TUGAS
REPRESENTASI SISTEM TENAGA
Disusun Oleh :
Nama : Bobbi K. Simanjuntak NPM : 15 042 111 002
Jurusan : Teknik Elektro
Mata Kuliah : Pembangkit Listrik Tenaga Surya Dosen : Ir. J. Napitupulu, MT
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS DARMA AGUNG
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA (PLTS)
Sejarah PLTS tidak terlepas dari penemuan teknologi sel surya berbasis silikon pada tahun 1941. Ketika itu Russell Ohl dari Bell Laboratory mengamati silikon polikristalin akan membentuk buit in junction, karena adanya efek segregasi pengotor yang terdapat pada leburan silikon. Jika berkas foton mengenai salah satu sisi junction, maka akan terbentuk beda potensial di antara junction, dimana elektron dapat mengalir bebas. Sejak itu penelitian untuk
meningkatkan efisiensi konversi energi foton menjadi energi listrik semakin intensif dilakukan. Berbagai tipe sel surya dengan beraneka bahan dan konfigurasi geometri pun berhasil dibuat.
Prinsip Kerja Sel Surya
Sel surya adalah dioda semikonduktor yang dapat mengubah cahaya menjadi listrik dan merupakan komponen utama dalam sistem PLTS.
Gambar Sel Surya sebagai Komponen Utama PLTS
Selain terdiri atas modul-modul sel surya, komponen lain dalam sistem PLTS adalah
Balance of System (BOS) berupa inverter dan kontroller. PLTS sering dilengkapi dengan batere
sebagai penyimpan daya, sehingga PLTS dapat tetap memasok daya listrik ketika tidak ada cahaya matahari.
melalui penghantar akan menghasilkan arus listrik.
Gambar Prinsip Kerja Sel Surya Tipe Sel Surya
Ditinjau dari konsep struktur kristal bahannya, terdapat tiga tipe utama sel surya, yaitu sel surya berbahan dasar monokristalin, poli (multi) kristalin, dan amorf. Ketiga tipe ini telah
dikembangkan dengan berbagai macam variasi bahan, misalnya silikon, CIGS, dan CdTe. Berdasarkan kronologis perkembangannya, sel surya dibedakan menjadi sel surya generasi pertama, kedua, dan ketiga. Generasi pertama dicirikan dengan pemanfaatan wafer
silikon sebagai struktur dasar sel surya; generasi kedua memanfaatkan teknologi deposisi bahan untuk menghasilkan lapisan tipis (thin film) yang dapat berperilaku sebagai sel surya; dan generasi ketiga dicirikan oleh pemanfaatan teknologi bandgap engineering untuk menghasilkan sel surya berefisiensi tinggi dengan konsep tandem atau multiple stackes.
Kebanyakan sel surya yang diproduksi adalah sel surya generasi pertama, yakni sekitar 90% (2008). Di masa depan, generasi kedua akan makin populer, dan kelak akan mendapatkan pangsa pasar yang makin besar. European Photovoltaic Industry Association (EPIA)
KOMPONEN – KOMPONEN DARI PLTS
Solar Module
Dalam bagian ini akan dijelaskan secara singkat komponen utama PLTS yaitu solar module. Setelah menjelaskannya, maka dilanjutkan dengan trend kedepan teknologi yang berkaitan dengan solar module.
Apa itu solar cell?
Listrik tenaga matahari dibangkitkan oleh komponen yang disebut solar cell yang besarnya sekitar 10 ~ 15 cm persegi. Komponen ini mengkonversikan energi dari cahaya matahari menjadi energi listrik. Solar cell merupakan komponen vital yang umumnya terbuat dari bahan semikonduktor. multicrystalline silicon adalah bahan yang paling banyak dipakai dalam industri solar cell.
Multicrystalline dan monocrystalline silicon menghasilkan efisiensi yang relativ lebih tinggi daripada amorphous silicon. Sedangkan amorphus silicon dipakai karena biaya yang relativ lebih rendah. Selain dari bahan nonorganik diatas dipakai pula molekul-molekul organik walaupun masih dalam tahap penelitian.Sebagai salah satu ukuran performansi solar cell adalah efisiensi. Yaitu prosentasi perubahan energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Efisiensi dari solar cell yang sekarang diproduksi sangat bervariasi.
