Optimalisasi Penguatan Komposit Pada Komponen Sepeda Motor
Karena sifat spesifik beratnya yang luar biasa, material komposit serat saat ini telah diterapkan di berbagai industri. Karena biaya yang tinggi pada masa lampau komposit hampir secara eksklusif digunakan dalam industri kedirgantaraan. Sekarang, berbagai bagian dalam industri otomotif dan sepeda motor terbuat dari bahan ini. Dengan menggabungkan bahan serat dan matriks yang berbeda serta pembuatan struktur laminar dengan orientasi lapisan yang berbeda, dimungkinkan secara khusus mempengaruhi sifat mekanik untuk menghasilkan komponen yang sangat ringan.
Meskipun ada berbagai proses manufaktur yang berbeda, semua metode memiliki aspek yang sama, yaitu sifat material akhir diatur selama produksi, di mana parameter proses menjadi penentu. Tergantung pada jenis prosesnya, hamburan (scattering) mungkin terjadi di prosedur produksi. Selain kesalahan geometri dan sudut dari lapisan individu, kesalahan manufaktur seperti bundle serat yang bergelombang, akumulasi serat atau resin, impregnasi serat yang tidak mencukupi atau pengerasan yang tidak sempurna dapat terjadi. Tergantung pada kualitas proses pembuatannya, fitur-fitur ini dapat dikurangi, tetapi tidak sepenuhnya dihindari.
Berdasarkan contoh struktur komposit serat dari sektor sepeda motor, pendekatan baru menggunakan perangkat lunak Ansys Statistics on Structure akan disajikan dalam artikel ini untuk mengukur hamburan produksi ini dan untuk langsung mentransfernya kembali ke dalam simulasi. Contoh simulasi diambil dari eksperimen perusahaan sepeda motor KTM yang sedang mendesain komponen motor KTM Rally 450 bagian depan menggunakan komposit.
Overview
Untuk memberikan gambaran umum tentang prosedur, semua langkah awalnya dibuat sketsa di contoh aplikasi. Sebagai titik awal, RB-BC (roadbook base carrier) digunakan dengan standar struktur lapisan dan kasus beban yang relevan didefinisikan. Mereka juga dipilih sedemikian rupa sehingga dapat diterapkan dengan akurasi pengukuran yang tinggi dalam percobaan. Kondisi pembebanan kekakuan yang dievaluasi mencerminkan penggunaan RB-BC dalam praktiknya, tetapi hanya mewakili sebagian dari kasus beban operasi yang digunakan untuk desain. Analisis pretest menggunakan Statistik pada Struktur menentukan titik pengukuran dengan manfaat informasi maksimum dari hamburan (scattering) yang terjadi.
Ketiga skenario pengujian kembali dilakukan pada tiga RB-BC yang identik namun sedikit tercecer karena proses pembuatannya. Dalam setiap percobaan, empat titik pengukuran yang ditentukan oleh analisis pretest dipilih, yang juga mudah diakses dalam desain eksperimental. prosedur tes diulang lima kali dalam setiap kasus untuk mendeteksi kesalahan pengukuran disebabkan oleh fasilitas pengujian. Dengan demikian, total 240 nilai deformasi dipertimbangkan. Data pengukuran ini dievaluasi, diterapkan pada simulasi sebagai referensi titik dan digunakan untuk definisi fungsi target untuk kalibrasi berikutnya. Untuk ketidakpastian yang harus dikalibrasi, parameter berikut adalah: diperkenalkan untuk pemetaan sifat hamburan ke dalam model simulasi:
- Orientasi lapisan.
- Ketebalan lapisan.
- Sifat material.
- Bidang degradasi untuk mendeteksi hamburan lebih lanjut
Dengan model simulasi yang dikalibrasi, evaluasi ketahanan dapat dilakukan dilakukan dengan menggunakan parameter yang sama dan kesimpulan dapat diturunkan dari hasil untuk meningkatkan kualitas produk.
Simulasi Beban Desain
Kondisi pembebanan dalam desain komponen rumit dan tidak hanya kekakuan statis dan beban kekuatan, tetapi juga beban tabrakan dinamis untuk pertimbangan jatuh dan terguling tertentu. Karena terlalu memakan waktu untuk mempertimbangkan semua kasus beban desain untuk evaluasi metodologi hamburan, kasus direduksi menjadi kasus kekakuan untuk pembawa dasar roadbook yang dipertimbangkan secara terpisah untuk menghilangkan efek dari komponen di sekitarnya (dan hamburannya) pada hasil.
Simulasi Beban Uji
Di satu sisi, ini dipilih dengan cara yang masih mewakili tes asli dan, di sisi lain, untuk memastikan eksperimen dilakukan dengan sesedikit mungkin pengukuran hamburan. Mereka mewakili yang esensial yang dapat dijelaskan dalam pengukuran selanjutnya dengan cara perpindahan pada titik-titik tertentu. Pemodelan lapisan berorientasi objek struktur dilakukan secara ketat dalam Ansys Composite Prepost sesuai dengan instruksi manufaktur yang diringkas. Orientasi diatur oleh penyesuaian beberapa sistem koordinat, sehingga memungkinkan variasi cepat dari orientasi fiber.
Kalibrasi Simulasi ke Hasil Tes
Parameter berikut sekarang tersedia untuk kalibrasi simulasi ke hasil pengujian:
Analisis toleransi untuk menentukan akurasi pembuatan alat kelengkapan yaitu:
- Sifat material (modulus elastisitas berarah melintang atau searah serat, modulus geser).
- Ketebalan lapisan.
- Orientasi lapisan.
- Amplitudo bentuk hamburan untuk menggambarkan bidang degradasi.
Untuk mengkalibrasi hasil simulasi dengan hasil pengujian, dilakukan optimasi untuk masing-masing roadbook base carrier. Tujuannya adalah meminimalkan penyimpangan secara bersamaan di semua 12 titik pengukuran. 12 suku fungsi target diberi bobot sehubungan dengan nilai referensi dari masing-masing pengukuran. Jumlah parameter yang akan dikalibrasi masih sangat banyak (>50) akan menyebabkan jumlah yang tinggi dalam perhitungan berjalan. Untuk alasan ini, terlebih dahulu, studi sensitivitas dilakukan untuk memisahkan parameter yang tidak penting dari parameter penting dan untuk menghilangkannya dalam optimasi berikutnya. Penggunaan 12 titik pengukuran dalam fungsi target meningkatkan kemungkinan hasil yang jelas.
