Konversi Energi Surya

(1)

Konversi Energi Surya

Hasbullah, MT Hasbullah, MT

Teknik Elektro FPTK UPI Teknik Elektro FPTK UPI

(2)

KEBIJA

KEBIJAKAN ENERGI KAN ENERGI NANASIONAL 2003SIONAL 2003-2020-2020

ENERGI MIX NASIONAL 2025 ENERGI MIX NASIONAL 2025 ENERGI BARU TERBARUKAN ENERGI BARU TERBARUKAN



 PLTA 2,4 PLTA 2,4 % ( % ( 4200 4200 MW MW ))



 PANAS BUMI 3,8 % ( 9500 MW )PANAS BUMI 3,8 % ( 9500 MW )



 ENERGI TERBARUKAN 4,4 %ENERGI TERBARUKAN 4,4 %



 PLTMH 0,216 PLTMH 0,216 % % ( 500 ( 500 MW ON MW ON GRID )GRID )



 BIOFUEL 1,335 %BIOFUEL 1,335 %



 TENAGA SURYA 0,020 % ( 80 MW TENAGA SURYA 0,020 % ( 80 MW ))



 TENAGA ANGIN 0,028 % ( 250 MW ON GRID TENAGA ANGIN 0,028 % ( 250 MW ON GRID ))



 BIOMASSA 0,766 % ( 810 MW )BIOMASSA 0,766 % ( 810 MW )



(3)

Prosentase Energi Nasional

ENERGI MIX NASIONAL TAHUN 2025 ENERGI MIX NASIONAL TAHUN 2025

(SKENARIO OPTIMALISASI) (SKENARIO OPTIMALISASI) PLTMH 0.216% PLTMH 0.216% Biofuel 1.335% Biofuel 1.335% Tenaga surya Tenaga surya 0.020% 0.020% Tenaga angin Tenaga angin 0.028% 0.028% Fuel cell 0.000% Fuel cell 0.000% Biomassa 0.766% Biomassa 0.766% Nuklir 1.993% Nuklir 1.993% Gas bumi 30.6% Gas bumi 30.6% Minyak bumi 26.2% Minyak bumi 26.2% EBT Lainnya 4.4% EBT Lainnya 4.4% Panas bumi 3.8% Panas bumi 3.8% PLTA 2.4% PLTA 2.4% Batubara 32.7% Batubara 32.7%

(4)

Program Pengembangan Energi Baru Terbarukan Program Pengembangan Energi Baru Terbarukan

J Jeenniis s EEBBT T KKaappaassiittaass 22000055 22002255 P Paannaas s BBuummii 227 7 GGWW 88007 7 MMWW 9955000 0 MMWW T Teennaagga a AAiirr 7755..667 7 GGWW 4422000 0 MMWW P PLLTTMMHH 55000 0 MMWW 884 4 MMWW 55000 0 MMW W ((OOn n GGrriidd)) 330 MW (Off Grid) 330 MW (Off Grid) E Enneerrggi i ssuurryyaa 44..8 8 kkwwHH//mm22//HHrr 8 8 MMWW 880 0 MMWW B Biioommaassssa a 4499..881 1 GGWW 33002 2 MMWW 88110 0 MMWW E

Enneerrggi i AAnnggiinn 33--6 6 mm//ddeettiikk 00,,5 5 MMWW 22550 0 MMW W ((OOn n GGrriidd)) 5 MW (Off Grid) 5 MW (Off Grid) Biodie

Biodiesel sel 5% 5% TTotal otal KonsumKonsumsisi Solar

Solar (4,7 (4,7 Juta Juta KL)KL) G

Gaassoohhooll 55% % TToottaal l KKoonnssuummssii Bensin

Bensin B

Biio o OOiill 22,,55% % TToottaal l KKoonnssuummssii Minyak Bakar dan IDO Minyak Bakar dan IDO

(5)

Energi Terbarukan Dunia

(6)

ENERGI SURYA



 Energi yang dikeluaEnergi yang dikeluarkan oleh rkan oleh sinar matsinar matahariahari hanyhanyaa

diterima oleh permukaan bumi sebesar 69 persen dari diterima oleh permukaan bumi sebesar 69 persen dari total energi pancaran matahari.

total energi pancaran matahari.



 Suplai energi surya dari sinar matahari yang diterimaSuplai energi surya dari sinar matahari yang diterima

oleh permukaan bumi mencapai 3 x 10

oleh permukaan bumi mencapai 3 x 102424_{joule pertahun}_{joule pertahun}

(setara dengan 2 x 10

(setara dengan 2 x 101717 _Watt)._Watt).