Monocrystalline silicon mempunyai efisiensi 12~15 %. Multicrystalline silicon
mempunyai efisiensi 10~13 %. Amorphous silicon mempunyai efisiensi 6~9 %. Tetapi dengan penemuan metode-metode baru sekarang efisiensi dari multicrystalline silicon dapat mencapai 16.0 % sedangkan monocrystalline dapat mencapai lebih dari 17 %. Bahkan dalam satu konferensi pada September 2000, perusahaan Sanyo mengumumkan bahwa mereka akan
memproduksi solar cell yang mempunyai efisiensi sebesar 20.7 %. Ini merupakan efisiensi yang terbesar yang pernah dicapai.Tenaga listrik yang dihasilkan oleh satu solar cell sangat kecil maka beberapa solar cell harus digabungkan sehingga terbentuklah satuan komponen yang disebut module.
Produk yang dikeluarkan oleh industri-industri solar cell adalah dalam bentuk module ini.Pada applikasinya, karena tenaga listrik yang dihasilkan oleh satu module masih cukup kecil (rata-rata maksimum tenaga listrik yang dihasilkan 130 W) maka dalam pemanfaatannya beberapa module digabungkan dan terbentuklah apa yang disebut array. Sebagai contoh untuk menghasilkan listrik sebesar 3 kW dibutuhkan array seluas kira-kira 20 ~ 30 meter persegi. Secara lebih jelas lagi, dengan memakai module produksi Sharp yang bernomor seri NE-J130A yang mempunyai efisiensi 15.3% diperlukan luas 23.1m2 untuk menghasilkan listrik sebesar 3.00 kW.
Gb.Hirarki module (cell-module-array)
Teknologi Module
Pada bagian ini akan dijelaskan beberapa trend berhubungan dengan teknologi module.
Building-integrated module
Selain dari pencarian bahan-bahan baru untuk meningkatkan efisiensi module yang nantinya memberikan nilai tambah module itu dengan menjadikan module sebagai bagian dari bangunan
yang menambah keindahan bangunan tersebut dan menambah kenyamanan orang-orang yang tinggal di dalamnya.Disamping akan mengurangi biaya karena tidak diperlukan lagi biaya untuk
pemasangan atap. Dari segi module sebagai komponen pembangkit listrik tidak ada perubahandalam performansi yang dituntut. Tetapi dari segi module sebagai bahan bangunan
Gb.Housing roof-integrated module (sumber : JPEA)
AC module
Seperti yang telah diterangkan diatas module adalah komponen yang merubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Listrik yang dihasilkan adalah DC. Untuk dapat
dimanfaatkan lebih banyak lagi biasanya listrik DC ini dirubah menjadi AC. Untuk diubah maka listrik DC dari beberapa module digabungkan dan dikonversikan menjadi AC dengan alat yang disebut power conditioner. Karena menggabungkan listrik dari beberapa module maka sistim pengkabelannnya menjadi rumit dan kapasitas yang dibutuhkan dari power conditionernya pun menjadi besar.Untuk mengatasi persoalan ini, maka sekarang dikembangkan apa yang disebut AC module. Yaitu module yang langsung menghasilkan listrik AC. Secara prinsip tidak ada perubahaan yang terjadi, tetapi secara teknologi diperlukan power conditioner berskala kecil yang dapat dipasang di belakang module.Contoh power conditioner yang sekarang banyak dipasarkan .
Gb.Power Conditioner JH40EK
Gb.Contoh biaya produksi (sumber : PVTEC)
Seperti terlihat dalam Gb.bahwa biaya material tidak megalami penurunan yang berarti walaupun jumlah produksinya makin bertambah.
Macam-macam Komponen Modul Surya Macam-macam Modul
Macam – macam Modul ini ada beberapa, diantaranya ada yang dipasang secara Individual ataupun secara umum.
Dipasang secara individual (Desentralisasi= Satu rumah satu paket pembangkit).
Karenanya cocok untuk program listrik rumah pedesaan (terpencil), dimana rumah satu dengan lainnya berjauhan (akan sangat mahal jika listrik disalurkan melalui jaringan kabel).
Manfaat:
– Tidak memerlukan bahan bakar minyak (BBM), hanya menggunakan sinar matahari yang gratis, sehingga dapat dimanfaatkan didaerah terpencil.
– Dipasang secara individual (satu rumah satu system) sehingga jika rumah berjauhan sekalipun tidak memerlukan jaringan kabel distribusi, dan gangguan pada satu system tidak mengganggu system lainnya.
Penggunaan:
Catu daya Telekomunikasi, telemetry, system instrumentasi & signals, lampu bidan desa/camping light dll. .
CONTROLLER
Controller/Charge Regulator adalah alat elektronik pada system Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS).