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI
>> YOUTUBE PT TENSOR
>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA!
Kontributor: Daris Arsyada
Sumber:
https://www.ansys.com/content/dam/product/platform/optislang/ansys-ktm.pdf (diakses pada tanggal 15 Maret 2022)
Simulasi Mengevaluasi Kekuatan dan Perilaku Kontak dari Pompa Piston Aksial Bosch
Pompa piston aksial adalah sumber tenaga untuk banyak mesin dinamis, terutama untuk aplikasi tekanan tinggi. Pompa piston aksial dari Bosch dirancang menggunakan teknologi mutakhir untuk memberikan pelanggan efisiensi dan keandalan tertinggi. Pompa aksial Bosch memimpin kelasnya dengan daya tinggi kepadatan, desain ekonomis dan ukuran kecil.
Tantangan
Bosch harus terus mengembangkan pompa untuk aplikasi dan lingkungan kerja baru sesuai dengan kebutuhan pelanggan. Tantangan utama adalah untuk mempertahankan kekuatan pompa sambil mengoptimalkan parameter desain, dan untuk memastikan faktor keamanan yang optimal untuk siklus operasi yang lebih lama. Simulasi struktural Ansys, divalidasi dengan pengujian fisik, digunakan untuk menjawab tantangan tersebut.
Solusi Teknis
- Ansys Mechanical digunakan untuk melakukan simulasi struktural statis dan memeriksa kekuatan pompa.
- Ansys DesignXplorer (optimasi parametrik) digunakan untuk mengoptimalkan dimensi desain.
- Simulasi teknik Ansys mengoptimalkan desain, memprediksi area kritis, dan secara dekat cocok dengan hasil tes fisik bangku.
Keuntungan
- Penghematan waktu pengembangan produk penting dengan memprediksi area kritis kegagalan menggunakan Ansys.
- Simulasi Ansys menyarankan lebih banyak perubahan desain untuk kinerja pompa yang optimal dengan lebih sedikit waktu dibandingkan dengan metode build-and-test konvensional.
- Perusahaan menjadi memiliki waktu lebih untuk evaluasi produk
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI
>> YOUTUBE PT TENSOR
>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA!
Kontributor: Daris Arsyada
Sumber:
https://www.ansys.com/content/dam/product/structures/mechanical/bosch-case-study.pdf (diakses pada tanggal 10 Maret 2022)
Memprediksi Kelelahan (Fatigue) Tegangan Termal Pada Komponen PCB Kendaraan Listrik
Penggunaan elektronik semakin meningkat dalam aplikasi otomotif. Inovasi baru seperti sistem keselamatan aktif dan pasif, propulsi listrik dan kendaraan semi dan kendaraan otomatis penuh berkontribusi pada peningkatan ini. Namun, desainer otomotif tetap harus mematuhi batasan ukuran dan pengemasan yang sama untuk memastikan ukuran dan berat kendaraan tidak bertambah. Karena itu, ada dorongan untuk membuat elektronik komponen dan paket yang lebih kecil, sekaligus meningkatkan kinerja.
Salah satu contoh perusahaan yang berkutat dalam hal ini adalah Continental Automotive. Continental telah terlihat meningkatkan penggunaan komponen Ball Grid Array (BGA) dan papan FR4 High Density Interconnect (HDI) di Printed Circuit Board Assemblies (PBCA) mereka, di mana komponen ditempatkan dengan erat di kedua sisi PCB untuk memastikan penggunaan ruang board yang paling efisien. Perubahan ini bukannya tanpa masalah dan Continental telah memperhatikan masalah keandalan tambahan pada sambungan solder karena kelelahan solder. Oleh karena itu kemampuan untuk memprediksi kegagalan sangat penting.
Saat ini kemampuan untuk memprediksi kelelahan siklus tinggi (getaran) solder dan timah tembaga dapat dicapai menggunakan Aturan Miner’s. Namun kemampuan untuk memprediksi kelelahan siklus rendah karena siklus termal diperlukan. Continental memilih untuk mengatasi hambatan ini dengan menggunakan Ansys Sherlock untuk memodelkan papan mereka dan komponen.
Pendekatan
Ansys Sherlock bisa dengan cepat baca semua informasi dalam file dan membuat papan perwakilan dengan data tumpukan lengkap, semua komponen, dan pemasangan kondisi dengan lokasi dan karakteristik materialnya. Papan menampilkan beberapa komponen BGA tercermin, di mana papan memiliki BGA yang ditempatkan di lokasi yang sama di bagian atas dan sisi bawah papan. Kedua sisi papan juga memiliki lapisan konformal yang diterapkan yang dimodelkan Sherlock menggunakan potting fungsional yang tersedia.
Sherlock dengan mudah memodelkan komponen individual dengan tingkat detail yang tinggi, termasuk memodelkan setiap bola solder pada BGA untuk memastikan kegagalan kelelahan solder kecil direkap. Hal ini dicapai dengan menggunakan pengelola paket bawaan yang berisi banyak paket industri umum dengan instruksi tentang cara terbaik untuk memodelkannya. Untuk komponen non-standar, pengguna dapat memasukkan properti tersebut ke dalam Package Manager dan Sherlock masih dapat memodelkannya secara akurat serta mempertahankan ini informasi untuk penggunaan masa depan.
Insinyur Continental mendefinisikan siklus masa pakai papan yang mencakup getaran, suhu, dan beban kejut. Insinyur juga mendefinisikan tujuan siklus masa pakaidan tingkat kegagalan yang dapat diterima dan waktu. Papan dimodelkan dengan kondisi kondisi mapan serta suhu siklus dari (-40)˚C hingga 127˚C.
b) SRAM & FLASH (Bottom), Sherlock Package Manager, c) BGA terperinci termasuk Pemodelan Bola Solder
Dengan papan, komponen, batas, dan kondisi pemuatan yang ditentukan, Sherlock menganalisis PCBA menggunakan kondisi mekanik termal. Setelah hasil ini diperoleh, papan dimodifikasi dan direnovasi untuk menghilangkan BGA yang dicerminkan. Sebaliknya BGA dipindahkan sehingga semuanya berada di sisi papan yang sama. Analisis mekanik termal kemudian dijalankan kembali menggunakan kondisi yang sama.