 Jumlah energi sebesar itu setara Jumlah energi sebesar itu setara dengan 10.000 kalidengan 10.000 kali

konsumsi energi di seluruh dunia saat ini konsumsi energi di seluruh dunia saat ini



 Menutup 0,1 persen saja permukaan bumi dengan divaisMenutup 0,1 persen saja permukaan bumi dengan divais

solar sel yang memiliki efisiensi 10 persen sudah solar sel yang memiliki efisiensi 10 persen sudah

mampu untuk menutupi kebutuhan energi di seluruh mampu untuk menutupi kebutuhan energi di seluruh dunia saat ini

(7)



 IndoneIndonesiasia berberpotpotensensi unti untuk menuk menjadijadikan sokan solar selar sel sebal sebagaigai

salah satu sumber energi masa depannya mengingat salah satu sumber energi masa depannya mengingat pos

posisi isi IndIndoneonesia sia padpadaa daedaerahrah khakhatultulistiistiwawa



 Dalam kondisi puncak atau posisi matahari tegak lurus,Dalam kondisi puncak atau posisi matahari tegak lurus,

sinar matahari yang jatuh di permukaan panel surya di sinar matahari yang jatuh di permukaan panel surya di Indonesia

Indonesia seluas seluas 1 1 mm22 _{mampu mencapai 900 hingga}_{mampu mencapai 900 hingga}

1000 Watt. 1000 Watt.



 Total intensitas penyinaran perharinya di IndonesiaTotal intensitas penyinaran perharinya di Indonesia

men

mencapcapai 4ai 4500 w500 watt hatt hour/our/ mm22 _{yang membuat Indonesia}_{yang membuat Indonesia}

tergolong kay

tergolong kaya sumber energi a sumber energi matahari ini.matahari ini.



 Dengan letaknya di daerah katulistiwa, matahari diDengan letaknya di daerah katulistiwa, matahari di

Indonesia mampu bersinar hingga 2.000 jam

(8)

Definisi Energi Surya



 Energi surya atau dalam dunia internasional lebihEnergi surya atau dalam dunia internasional lebih dikenal sebagai solar cell atau

dikenal sebagai solar cell atau photovoltaic cell photovoltaic cell ,,

merupakan sebuah divais semikonduktor yang memiliki merupakan sebuah divais semikonduktor yang memiliki permukaan yang luas dan terdiri dari

permukaan yang luas dan terdiri dari rangkaian diodarangkaian dioda tipe p dan n, yang mampu merubah

tipe p dan n, yang mampu merubah energi sinarenergi sinar matahari menjadi energi listrik.

matahari menjadi energi listrik. 

 Photovoltaic Photovoltaic merupakan proses merubah cahayamerupakan proses merubah cahaya men

menjadi jadi eneenergi rgi listlistrikrik ((photos photos : cahaya dan: cahaya dan volta volta namanama fisikawan italia yang menemukan tegangan listrik)

(9)

EFEK FOTO ELEKTRIK



Efek fotolistrik adalah peristiwa

Efek fotolistrik adalah peristiwa terlepasny

terlepasnya

a

elektron-elektron dari permukaan logam (disebut

sebagai elektron foto) ketika logam tersebut

disinari dengan cahaya.



Rumus energi berdasarkan teori kuantum

adalah E =

nhf

..



Dengan demikian, cahaya dipancarkan sebagai

partikel-partikel kecil yang disebut

foton

..



Efek fotolistrik dipengaruhi oleh dua sifat penting

dari gelombang cahaya yakni: intensitas cahaya

dan frekuensi

(10)

Beberapa sifat penting yang terjadi pada

efek foto listrik adalah :



Besarnya energi kinetik maksimum elektron foto

tidak tergantung pada

tidak tergantung pada intensitas cahaya.

intensitas cahaya.



Permukaan dari sel surya membutuhkan

frekuensi minimum tertentu yang disebut

frekuensi ambang (f

₀₀

) untuk dapat menghasilkan

elektron foto

..



Elektron-elektron dapat terbebas dari

permukaan sel surya hampir tanpa selang

waktu, ya

waktu, yaitu kur

itu kurang dari 10

ang dari 10

-9-9

_{detik setelah}

penyinaran

..

(11)



Energi kinetik maksimum elektron

Energi kinetik maksimum elektron foto

foto

bertambah jika frekuensi cahaya

diperbesar.



Semua foton memiliki energi yang sama

sebesar

hf

, sehingga apabila intensitas

cahaya dinaikkan namun dengan

frekuensi yang tetap akan menambah

jumlah foton, tetapi tidak menambah

energi yang dipancarkan.