Berfungsi mengatur lalu lintas listrik dari modul surya ke battery/accu (apabila
battery/accu sdh penuh maka listrik dari modul surya tidak akan dimasukkan ke battery/accu dan sebaliknya), dan dari battery/accu ke beban (apabila listrik dalam battery/accu tinggal 20-30%, maka listrik ke beban otomatis dimatikan.
Versi standard umumnya dilengkapi dengan fungsi-fungsi untuk melindungi battery/accu dengan proteksi-proteksi berikut: .
a.LVD, Low voltage disconnect, apabila tegangan dalam battery rendah, ~11.2 V, maka untuk sementara beban tidak dapat dinyalakan. Apabila tegangan battery sudah melewati 12V, setelah di charge oleh modul surya, maka beban akan otomatis dapat dinyalakan lagi (reconnect). b.HVD, High Voltage disconnect, memutus listrik dari modul surya jika battery/accu sudah penuh. Listrik dari modul surya akan dimasukkan kembali ke battery jika voltage battery kembali turun.
fuse pengganti. Berfungsi untuk melindungi system PLTS apabila terjadi arus hubung singkat baik di modul surya maupun pada beban. Apabila terjadi short circuit maka jalur ke beban akan dimatikan sementara, dalam beberapa detik akan otomatis menyambung kembali.
d. Reverse Polarity, melindungi dari kesalahan pemasangan kutub (+) atau (-).
e.Reverse Current, melindungi agar listrik dari battery/accu tidak mengalir ke modul surya pada malam hari.
f.PV Voltage Spike, melindungi tegangan tinggi dari modul pada saat battery tidak disambungkankecontroller.
g.Lightning Protection, melindungi terhadap sambaran petir (s/d 20,000 volt).
SISTIM KELISTRIKAN PLTS
Dalam bagian ini akan dibahas tentang sistim kelistrikan tenaga surya. Sebelumnya akan dijelaskan beberapa istilah yang muncul disini. Pertama adalah power conditioner. Power conditioner telah dijelaskan secara sangat singkat diatas, disini akan diterangkan sedikit lebih detail.Inti dari alat ini adalah inverter. Yaitu komponen listrik yang berfungsi sebagai perubah listrik DC menjadi listrik AC. Power conditioner selain berfungsi untuk menghasilkan listrik AC yang bersih juga mengkontrol agar tegangan keluarannya berada dalam batas tegangan yang diperbolehkan. Beberapa fungsi lain power conditioner dapat disimpulkan sebagai
berikut :“sebagai switch yang mengontrol dimulainya dan dihentikannya kerja sistim.”
Mendeteksi islanding
Islanding adalah kondisi ketika terjadi pemutusan aliran listrik pada jaringan distribusi yang dimiliki oleh perusahaan listrik sedangkan PLTS tetap bekerja. Hal ini terjadi misalnya apabila timbul kerusakan pada jaringan distribusi listrik. Bila ini terjadi akan membahayakan pekerja yang akan memperbaiki kerusakan-kerusakan yang ada. Disini power conditioner berfungsi untuk mendeteksi terjadinya islanding dan dengan segera menghentikan kerja PLTS.
Pengontrol maksimum tenaga listrik
Tenaga listrik yang dihasilkan oleh solar panel tergantung pada suhu udara dan kuatnya cahaya. Pada suatu nilai suhu dan kuatnya cahaya, hubungan antara tenaga, tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh solar panel.Disini fungsi dari power conditioner adalah bagaimana mengontrol agar tenaga listrik yang diproduksi menjadi maksimum. Hal ini disebut dengan istilah MPPT (Maximum Power Point Tracking).
Pembagian sistem PLTS
Secara garis besar sistim kelistrikan tenaga surya dapat dibagi menjadi :
Sistim Terintegrasi
dihasilkan perusahaan listrik. Hal ini di banyak negara-negara industri maju secara peraturan telah memungkinkan.
Gb.Contoh Sistim di Rumah (sumber : Sharp Co.Ltd)Keterangan :
1. adalah solar panel
2. adalah power conditioner 3. adalah alat pendistribusi listrik
4. adalah alat pengukur banyaknya listrik yang dijual atau dibeli.