Temuan Utama
Menggunakan Sherlock, Continental mengidentifikasi perkiraan masa pakai papan saat mengalami siklus termal. Kemampuan untuk menjadi model komponen dengan tingkat detail yang tinggi memberikan hasil yang lebih akurat. Hasil awal analisis Sherlock menunjukkan bahwa:
- Memiliki komponen cermin memang memengaruhi masa pakai papan yang diprediksi dan menghasilkan kemungkinan kegagalan yang lebih tinggi jika dibandingkan ke papan tanpa cermin.
- Pelapisan konformal juga dapat meningkatkan kemungkinan kegagalan. Namun, beberapa faktor yang berbeda, seperti komponen dan lokasi, dapat mempengaruhi efek ini. Insinyur perlu penyelidikan lebih lanjut untuk memahami sepenuhnya efek dari lapisan konformal sebagai lapisan, ketebalan dan komponen yang dilapisi semuanya mungkin memiliki efek pada kemungkinan kegagalan akhir.
Keuntungan
Continental mengimplementasikan Sherlock selama fase validasi desain untuk menyelidiki efek komponen cermin dan lapisan konformal di bawah kelelahan siklus rendah (Siklus Termal). Sherlock menghasilkan hasil dalam bentuk kurva PoF yang memungkinkan insinyur untuk memahami perkiraan umur PCBA mereka. Hasil ini diperoleh dalam waktu yang jauh lebih singkat daripada secara tradisional mungkin jika mereka membuat dan menguji sampel. Karena Sherlock digunakan selama tahap desain, para insinyur di Continental dapat menggunakan hasil ini untuk memodifikasi papan mereka untuk desain yang lebih baik serta mengidentifikasi area yang membutuhkan penyelidikan lebih lanjut. Sherlock’s kemampuan untuk mengidentifikasi masalah selama tahap awal pengembangan mempercepat proses menghilangkan desain yang cacat dan membantu dalam menghindari komplikasi di masa depan.
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI
>> YOUTUBE PT TENSOR
>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA!
Kontributor: Daris Arsyada
Sumber:
https://www.ansys.com/content/dam/product/structures/sherlock/ansys-sherlock-predicting-thermal-stress-fatigue.pdf (diakses pada tanggal 10 Maret 2022)
Analisis Termal Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya
Pembangkit listrik tenaga surya termal mirip dengan yang konvensional dengan pengecualian bahwa sebuah kolektor surya berkonsentrasi menggantikan boiler konvensional. Pada unit hybrid, boiler juga disediakan, menggunakan bahan bakar, biasanya gas alam, kapan saja ada kebutuhan. Karena itu, analisis termal pembangkit tenaga surya mirip dengan pembangkit lain dan hubungan termodinamika yang sama diterapkan. Analisisnya menggunakan diagram siklus T – S. Dalam kasus ini, ketidakefisienan pompa dan turbin uap harus dipertimbangkan.
Proses pemompaan yang sebenarnya ditunjukkan oleh 1 – 2 dan proses ekspansi turbin yang sebenarnya ditunjukkan oleh 3 – 4 . Berbagai parameter penting pada siklus rankine adalah sebagai berikut:
- Efisiensi turbin: ηturbin = (h3-h4‘) / (h3-h4)
- Efisiensi pompa: ηpompa= (h2-h1) / (h2‘-h1)
- Kerja ouput bersih: W = (h3-h4′) / (h2′-h1)
- Input kalor: Q = h3-h2‘
- Kerja Pompa: 1W2′ = h2′-h1= ν (P2-P1) / ηpompa
- Efisiensi siklus: η = W/Q = [(h3-h4′) / (h2′-h1)] / [h3-h2‘]
- h = entalpi jenis (kJ/kg)
- ν = volume jenis
- P = tekanan (bar)
Umumnya, efisiensi siklus Rankine dapat ditingkatkan dengan mengatur tekanan di dalam boiler. Untuk menghindari peningkatan kelembaban dalam uap keluar dari turbin, uap diekspansi ke tekanan menengah dan dipanaskan kembali dalam boiler. Dalam siklus pemanasan ulang, pemuaian terjadi dalam dua turbin. Uap berekspansi di turbin tekanan tinggi ke beberapa perantara tekanan, kemudian melewati kembali ke boiler, di mana dipanaskan kembali pada tekanan konstan ke suhu yang biasanya sama dengan suhu superheat asli. Uap yang dipanaskan kembali diarahkan ke tekanan rendah turbin, di mana diekspansi sampai tekanan kondensor tercapai.
Efisiensi siklus pemanasan ulang dapat ditulis menjadi:
η = [(h3-h4′) + (h5-h6′) – (h2′-h1)] / [(h3-h2‘) + (h5-h4′)]
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI
>> YOUTUBE PT TENSOR
>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA
Kontributor : Daris Arsyada
Sumber:
Kalogirou, Soteris A. 2009. Solar Energy Engineering: Processes and Systems. Amerika Serikat: Elsevier.
Desain Sistem Panel PV
Output daya listrik dari panel PV tergantung pada radiasi , suhu sel, sudut datang matahari, dan tahanan beban. Di dalam bagian, metode untuk merancang sistem PV disajikan dan semua parameter ini dianalisis. Awalnya, metode untuk memperkirakan beban listrik suatu aplikasi disajikan, diikuti dengan estimasi radiasi matahari yang diserap dari panel PV dan deskripsi metode untuk menentukan ukuran sistem PV.
Beban Listrik
Ukuran sistem PV dapat bervariasi dari beberapa watt hingga ratusan kilowatt. Dalam sistem grid-connected, daya terpasang tidak begitu penting karena daya yang dihasilkan, jika tidak dikonsumsi, diumpankan ke jaringan. Dalam sistem stand-alone, satu-satunya sumber tenaga listrik adalah sistem PV; karena itu, sangat penting pada tahap awal desain sistem untuk menilai beban listrik yang akan ditanggung sistem. Ini sangat penting dalam sistem peringatan keadaan darurat. Pertimbangan utama yang perlu dilakukan oleh perancang sistem PV pertama-tama adalah:
- Menurut jenis beban yang akan dipenuhi oleh sistem PV, lebih penting, total output energi harian atau rata-rata atau daya puncak?
