektrik dan alat-alat kontrol dan juga sebagai alat cacah kedipan (scientillation counter).

-  Sel-sel fotokonduktif (photoconductive cell) yang disebut juga tahanan cahaya (photo resistor) atau light dependent resistor (LDR), dipakai luas dalam industri dan penerapan pengontrloan di laboratorium.

-   Sel-sel foto tegangan (photovoltatic cells), adalah alat semikonduktor untuk mengubah energi radiasi daya listrik. Contoh yang sangat baik adalah sel matahari (solar cell) yang digunakan dalam teknik ruang angkasa.

         Komponen Sensor Cahaya (Electrooptic Device) merupakan gelombang elektromagnetis yang memiliki spectrum warna yang berbeda satu sama lain. Setiap warna dalam spectrum mempunyai energi, frekuensi dan panjang gelombang yang berbeda. Hubungan spektrum optis dan energi dapat dilihat pada gambar berikut ini.

Gambar 1. Spektrum cahaya gelombang elektromagnetis

Energi photon (Ep) setiap warna dalam spektrum cahaya nilainya adalah : 

Wp = h.f = hc / λ

Dimana : Wp = energi photon (eV)

                 h = konstanta Planck’s (6,63 x 10-34 J-s)

                  f = frekuensi (Hz)

                 c = kecepatan cahaya, Electro Magnetic (2,998 x 108 m/s)

                 λ= panjang gelombang (m)

Frekuensi foton bergantung pada energi yang dilepas atau diterima saat elektron berpindah tingkat energinya. Spektrum warna cahaya terdiri dari ultra violet dengan panjang gelombang 200 sampai 400 nanometer (nm), visible adalah spektrum warna cahaya yang dapat dilihat oleh mata dengan panjang gelombang 400 sampai 800 nm yaitu warna violet, hijau dan merah, sedangkan spektrum warna infrared mulai dari 800 sampai 1600 nm adalah warna cahaya dengan frekuensi terpendek.

          Bahan-bahan yang dapat dijadikan sumber energi selain mata hari adalah antara lain: Incandescent Lamp yaitu lampu yang menghasilkan energi cahaya dari pijaran filament bertekanan tinggi, misalnya lampu mobil, lampu spot light, lampu flashlight. Energi Atom, yaitu memanfaatkan loncatan atom dari valensi energi 1 ke level energi berikutnya. Fluorescense, yaitu sumber cahaya yang berasal dari perpendaran bahan fluorescence yang terkena cahaya tajam, seperti layar Osciloskop.

        Sinar LASER adalah sumber energi mutakhir yang dimanfaatkan untuk sebagai cahaya dengan kelebihannya antara lain : monochromatic (cahaya tunggal atau membentuk garis lurus), coherent (cahaya seragam dari sumber sampai ke beban sama), dan divergence (simpangan sangat kecil yaitu 0,001 radians).

Solar Cell

          Solar cell adalah jenis sensor cahaya photovoltaic, solar cell dapat mengubah cahaya yang diterima menjadi tegangan. Apabiola solar cell menerima pancaran cahaya maka pada kedua kaki solar cell akan timbul tegangan DC sebesar 0,1 sampai 0,6 Vdc untuk tiap cell. Symbol dan bentuk nyata solar cell ditunjukkan seperti pada gambar berikut ini.

Gambar 2. Simbol solar cell

Gambar 3. Bentuk nyata solar cell

a.   Prinsip kerja solar cell

          Efek sel photovoltaik terjadi akibat lepasnya elektron yang disebabkan adanya cahaya yang mengenai logam. Logam-logam yang tergolong golongan 1 pada sistem periodik unsur-unsur seperti Lithium, Natrium, Kalium, dan Cessium sangat mudah melepaskan elektron valensinya. Selain karena reaksi redoks, elektron valensi logam-logam tersebut juga mudah lepas oleh adanya cahaya yang mengenai permukaan logam tersebut. Diantara logam-logam diatas Cessium adalah logam yang paling mudah melepaskan elektronnya, sehingga lazim digunakan sebagai foto detector.

b.  Proses pembangkitan tegangan pada solar cell

          Tegangan yang dihasilan oleh sensor foto voltaik adalah sebanding dengan frekuensi gelombang cahaya (sesuai konstanta Plank E = h.f). Semakin kearah warna cahaya biru, makin tinggi tegangan yang dihasilkan. Tingginya intensitas listrik akan berpengaruh terhadap arus listrik. Bila foto voltaik diberi beban maka arus listrik dapat dihasilkan adalah tergantung dari intensitas cahaya yang mengenai permukaan semikonduktor.

Gambar 4. Proses timbulnya tegangan pada solar cell

Berikut karakteristik dari foto voltaik berdasarkan hubungan antara intensitas cahaya dengan arus dan tegangan yang dihasilkan.

Gambar 5. Karakteristik solar cell

c.  Aplikasi (penggunaan) solar cell

          Aplikasi solar cell banyak digunakan untuk menunjang kebutuhan manusia antara lain untuk penerangan (seperti pada penerangan rumah/gedung dan penerangan jalan raya), untuk kebutuhan rumah tangga (seperti kalkulato, jam tangan dan suplai peralatan listrik/elektronik), untuk kendaraan (seperti sepeda motor dan mobil listrik), untuk model mainan.

Gambar 6. Macam-macam penggunaan solar cell