(12)

Solar Two,

in California's Mojave

desert,

a concentrating solar

thermal power plant.

SOLAR ENERGY

GENERATING

SYSTEM 354 MW.

(13)

The CIS Tower, Manchester, The CIS Tower, Manchester,

England, Masuk dalam England, Masuk dalam jaringan listrik nasional, jaringan listrik nasional,

Nopember 2005. Nopember 2005.

Negara yang memberikan insentif Negara yang memberikan insentif

untuk memakai Energi Surya: untuk memakai Energi Surya: Jerman, Jepang dan Amerika Jerman, Jepang dan Amerika Biaya Instalasi: $6.5-7.5/W Biaya Instalasi: $6.5-7.5/W Biaya produksi: $0.15-0.22 Biaya produksi: $0.15-0.22

Per Kw untuk Pembangkit 10 MW Per Kw untuk Pembangkit 10 MW

di Phoenix.[Wikipedia] di Phoenix.[Wikipedia]

(14)

Pengembangan Energi Surya

Ada dua macam teknologi energi surya

yang dikembangkan, yaitu:



Teknologi Energi Surya Fotovoltaik



(15)

Teknologi Tenaga Surya



Fotovoltaic

““Photovoltaic (PV) cells are devices that convert sunlight to Photovoltaic (PV) cells are devices that convert sunlight to electricity, bypassing thermodynamic cycles and

electricity, bypassing thermodynamic cycles and mechanical mechanical

generators. PV stands for photo (light) and

generators. PV stands for photo (light) and voltaic (electricity)” voltaic (electricity)”

Beberapa hal tentang Fotovoltaic Beberapa hal tentang Fotovoltaic



 Teknologi yang canggih dengan harga murah, bersih, mudahTeknologi yang canggih dengan harga murah, bersih, mudah

dipasang (dioperasikan) dan mudah dirawat dipasang (dioperasikan) dan mudah dirawat



 Menggunakan teknologi kristal dan thin filmMenggunakan teknologi kristal dan thin film



 Modul fotovoltaik tersusun dari beberapa sel Modul fotovoltaik tersusun dari beberapa sel fotovoltaikfotovoltaik

yang dihubung seri dan paralel yang dihubung seri dan paralel



 Biaya yang dikeluarkan 60% dari biaya totalBiaya yang dikeluarkan 60% dari biaya total



 Investasi awal yang besar dan harga per kwh Investasi awal yang besar dan harga per kwh listrik yang relatiflistrik yang relatif tinggi

(16)



(17)

Pemanfaatan Fotovoltaic untuk kehidupan

(18)

(19)

Pengembangan Fotovoltaic di Indonesia



 Mendorong pemanfaatan SESF secara terpadu, yaituMendorong pemanfaatan SESF secara terpadu, yaitu

untuk keperluan penerangan (konsumtif) dan kegiatan untuk keperluan penerangan (konsumtif) dan kegiatan produktif

produktif



 Mengembangkan pemanfaatan SESF di perdesaan danMengembangkan pemanfaatan SESF di perdesaan dan

perkotaan. perkotaan.



 Mendorong komersialisasi SESF denganMendorong komersialisasi SESF dengan

memaksimalkan keterlibatan swasta. memaksimalkan keterlibatan swasta.



 Mengembangkan industri SESF dalam negeri yangMengembangkan industri SESF dalam negeri yang

berorientasi ekspor. berorientasi ekspor.



 Mendorong terciptanya sistem dan Mendorong terciptanya sistem dan pola pendanaan yangpola pendanaan yang

efisien dengan melibatkan dunia perbankan. efisien dengan melibatkan dunia perbankan.

(20)

Program Pengembangan Fotovoltaic



 Mengembangkan SESF untuk program listrik perdesaan,Mengembangkan SESF untuk program listrik perdesaan,

khususnya untuk memenuhi kebutuhan listrik di daerah khususnya untuk memenuhi kebutuhan listrik di daerah yang jauh dari jangkauan listrik PLN.

yang jauh dari jangkauan listrik PLN.



 Meningkatkan penggunaan teknologi hibrida, khususnyaMeningkatkan penggunaan teknologi hibrida, khususnya

untuk memenuhi kekurangan pasokan tenaga listrik dari untuk memenuhi kekurangan pasokan tenaga listrik dari isolated

isolated PLTD.PLTD.