- Pada tegangan berapa daya akan dikirimkan, dan apakah itu arus AC atau DC?
- Apakah diperlukan sumber energi cadangan?
Biasanya hal pertama yang harus diperkirakan oleh perancang adalah beban dan beban profil yang akan dipenuhi oleh sistem PV. Sangat penting memperkirakan tepatnya beban dan profilnya (waktu ketika setiap beban terjadi). Karena pengeluaran awal yang dibutuhkan, sistem berukuran minimum yang diperlukan untuk memenuhi permintaan spesifik. Jika, misalnya, tiga peralatan ada, membutuhkan 500 W, 1000 W, dan 1500 W, masing-masing; setiap peranti harus beroperasi selama 1 jam; dan hanya satu alat menyala pada satu waktu, maka sistem PV harus memiliki daya puncak terpasang 1500 W dan kebutuhan energi 3000 Wh. Jika memungkinkan, saat menggunakan sistem PV, beban harus sengaja disebarkan selama periode waktu tertentu untuk menjaga sistem kecil dan dengan demikian hemat biaya. Umumnya, daya puncak diperkirakan dengan nilai kekuatan tertinggi yang terjadi pada waktu tertentu, sedangkan kebutuhan energi diperoleh dengan mengalikan watt masing-masing alat dengan jam operasi dan menjumlahkan kebutuhan energi dari semua peralatan yang terhubung ke sistem PV.
Radiasi Matahari yang Diserap
Faktor utama yang mempengaruhi keluaran daya dari sistem PV adalah daya serap radiasi matahari pada permukaan PV. S bergantung pada radiasi datang, massa udara, dan sudut datang. Seperti dalam kasus termal kolektor, ketika data radiasi pada bidang PV tidak diketahui, perlu untuk memperkirakan radiasi matahari yang diserap menggunakan data horizontal dan informasi pada sudut datang. Seperti pada kolektor panas, energi surya yang diserap radiasi termasuk balok, difus, dan ground-refl terpengaruh komponen.
Temperatur Sel
Kinerja sel surya tergantung pada suhu sel. Suhu ini dapat ditentukan dengan neraca energi dan mengingat energi matahari yang diserap yang tidak diubah menjadi listrik adalah diubah menjadi panas, yang dibuang ke lingkungan. Umumnya, saat mengoperasikan sel surya pada suhu yang terus naik, efisiensinya diturunkan. Dalam kasus di mana pembuangan panas ini tidak mungkin, seperti di gedung terintegrasi fotovoltaik dan sistem PV pemusatan, panas harus dihilangkan dengan beberapa cara mekanis, seperti sirkulasi udara paksa, atau dengan heat exchanger. Dalam hal ini, panasnya bisa digunakan untuk suatu keuntungan; sistem ini disebut sistem hybrid fotovoltaik/termal (PV/T). Karena sistem ini menawarkan sejumlah keuntungannya, bahkan PV biasa yang dipasang di atap dapat diubah menjadi PV/T hybrid.
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI
>> YOUTUBE PT TENSOR
>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA
Kontributor : Daris Arsyada
Sumber:
Kalogirou, Soteris A. 2009. Solar Energy Engineering: Processes and Systems. Amerika Serikat: Elsevier.
Pengaplikasian Panel Surya PV
Modul PV dirancang untuk penggunaan di luar ruangan dalam kondisi ekstrim seperti: lingkungan laut, tropis, kutub, dan gurun. Array PV terdiri dari jumlah modul fotovoltaik individu yang terhubung bersama untuk memberikan arus dan tegangan keluaran. Kekuatan modul umumnya memiliki kekuatan terukur keluaran sekitar 50- 180 W masing-masing. Sebagai contoh, sistem kecil 1,5 – 2 kWp karenanya dapat terdiri dari sekitar 10 – 30 modul yang mencakup area sekitar 15–25 m2, tergantung pada teknologi yang digunakan dan orientasi array terhadap matahari.
Prinsip dasar sistem PV ditunjukkan pada Gambar 1. Seperti yang terlihat, array PV menghasilkan listrik, yang dapat diarahkan dari pengontrol baik ke penyimpanan baterai atau beban. Kapan pun sinar matahari tidak tersedia, baterai bisa memasok daya ke beban jika memiliki kapasitas yang memuaskan.
Jenis-jenis Aplikasi
Ini adalah beberapa aplikasi PV yang paling umum:
Elektrifikasi Lokasi Terpencil
Sistem fotovoltaik dapat menyediakan persediaan listrik jangka panjang di lokasi yang jauh dari pusat listrik. Beban terdiri dari pencahayaan, peralatan kecil, pompa air (termasuk pemanas air tenaga surya) sistem, dan peralatan komunikasi. Dalam aplikasi ini, permintaan dapat bervariasi dari beberapa watt hingga puluhan kilowatt. Biasanya, PV lebih disukai untuk bahan bakar generator, karena mereka tidak bergantung pada bahan bakar fosil yang bisa menjadi masalah, dan terhindar dari masalah polusi lingkungan.
Komunikasi
Fotovoltaik dapat memberikan daya yang andal untuk sistem komunikasi, terutama di lokasi terpencil. Contohnya menara komunikasi relai, pemancar informasi, pemancar telepon seluler, stasiun radio relai, unit panggilan darurat, dan fasilitas komunikasi militer. Jelas sekali, sistem ini adalah unit yang berdiri sendiri di mana baterai menyediakan tegangan DC yang stabil yang memenuhi berbagai permintaan saat ini. Praktik di lapangan telah menunjukkan daya PV bisa beroperasi andal untuk waktu yang lama dengan sedikit perawatan.
Pemantauan jarak jauh
Karena kesederhanaan, keandalan, dan kapasitasnya untuk operasi tanpa pengawasan, modul fotovoltaik lebih disukai dalam menyediakan daya di lokasi terpencil ke sensor, pencatat data, dan pemancar pemantauan meteorologi terkait, irigasi kontrol, dan pemantauan lalu lintas. Sebagian besar aplikasi ini membutuhkan kurang dari 150 W dan bisa didukung oleh modul fotovoltaik tunggal. Baterai yang dibutuhkan sering terletak di selungkup tahan cuaca sebagai akuisisi data atau peralatan pemantauan. Vandalisme mungkin menjadi masalah dalam beberapa kasus. Namun, memasang modul pada tiang yang tinggi dapat menyelesaikan masalah dan menghindari kerusakan dari penyebab lain.