Keuntungan dari sistim ini adalah tidak diperlukan lagi battery. Biaya battery dapat dikurangi. Selain dari itu bagi rumah atau kantor yang memasang solar panel, mereka akan mendapatkan keuntungan dengan penjualan listrik. Persoalan yang dihadapi sekarang adalah soal teknis. Karena terhubungi dengan sistim distribusi, maka masalah keselamatan menjadi perhatian yang utama.Dan salah satu dari pemecahannya adalah membuat power conditioner yang mampu mendeteksi apabila terjadi kecelakaan dan mampu mengkontrol tegangan apabila terjadi
perubahan tegangan di AC load dan beberapa soal teknis yang lain.
Sistim Independensi
Selain sistim terintegrasi yang diterangkan diatas terdapat pula sistim independensi yang merupakan sistim yang selama ini banyak dipakai. Seperti terlihat dalam gambar di bawah ini sistim independensi dapat dibagi lagi yaitu yang dihubungkan dengan DC load dan yang dihubungkan dengan AC load.
Contoh dari sistim yang dihubungkan dengan dc load adalah pembangkit listrik untuk peralatan komunikasi. Misalnya peralatan komunikasi yang dipasang di pegunungan. Sedangkan yang dihubungakan dengan AC load adalah sistim pembangkit listrik untuk pulau-pulau yang terpencil.Dalam sistim ini, battery memainkan peranan yang sangat vital. Bila ada kelebihan listrik yang dihasilkan, misalnya pada siang hari, listrik ini disimpan di battery. Dan pada malam hari listrik yang disimpan ini dialirkan ke load.
dikombinasikan dengan pembangkit listrik tenaga angin. Kapasitas terpasang PLTS adalah 3.4 kW sedangkan dari tenaga angin 1.8 kW
Gb.Hirarki module (cell-module-array)
PLTS dilihat dari Perspektif Gender
Target Konsumen PLTS: Masyarakat didaerah yang belum Dilayani Listrik PLN.
Umumnya rumah terpencil, pendapatan rendah, kondisi infrastruktur minim, penerangan dengan Lampu minyak tanah.Target dari PLTS :
Meningkatkan Kualitas hidup masyarakat:
Memberikan penerangan (lampu), dg kualitas lebih baik, sehingga jam belajar dan beraktifitas lebih panjang;
Membukakan akses pada informasi (radio, TV, internet);
Memberikan akses pada sumber air minum dan pertanian (surya untuk pompa air);
Menciptakan bisnis baru didesa (jadi distributor/service center yang mampu dilakukan oleh Koperasi Wanita/Nelayan/Tani/Desa), LSM;
Menciptakan Lapangan Kerja di desa (penjualan dan service center memerlukan banyak tenaga lokal);
Menciptakan Tenaga Teknisi di desa.
Pemanfaatan energi matahari sebagai sumber energi alternatif untuk mengatasi krisis energi, khususnya minyak bumi, yang terjadi sejak tahun 1970-an mendapat perhatian yang cukup besar dari banyak negara di dunia. Di samping jumlahnya yang tidak terbatas,
pemanfaatannya juga tidak menimbulkan polusi yang dapat merusak lingkungan. Cahaya atau sinar matahari dapat dikonversi menjadi listrik dengan menggunakan teknologi sel surya atau fotovoltaik.
Komponen utama sistem pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) dengan menggunakan teknologi fotovoltaik adalah sel surya. Saat ini terdapat banyak teknologi pembuatan sel surya. Sel surya konvensional yang sudah komersil saat ini menggunakan teknologi wafer silikon kristalin yang proses produksinya cukup kompleks dan mahal. Secara umum, pembuatan sel surya konvensional diawali dengan proses pemurnian silika untuk menghasilkan silika solar grade (ingot), dilanjutkan dengan pemotongan silika menjadi wafer silika. Selanjutnya wafer silika diproses menjadi sel surya, kemudian sel-sel surya disusun membentuk modul surya. Tahap terakhir adalah mengintegrasi modul surya dengan BOS (Balance of System) menjadi sistem PLTS. BOS adalah komponen pendukung yang digunakan dalam sistem PLTS seperti inverter, batere, sistem kontrol, dan lain-lain.
Saat ini pengembangan PLTS di Indonesia telah mempunyai basis yang cukup kuat dari aspek kebijakan. Namun pada tahap implementasi, potensi yang ada belum dimanfaatkan secara optimal. Secara teknologi, industri photovoltaic (PV) di Indonesia baru mampu melakukan pada tahap hilir, yaitu memproduksi modul surya dan mengintegrasikannya menjadi PLTS, sementara sel suryanya masih impor. Padahal sel surya adalah komponen utama dan yang paling mahal dalam sistem PLTS. Harga yang masih tinggi menjadi isu penting dalam perkembangan industri sel surya. Berbagai teknologi pembuatan sel surya terus diteliti dan dikembangkan dalam rangka upaya penurunan harga produksi sel surya agar mampu bersaing dengan sumber energi lain.