 Mengganti seluruh atau sebagian pasokan listrik bagiMengganti seluruh atau sebagian pasokan listrik bagi

pelanggan Sosial Kecil dan Rumah Tangga Kecil PLN pelanggan Sosial Kecil dan Rumah Tangga Kecil PLN dengan SESF. Pola yang diusulkan adalah:

dengan SESF. Pola yang diusulkan adalah:



 Memenuhi semua kebutuhan listrik untuk pelanggan S1,Memenuhi semua kebutuhan listrik untuk pelanggan S1,

S2

(21)

Pemanfaatan

Pemanfaatan Fotovolta

Fotovoltaik

ik



 PenyediaLampu penerangan jalan dan lingkungan;PenyediaLampu penerangan jalan dan lingkungan; 

 Penyediaan listrik untuk rumah peribadatan. SESFPenyediaan listrik untuk rumah peribadatan. SESF sangat ideal untuk dipasang di tempat-tempat ini

sangat ideal untuk dipasang di tempat-tempat ini karenakarena kebutuhannya relatif kecil.

kebutuhannya relatif kecil. 

 Penyediaan listrik untuk sarana umum. Penyediaan listrik untuk sarana umum. Dengan dayaDengan daya kapasitas 400 Wp sudah cukup untuk memenuhi li

kapasitas 400 Wp sudah cukup untuk memenuhi listrikstrik sarana umum;

sarana umum; 

 Penyediaan listrik untuk Kantor Pelayanan UmumPenyediaan listrik untuk Kantor Pelayanan Umum Pemerintah.

Pemerintah. 

 Untuk pompa air (Untuk pompa air ( solar power supply for waterpump solar power supply for waterpump )) yang digunakan untuk pengairan irigasi atau sumber air yang digunakan untuk pengairan irigasi atau sumber air bersih (air minum).

(22)

Program Pengembangan Energi Surya

Termal



 Melaksanakan standarisasi nasional komponen danMelaksanakan standarisasi nasional komponen dan

sistem teknologi fototermik. sistem teknologi fototermik.



 Mengkaji skema pembiayaan dalam rangkaMengkaji skema pembiayaan dalam rangka

pengembangan manufaktur nasional. pengembangan manufaktur nasional.



 Meningkatkan kegiatan penelitian dan pengembanganMeningkatkan kegiatan penelitian dan pengembangan

untuk berbagai teknologi fototermik. untuk berbagai teknologi fototermik.



 Meningkatkan produksi lokal secara massal danMeningkatkan produksi lokal secara massal dan

penjajagan untuk kemungkinan ekspor penjajagan untuk kemungkinan ekspor

..



 Pengembangan teknologi fototermik suhu tinggi, seperti:Pengembangan teknologi fototermik suhu tinggi, seperti:

pembangkitan listrik, mesin

(23)

Pemanfaatan Energi Surya Termal



 Industri, khususnya agro-industri dan industri pedesaan,Industri, khususnya agro-industri dan industri pedesaan,

yaitu untuk penanganan pasca-panen hasil-hasil yaitu untuk penanganan pasca-panen hasil-hasil pertanian, seperti: pengeringan (komoditi pangan, pertanian, seperti: pengeringan (komoditi pangan, perkebunan, perikanan/peternakan, kay

perkebunan, perikanan/peternakan, kayu u olahan) danolahan) dan juga pendinginan (ikan, buah

juga pendinginan (ikan, buah dan sayuran);dan sayuran);



 Bangunan komersial atau perkantoran, yaitu: untukBangunan komersial atau perkantoran, yaitu: untuk

pengkondisian ruangan (

pengkondisian ruangan ( Solar Passive Building Solar Passive Building , AC), AC) dan pemanas air;

dan pemanas air;



 Rumah tangga, seperti: untuk pemanas air dan oven/ Rumah tangga, seperti: untuk pemanas air dan oven/

cooker cooker ;;



 PUSKESMAS terpencil di pedesaan, yaitu: untukPUSKESMAS terpencil di pedesaan, yaitu: untuk

sterilisator, refrigerator vaksin dan pemanas air. sterilisator, refrigerator vaksin dan pemanas air.