Pemompaan air
Sistem fotovoltaik yang berdiri sendiri dapat memenuhi kebutuhan untuk aplikasi pemompaan air ukuran kecil hingga menengah. Hal ini termasuk irigasi, keperluan rumah tangga, penyediaan air desa, dan pengairan ternak. Keuntungan menggunakan pompa air yang ditenagai oleh sistem fotovoltaik yaitu perawatan yang rendah, kemudahan pemasangan, dan keandalan. Sebagian besar sistem pemompaan tidak menggunakan baterai tapi menyimpan air yang dipompa dalam tangki penampungan.
Bangunan rumah
Panel PV dapat dipasang baik di fasad atau atap suatu bangunan dan merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari struktur bangunan serta dapat menggantikan komponen bangunan dalam kasus bangunan tertentu. Untuk menghindari peningkatan beban termal bangunan, biasanya celah dibuat antara PV dan elemen bangunan (bata, pelat, dll.) yang berada di belakang PV, dan di celah ini, udara sekitar disirkulasikan untuk menghilangkan panas yang dihasilkan. Selama musim dingin, udara diarahkan ke gedung untuk menutupi sebagian dari beban bangunan. Selama musim panas, udara hanya ditolak kembali ke lingkungan pada suhu lebih tinggi. Contoh umum di mana sistem ini dipasang adalah rumah yang disebut rumah tanpa energi, di mana bangunannya adalah unit penghasil energi yang memenuhi semua kebutuhan energinya sendiri. Dalam aplikasi lain yang terkait dengan bangunan, PV dapat digunakan sebagai perangkat peneduh yang efektif.
Baterai kendaraan listrik
Saat tidak digunakan, baterai kendaraan akan terisi sendiri pada waktu lebih. Ini adalah masalah utama bagi organisasi yang memelihara kendaraan, seperti jasa pemadam kebakaran. Baterai PV pengisi daya dapat membantu memecahkan masalah ini dengan menjaga baterai dalam keadaan tinggi dengan menyediakan arus pengisian kecil saat ini. Dalam aplikasi ini, modul bisa dipasang di atap gedung atau parkir mobil (juga menyediakan shading) atau pada kendaraan diri. Aplikasi penting lainnya dalam hal ini daerah adalah penggunaan modul PV untuk mengisi daya baterai kendaraan listrik.
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI
>> YOUTUBE PT TENSOR
>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA
Kontributor : Daris Arsyada
Sumber:
Kalogirou, Soteris A. 2009. Solar Energy Engineering: Processes and Systems. Amerika Serikat: Elsevier.
https://www.weforum.org/agenda/2019/07/zimbabwe-solar-energy (diakses pada tanggal 21 Februari 2022)
Peralatan Terkait Pada Panel PV / Fotovoltaik
Modul fotovoltaik dapat dipasang di tanah atau atap bangunan atau dapat dimasukkan sebagai bagian dari struktur bangunan, biasanya di bangunan bagian depan. Modul PV dapat bertahan lebih dari 25 tahun, dalam hal ini struktur dan bangunan pendukung harus dirancang setidaknya selama seumur hidup yang sama. Peralatan terkait terdiri dari baterai, pengontrol muatan, inverter yang mampu menunjang performa PV.
Baterai
Baterai diperlukan di banyak sistem PV untuk memasok daya di malam hari atau saat sistem PV tidak dapat memenuhi permintaan. Pemilihan jenis dan ukuran baterai tergantung pada persyaratan beban dan ketersediaan. Ketika baterai digunakan, mereka harus ditempatkan di area tanpa suhu ekstrem, dan ruang baterai yang memiliki ventilasi memadai.
Jenis utama baterai yang tersedia saat ini adalah asam timbal, nikel kadmium, nikel hidrida, dan litium. Siklus dalam baterai asam timbal adalah yang paling banyak umumnya digunakan.
Persyaratan utama baterai untuk sistem PV adalah baterai harus dapat menerima pengisian dan pemakaian berulang tanpa kerusakan. Meskipun baterai PV memiliki penampilan yang mirip dengan baterai mobil, baterai tidak dirancang untuk pembuangan dalam yang berulang dan tidak boleh digunakan. Untuk kapasitas lebih besar, baterai dapat dipasang secara paralel.
Baterai diklasifikasikan berdasarkan kapasitas nominalnya (qmax) yang merupakan jumlah ampere jam (Ah) yang dapat diekstraksi secara maksimal dari baterai yang ditentukan sebelumnya pada kondisi terpasang. Efisiensi baterai adalah rasio muatan diekstraksi (Ah) selama pelepasan dibagi dengan jumlah muatan (Ah) pemulihan ke keadaan awal pengisian. Oleh karena itu, efisiensi tergantung pada keadaan muatan dan pengisian dan pemakaian saat ini. Status muatan / state of charge (SOC) adalah perbandingan antara kapasitas baterai saat ini dan kapasitas nominal yang dapat ditulis dengan:
SOC = q / qmax
SOC berkisar antara 0 dan 1. Jika SOC = 1, maka baterai terisi penuh dan jika SOC = 0, maka baterai benar-benar habis.
Parameter lain yang terkait dengan baterai adalah rezim pengisian atau pengosongan dan masa pakai baterai. Rezim pengisian (atau pengosongan), dinyatakan dalam jam, adalah parameter yang mencerminkan hubungan antara kapasitas nominal a baterai dan arus di mana ia diisi (atau dikosongkan) misalnya, rezim debit adalah 40 jam untuk baterai dengan kapasitas nominal 200 Ah yaitu habis pada 5 A. Masa pakai baterai adalah jumlah pengisian-pengosongan siklus yang dapat dipertahankan baterai sebelum kehilangan 20% dari kapasitas nominalnya.