Mengingat ratio elektrifikasi di Indonesia baru mencapai 55-60 % dan hampir seluruh daerah yang belum dialiri listrik adalah daerah pedesaan yang jauh dari pusat pembangkit listrik, maka PLTS yang dapat dibangun hampir di semua lokasi merupakan alternatif sangat tepat untuk dikembangkan. Dalam kurun waktu tahun 2005-2025, pemerintah telah merencanakan
menyediakan 1 juta Solar Home System berkapasitas 50 Wp untuk masyarakat berpendapatan rendah serta 346,5 MWp PLTS hibrid untuk daerah terpencil. Hingga tahun 2025 pemerintah merencanakan akan ada sekitar 0,87 GW kapasitas PLTS terpasang.
Dengan asumsi penguasaan pasar hingga 50%, pasar energi surya di Indonesia sudah cukup besar untuk menyerap keluaran dari suatu pabrik sel surya berkapasitas hingga 25 MWp per tahun. Hal ini tentu merupakan peluang besar bagi industri lokal untuk mengembangkan bisnisnya ke pabrikasi sel surya.
Kajian Investasi Pabrikasi Sel Surya di Indonesia
Keekonomian pabrikasi sel surya di Indonesia dilakukan dengan memperhitungkan faktor ketersediaan pasokan wafer silikon sebagai bahan baku utama, kapasitas produksi optimum, potensi pasar, faktor biaya, serta dampak dan manfaat yang dapat dihasilkan dari proyek pembangunan pabrik sel surya.
1. Subsidi
Subsidi dapat diberikan langsung kepada produsen sel surya atau pembuat perangkat pendukung Balance of System (BOS) agar harga sel surya beserta BOS dapat terjangkau oleh masyarakat.
Penerapan subsidi akan lebih efektif jika di Indonesia terdapat industri sel surya, baik pembuatan, perakitan, maupun industri BOS.
Untuk rural electrification, pemerintah dapat memberikan subsidi bagi daerah atau desa yang menerima bantuan sel surya dengan hanya membebani masyarakat pedesaan dengan tariff listrik yang jauh di bawah normal (jangan gratis)
2. Feed-in tariff
Feed-in tariff ialah harga yang dibayarkan oleh perusahaan listrik negara ketika membeli
listrik dari pembangkit listrik jenis energi terbarukan dengan harga yang ditetapkan oleh pemerintah setempat. Feed-in tariff ini merupakan insentif lain yang bertujuan untuk meningkatkan pemakaian listrik yang bersumber dari energi terbarukan, salah satunya sel surya.
Adanya infrastruktur yang memungkinkan masyarakat pengguna sel surya untuk menjualnya ke perusahaan listrik semisal PLN. Rumah dengan konsep BIPV diberikan koneksi ke jaringan listrik setempat, bukan untuk mengambil listrik dari PLN melainkan untuk mengalirkan (atau “menjual”) listriknya ke PLN.
3. Pemberian kredit
Program kredit sel surya disertai dengan program feed-in tariff, sehingga waktu pelunasan kredit terbantukan dengan adanya pemasukan dari penjualan listrik dari rumah ke perusaaan listrik.
Metode analisa biaya
Cara yang dilakukan untuk menilai kelayakan finansial pembangunan pabrik sel surya dilakukan dengan menggunakan metode “ discount cash flow “ secara konvensional, yaitu dengan penentuan Internal Rate of Return (IRR), Net Present Value (NPV), dan Payback Period.
Asumsi dan kondisi dasar perhitungan
Asumsi dan kondisi dasar perhitungan menyangkut faktor kapasitas produksi, biaya investasi awal, kebutuhan bahan pembantu, kebutuhan tenaga listrik, kebutuhan tenaga kerja, kebutuhan perbaikan dan perawatan mesin, harga pokok produksi (HPP), dan proyeksi penjualan.
Hasil perhitungan dan analisa biaya
miliar.
Perhitungan Profitabilitas Proyek (dalam rupiah)
Hasil analisis biaya dengan semua asumsi yang berlaku menunjukkan: IRR = 17,18%, NPV = 63,037,225,027, Payback Period = 7 tahun. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa investasi pembangunan pabrik sel surya secara finansial layak dengan mempertimbangkan bahwa berbagai asumsi dan kondisi sewaktu studi ini disusun tidak berubah.