(24)



Hybrida

Penggabungan antara fotovoltaic dan pembangkit lain Penggabungan antara fotovoltaic dan pembangkit lain seperti (PLTD atau PLTMH)

seperti (PLTD atau PLTMH)

PLTS sebagai komponen utama, sedang yang lainya PLTS sebagai komponen utama, sedang yang lainya

untuk mengkompensasi kelemahan sistem PLTS seperti untuk mengkompensasi kelemahan sistem PLTS seperti ketidakpastian cuaca dan sinar matahari

ketidakpastian cuaca dan sinar matahari

Memiliki prospek yang cerah terutama di daerah Memiliki prospek yang cerah terutama di daerah pedesaan

pedesaan

Telah diterapkan sistem model hidro di desa Taratak Telah diterapkan sistem model hidro di desa Taratak (Lombok tengah) dengan kapasitas PLTS (48 kW

(Lombok tengah) dengan kapasitas PLTS (48 kWp danp dan PLTMH 6,3 kW) merupak kerjasama RI-Jepang

(25)

Kolektor Surya atau Tenaga Pemanas

Kolektor Surya atau Tenaga Pemanas Air Surya

Air Surya



 Digunakan untuk memanaskan airDigunakan untuk memanaskan air 

 Sumber utama energi adalah matahariSumber utama energi adalah matahari 

 Terdiri dari kotak kolektor yang permukaanya dilapisiTerdiri dari kotak kolektor yang permukaanya dilapisi kaca dan dasarnya dicat hitam

kaca dan dasarnya dicat hitam 

 Dalam kotak kolektor dipasang pipa-pipa yang dialiri airDalam kotak kolektor dipasang pipa-pipa yang dialiri air 

 Digunakan untuk keperluan rumah tangga seperti,Digunakan untuk keperluan rumah tangga seperti, mandi, memasak dll.

(26)

Kolektor Surya

(27)

(28)

Solar

Solar cell

cell (Sel

(Sel Surya)

Surya)

““ A solar cell is any device that directly converts the energy A solar cell is any device that directly converts the energy

in light into electrical energy through the process of in light into electrical energy through the process of photovoltaics “

photovoltaics “

solar cell terdiri dari persambungan bahan semikonduktor solar cell terdiri dari persambungan bahan semikonduktor bertipe p dan n (p-n junction semiconductor) yang jika

bertipe p dan n (p-n junction semiconductor) yang jika tertimpa sinar matahari maka akan terjadi aliran electron tertimpa sinar matahari maka akan terjadi aliran electron aliran electron inilah yang disebut sebagai aliran arus

aliran electron inilah yang disebut sebagai aliran arus listrik

(29)

Radiative transition of solar cell

(30)

Pemanfaatan Solar cell

(31)

Tipe solar sell

(32)

Hal yang menjadi pertimbangan dalam Pembuatan Hal yang menjadi pertimbangan dalam Pembuatan Solar Sell

Solar Sell



 Pengaruh Luas sel Surya Pengaruh Luas sel Surya terhadap dayaterhadap daya 

 Pengaruh Kepekaan spektrum Pengaruh Kepekaan spektrum terhadap dayaterhadap daya 

 Life time Life time sel suryasel surya 

 Full Factor Full Factor sel suryasel surya

FF

FF = = Imp Imp X X Ump Ump : : IR IR : : Vo Vo Ump = Imp x Rp

Ump = Imp x Rp

Rendemen (Efisiensi) Sel Surya Rendemen (Efisiensi) Sel Surya

a.

a. Rugi RefleksiRugi Refleksi

b.

b. Cahaya non terabsorpsiCahaya non terabsorpsi

c.

c. Cahaya terlalu kuatCahaya terlalu kuat

d.

d. Rugi Tahanan Seri dan paralelRugi Tahanan Seri dan paralel

e.

(33)

Jenis Solar Cell



Silikon Monokristal



Silikon Polykristal



A-silikon (a-si)



Tandem Zellen (lapisan banyak)



Cadmiu

Cad

miun-S

n-Sulf

ulfid-

id- Cup

Cupter

terox

oxyy

– –

Dulsufid)



(34)

Susunan Generator Surya (Panel Surya)

Syarat-syarat penyusunan sel surya

-- Nilai tegNilai teg. Beban no. Beban nol untuk sel sl untuk sel suryurya kristal 0,a kristal 0,6 V6 V -- NilNilai I sc ai I sc maksmaksimal imal 3A3A

-- NilNilai tai teg. eg. PadPada ta titiitik kk kerjerja +a + 0,5 0,5 VV Panel Surya :

Panel Surya : a). Seri

a). Seri

-- nilai tnilai teg. Seg. Sel suryel surya harus a harus samasama -- nilai anilai arus yrus yang mengang mengalir kalir konstanonstan -- dipasdipasang ranang rangkaagkaain by pasin by pass diodas dioda b) Paralel

b) Paralel

-- Besar teg. EkivBesar teg. Ekivalen harus sama dengalen harus sama dengan teg. Dari sebuah an teg. Dari sebuah sel suryasel surya -- Arus jumlahArus jumlahnya merupaknya merupakan jumlah arus dari tiap-tan jumlah arus dari tiap-tiap cabang jajiap cabang jajarar