Secara umum, baterai dapat dilihat sebagai sumber tegangan, E , secara seri dengan resistansi internal, Ro, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Dalam hal ini, tegangan terminal, V , ditulis menjadi
V = E – IRo
Inverter
Inverter digunakan untuk mengubah arus searah menjadi listrik arus bolak-balik. Keluaran dari inverter bisa tunggal atau tiga fasa. Inverter dinilai dengan kapasitas kekuatan total yang berkisar dari ratusan watt ke megawatt. Beberapa inverter memiliki lonjakan kapasitas yang bagus untuk memulai motor, yang lain memiliki lonjakan kapasitas terbatas. Perancang harus menentukan jenis dan ukuran inverter untuk pemakaian.
Arus DC diubah agar dapat digunakan untuk mengaliri peralatan elektronik yang kebanyakan menggunakan arus AC. Selain itu, arus bolak-balik (AC) dapat dimasukkan kedalam jaringan listrik PLN.
Inverter dicirikan oleh efisiensi yang bergantung pada daya ηinv. Di samping mengubah DC menjadi AC, fungsi utama dari inverter adalah untuk menjaga konstan voltase di sisi AC dan mengonversi daya masukan, Pin, ke dalam keluaran daya, Pout , dengan efisiensi setinggi mungkin yang dapat ditulis menjadi:
ηinv = Pout / Pin = [Vac Iac cos(ϕ)] / [Vdc Idc]
- cos(ϕ) = Faktor daya
- Idc = arus yang dibutuhkan oleh inverter dari sisi DC
- Vdc = tegangan input untuk inverter dari sisi DC
Berbagai jenis inverter tersedia, tetapi tidak semuanya cocok untuk digunakan saat mengumpan daya kembali ke catu daya.
Pengontrol Beban (Charge Controllers)
Pengontrol mengatur daya dari modul PV untuk mencegah baterai dari pengisian yang berlebihan. Pengontrol dapat berupa tipe shunt atau tipe seri dan juga berfungsi sebagai pemutus baterai bervoltase rendah untuk mencegah baterai dari pengeluaran berlebiahn. Pengontrol dipilih berdasarkan kapasitas yang benar dan fitur yang diinginkan.
Biasanya, pengontrol memungkinkan tegangan baterai untuk menentukan operasi tegangan sistem PV. Namun, tegangan baterai mungkin tidak pada tegangan operasi PV optimal. Beberapa pengontrol dapat mengoptimalkan tegangan operasi modul PV secara independen dari tegangan baterai sehingga PV beroperasi pada titik daya maksimumnya.
Setiap sistem tenaga mencakup pengontrol dan strategi kontrol, yang: menggambarkan interaksi antar komponennya. Dalam sistem PV, penggunaan baterai sebagai media penyimpanan menyiratkan penggunaan pengontrol muatan. Ini digunakan untuk mengatur aliran energi dari sistem PV ke baterai dan beban dengan menggunakan tegangan baterai dan nilai maksimum dan minimum yang dapat diterima. Kebanyakan pengontrol memiliki dua mode operasi utama:
- Normal operating condition , di mana tegangan baterai bervariasi antara nilai maksimum dan minimum yang dapat diterima.
- Overcharge or over-discharge condition, yang terjadi ketika baterai tegangan mencapai nilai kritis.
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI
>> YOUTUBE PT TENSOR
>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA!
Kontributor : Daris Arsyada
Sumber:
Kalogirou, Soteris A. 2009. Solar Energy Engineering: Processes and Systems. Amerika Serikat: Elsevier.
https://www.spaceflightpower.com/is-solar-panel-draining-battery-at-night/ (diakses pada tanggal 18 Februari 2022)
https://www.sankelux.co.id/blog/Memilih-Inverter-Solar-Panel-Yang-Tepat-Untuk-Rumah-Tangga (diakses pada tanggal 18 Februari 2022)
Photovoltaic Panels / Panel PV
Panel PV, juga dikenal sebagai panel surya, menangkap energi matahari dan mengubahnya menjadi listrik. Listrik yang dihasilkan oleh panel PV sebagian besar digunakan untuk menyalakan peralatan dan peralatan rumah tangga. Material fotovoltaic dapat memiliki efek penting pada desain dan kinerja sistem. Komposisi material dan struktur atomnya berpengaruh. Bahan fotovoltaik terdiri dari silikon, galium arsenida, tembaga indium diselenida, kadmium telluride, indium phosphide, lainnya. Struktur atom sel PV dapat berupa kristal tunggal, polikristalin, atau amorf. Yang paling umum diproduksi adalah kristal silikon, baik kristal tunggal atau polikristalin.
Prinsip Kerja
Panel PV terdiri dari sel fotovoltaik kecil yang dihubungkan bersama. Sel PV terbuat dari bahan semikonduktor. Silikon yang paling umum digunakan.
Sel PV biasanya sangat kecil tetapi ketika digabungkan bersama untuk membentuk panel surya dan susunan (array) surya, mereka bisa sangat efisien. Saat matahari menyinari sel, medan listrik tercipta. Semakin kuat matahari, semakin banyak energi listrik yang dihasilkan. Namun demikian, sel-sel tersebut tidak memerlukan sinar matahari langsung untuk bekerja, dan mereka masih dapat menghasilkan listrik pada hari yang mendung. Panel PV tersedia dalam berbagai bentuk dan ukuran dan dapat dengan mudah dipasang di atas atap yang ada.
Sistem PV surya terdiri dari beberapa panel, dengan masing-masing panel menghasilkan sekitar 200-350W energi di bawah sinar matahari yang kuat. Sistem berisi 10 hingga 15 panel dan menghasilkan listrik arus searah (DC). Karena listrik yang digunakan untuk peralatan rumah tangga adalah arus bolak-balik (AC), maka dipasang inverter bersama dengan sistem untuk mengubah listrik DC menjadi AC. Listrik ini dapat digunakan di seluruh rumah Anda, atau diekspor ke jaringan listrik.
Setiap sel PV memiliki lapisan negatif dan lapisan positif. Lapisan negatif memiliki elektron ekstra dan lapisan positif memiliki ruang untuk elektron tersebut. Listrik adalah elektron yang bergerak sehingga untuk panel surya menghasilkan listrik kita hanya perlu energi untuk membuat elektron tersebut lepas sehingga akan mengalir dari lapisan negatif ke lapisan positif.
Jenis-Jenis Panel PV
Banyak jenis sel PV tersedia saat ini. Bagian ini memberikan rincian tentang jenis saat ini dan ikhtisar sel yang sedang dalam penelitian dan tahap pengembangan.
- Monocrystalline silicon cells: Sel-sel ini terbuat dari silikon monokristalin murni. Dalam sel-sel ini, silikon memiliki kisi struktur kristal kontinu tunggal dengan hampir tidak ada cacat atau kotoran. Keuntungan utama dari sel monokristalin adalah efisiensi tinggi, yang biasanya ada di sekitar 15%. Kerugiannya dari sel-sel ini adalah pembuatan yang rumit proses diperlukan untuk menghasilkan silikon monokristalin, yang menghasilkan biaya yang lebih tinggi daripada teknologi lainnya.
- Multicrystalline silicon cells: Sel multikristalin diproduksi menggunakan banyak butir silikon monokristalin. Dalam proses pembuatannya, silikon polikristalin cair dilemparkan ke dalam ingot, yang kemudian dipotong menjadi lapisan yang sangat tipis dan dirakit menjadi sel lengkap. Sel multikristalin lebih murah untuk diproduksi daripada yang monokristalin karena proses manufaktur yang sederhana. Namun sedikit kurang efisien karena efisiensinya sekitar 12%.
- Amorphous silicon: Secara umum, perbedaan utama antara sel-sel ini dengan jenis sebelumnya bukannya kristal struktur, sel silikon amorf terdiri dari atom silikon di lapisan homogen tipis. Selain itu, silikon amorf menyerap cahaya lebih efektif daripada silikon kristal. Keuntungan terbesar dari sel-sel ini adalah bahwa silikon amorf dapat diendapkan pada berbagai substrat, baik yang kaku maupun fleksibel. Kerugiannya adalah efisiensi yang rendah sekitar 6%. Saat ini, panel terbuat dari silikon amorf sel surya datang dalam berbagai bentuk, seperti atap yang dapat mengganti ubin bata normal di atap surya.
Perawatan dan Pembersihan Panel PV
Pembersihan panel surya cukup sederhana hanya perlu dijaga kebersihannya masing-masing dan tidak dibayangi pepohonan. Jika debu atau salju menjadi masalah, perlu dibilas dengan air hangat.
Panel PV cenderung bertahan 25-30 tahun atau lebih, tetapi inverter panel surya perlu diganti setelah sepuluh hingga lima belas tahun. Namun, lebih baik untuk bermain aman dan memeriksa dengan pemasang panel Anda untuk mengetahui apa persyaratan pemeliharaan khusus untuk sistem Anda, serta asuransinya.
Ada banyak fakta panel surya yang menunjukkan bahwa sumber energi terbarukan yang sangat baik dan ada banyak alasan mengapa Anda harus mulai memanfaatkan manfaatnya. Selain mengurangi konsumsi karbon Anda, Anda juga akan mengurangi tagihan listrik Anda. Terlebih lagi, panel PV mudah dirawat dan akan bertahan lama.
Proses-proses fisika banyak terjadi pada panel PV. Untuk mendesain panel PV dengan lebih akurat dan cepat, kita dapat menggunakan metode numerik komputasi. Metode yang biasa dipakai adalah Computational Fluid Dynamics (CFD). Dengan CFD kita dapat mensimulasikan perpindahan panas, tegangan termal, aliran udara pada panel, dan apa pun yang berkaitan dengan pergerakan fluida.
>> KLIK DI SINI UNTUK MENDESAIN PANEL PV MENGGUNAKAN JASA CFD KAMI!
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI
>> YOUTUBE PT TENSOR
>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA !
Kontributor : Daris Arsyada
Sumber:
Kalogirou, Soteris A. 2009. Solar Energy Engineering: Processes and Systems. Amerika Serikat: Elsevier.
https://www.greenmatch.co.uk/blog/2014/08/what-are-pv-panels (diakses pada tanggal 17 Februari 2022)
https://www.eia.gov/energyexplained/solar/photovoltaics-and-electricity.php (diakses pada tanggal 17 Februari 2022)
Teori Semikonduktor pada Sel Photovoltaic (PV)
Modul photovoltaic (PV) adalah perangkat padat yang paling sering digunakan untuk mengubah energi surya langsung menjadi energi listrik tanpa campur tangan mesin panas atau peralatan berputar. Peralatan PV tidak memiliki komponen bergerak sehingga perawatan menjadi minimal dan memiliki umur yang panjang. PV menghasilkan listrik tanpa menghasilkan emisi rumah kaca atau gas lain dan operasinya hampir diam. Sistem PV dapat dibangun di hampir semua ukuran, mulai dari miliwatt ke megawatt, dan sistemnya modular yaitu lebih banyak panel dapat menjadi mudah ditambahkan untuk meningkatkan output.
Sebuah sel PV terdiri dari dua atau lebih lapisan tipis berbahan semikonduktor, silikon yang paling umum. Ketika silikon terkena cahaya, muatan listrik dihasilkan dan dapat dihantarkan oleh kontak logam sebagai arus searah. Output listrik dari satu sel kecil, sehingga banyak sel terhubung dan dienkapsulasi (biasanya tertutup kaca) untuk membentuk modul (juga disebut panel).
Teori Ikatan Energi pada Bahan Semikonduktor
Representasi skema dari diagram ikatan (band) energi dari tiga jenis bahan ditunjukkan pada Gambar 1. Bahan yang celah valensinya penuh dan yang ikatan konduksinya kosong memiliki celah (gap) ikatan yang sangat tinggi dan disebut isolator karena tidak ada arus yang dapat dibawa oleh elektron dalam filled band (ikatan yang terisi) dan celah energinya sangat tinggi dalam keadaan biasa, elektron valensi tidak bisa menerima energi, karena ikatan konduksi yang kosong tidak dapat diakses oleh elektron valensi. Celah ikatan dalam bahan ini lebih besar dari 3eV.
Bahan yang memiliki ikatan valensi yang relatif kosong dan memiliki beberapa elektron pada ikatan konduksi disebut konduktor. Dalam hal ini, elektron valensi dan ikatan konduksi tumpang tindih. Elektron valensi dapat menerima energi dari bidang eksternal dan pindah ke keadaan kosong yang diizinkan pada tingkat energi yang sedikit lebih tinggi dalam ikatan yang sama. Logam termasuk dalam kategori ini, dan elektron valensi dalam logam dapat dengan mudah dipancarkan di luar struktur atom dan menjadi bebas untuk menghantarkan listrik.
Bahan dengan celah valensi yang terisi sebagian memiliki celah ikatan menengah dan disebut semikonduktor. Celah ikatan pada bahan ini lebih kecil dari 3eV. Mereka memiliki struktur ikatan yang sama dengan isolator tetapi celah energinya jauh lebih sempit. Dua jenis semikonduktor yaitu yang murni disebut semikonduktor intrinsik dan yang memiliki sejumlah kecil pengotor disebut semikonduktor ekstrinsik. Dalam semikonduktor intrinsik, elektron valensi bisa terpikat dengan cara termal atau optik dan melompat celah energi yang ke dalam ikatan konduksi, di mana elektron tidak ada ikatan atom dan oleh karena itu bisa bergerak bebas melalui kristal.
p-n Junction
Silikon (Si) termasuk dalam golongan 4 dari tabel periodik unsur. Dalam semikonduktor, jika bahan yang didoping/diberi pengotor memiliki lebih banyak elektron dalam celah valensi daripada semikonduktor, bahan yang didoping disebut semikonduktor tipe-n. Semikonduktor tipe-n secara elektronik netral tetapi memiliki kelebihan elektron, yang tersedia untuk konduksi.
Dalam semikonduktor, jika bahan yang didoping memiliki elektron lebih sedikit di celah valensi dari semikonduktor, bahan yang didoping disebut semikonduktor tipe-p. Semikonduktor tipe-p netral secara elektronik tetapi memiliki lubang positif (elektron yang hilang) dalam strukturnya, yang dapat menampung kelebihan elektron.
Kedua jenis semikonduktor ditunjukkan secara skematis pada gambar 2. Keduanya Semikonduktor tipe n dan p memungkinkan elektron dan lubang bergerak lebih mudah dalam semikonduktor. Untuk silikon, energi yang dibutuhkan untuk mendapatkan elektron melintasi persimpangan p-n adalah 1,11 eV. Ini berbeda untuk setiap bahan semikonduktor.
Apa yang dijelaskan dalam paragraf sebelumnya terjadi ketika tipe-p dan n semikonduktor bergabung bersama, yaitu, membentuk persimpangan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Seperti yang dapat dilihat, ketika kedua bahan digabungkan, kelebihan elektron dari tipe-n melompat untuk mengisi lubang di tipe-p, dan lubang-lubang dari tipe-p berdifusi ke sisi tipe-n, meninggalkan sisi n persimpangan bermuatan positif dan sisi p bermuatan negatif. Muatan negatif dari sisi p membatasi pergerakan elektron tambahan dari sisi n. Namun, gerakan penambahan elektron dari sisi p lebih mudah karena muatan positif di persimpangan di sisi n. Oleh karena itu sambungan p-n berperilaku seperti dioda.
Diagram skema pita energi semikonduktor tipe-n dan tipe-p ditampilkan dalam Gambar 4. Dalam semikonduktor tipe-n, karena didoping ketidakmurnian menyumbangkan elektron tambahan untuk konduksi arus disebut donor dan tingkat energinya disebut tingkat donor. Ikatan energi tipe-n diagram ditunjukkan pada Gambar 4a , dan seperti yang dapat dilihat, level donor berada dalam ikatan terlarang. Dalam semikonduktor tipe-p, pengotor yang didoping menerima elektron tambahan. Oleh karena itu, disebut akseptor dan tingkat energinya disebut tingkat akseptor. Diagram ikatan energinya ditunjukkan pada Gambar 4b , dan seperti yang dapat dilihat, level akseptor terletak di ikatan terlarang.
Photovoltaic Effect
Ketika sebuah foton memasuki bahan fotovoltaik, ia dapat dipantulkan, diserap, atau ditransmisikan. Ketika foton ini diserap oleh atom elektron valensi, energi elektron bertambah dengan jumlah energi foton. Jika, sekarang, energi foton lebih besar dari ikatan semikonduktor, elektron, yang memiliki energi berlebih, akan melompat ke ikatan konduksi, di mana ia dapat bergerak bebas. Oleh karena itu, ketika foton diserap, sebuah elektron terlepas dari atom. Elektron dapat dihapus oleh medan listrik di bagian depan dan belakang bahan fotovoltaik, dan ini tercapai dengan bantuan sambungan/pertemuan p-n. Dengan tidak adanya medan, elektron bergabung kembali dengan atom, sedangkan ketika ada medan, akan mengalir, sehingga menciptakan arus. Jika energi foton lebih kecil dari celah ikatan, elektron tidak akan memiliki cukup energi untuk melompat ke ikatan konduksi, dan kelebihan energi dikonversi menjadi energi kinetik dari elektron, yang menyebabkan peningkatan suhu. Perlu dicatat bahwa, terlepas dari intensitas energi foton relatif terhadap energi celah ikatan, hanya satu elektron dapat dibebaskan. Inilah alasan rendahnya efisiensi dari sel fotovoltaik.
Pengoperasian sel fotovoltaik ditunjukkan pada Gambar 5. Sel surya ini mengandung pertemuan semikonduktor tipe-p dan tipe-n, yaitu pertemuan p-n. Sampai batas tertentu, elektron dan lubang berdifusi melintasi batas pertemuan ini, menyetel medan listrik di seberangnya. Elektron bebas dihasilkan di lapisan n oleh aksi foton. Ketika foton sinar matahari menabrak permukaan sel surya dan diserap oleh semikonduktor, beberapa di antaranya membuat pasangan elektron dan hole. Jika pasangan ini cukup dekat dengan pertemuan p-n, medan listrik menyebabkan muatan terpisah, elektron bergerak ke sisi tipe-n dan lubang ke sisi tipe-p. Jika kedua sisi sel surya sekarang terhubung melalui suatu beban, arus listrik akan mengalir selama sinar matahari mengenai sel.
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI
>> YOUTUBE PT TENSOR
>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA !
Kontributor : Daris Arsyada
Sumber:
Kalogirou, Soteris A. 2009. Solar Energy Engineering: Processes and Systems. Amerika Serikat: Elsevier.