Konversi Tenaga Surya Sebagai Sumber Energi Alternatif Melalui Sistem
Konversi Tenaga Surya Sebagai Sumber Energi Alternatif Melalui Sistem
Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)
Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)
Janson Polo Dastia Janson Polo Dastia
Program Studi Pendidikan Fisika, Universitas Palangkaraya (Jl. Hendrik Timang, Komplek Kampus Unpar Program Studi Pendidikan Fisika, Universitas Palangkaraya (Jl. Hendrik Timang, Komplek Kampus Unpar ))
email: [email protected] email: [email protected]
Abstrak Abstrak
Kebutuhan
Kebutuhan akan akan energi energi selalu selalu meningkat meningkat berbanding berbanding terbalik terbalik dengan dengan keterseketersediaannya diaannya sehinggasehingga dibutuhkan pengembangan energi alternatif untuk memenuhinya. Sekitar 36% penduduk di
dibutuhkan pengembangan energi alternatif untuk memenuhinya. Sekitar 36% penduduk di IndonesiaIndonesia belum mendapat suplai energi listrik, dan 35% desa di Indonesia belum dialiri listrik. Indonesia belum mendapat suplai energi listrik, dan 35% desa di Indonesia belum dialiri listrik. Indonesia berada di garis khatulistiwa sehingga energi surya melalui Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) berada di garis khatulistiwa sehingga energi surya melalui Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) menjadi salah satu bentuk energi terbarukan yang potensial untuk dikembangkan. Energi surya menjadi salah satu bentuk energi terbarukan yang potensial untuk dikembangkan. Energi surya mudah didapatkan dari alam, tersedia merata sepanjang tahun, ramah lingkungan, dan tidak mudah didapatkan dari alam, tersedia merata sepanjang tahun, ramah lingkungan, dan tidak memiliki emisi CO
memiliki emisi CO22. Komponen utama PLTS yaitu sel surya dirangkai dalam sebuah modul surya. Komponen utama PLTS yaitu sel surya dirangkai dalam sebuah modul surya
yang terbentuk dari bahan semikonduktor yang mampu menghantarkan arus listrik
yang terbentuk dari bahan semikonduktor yang mampu menghantarkan arus listrik ketika ada energiketika ada energi kinetik yang menggerakkan partikel elektron di dalamnya ke pita konduksi. Dalam hal ini cahaya kinetik yang menggerakkan partikel elektron di dalamnya ke pita konduksi. Dalam hal ini cahaya matahari atau foton mampu menghasilkan energi kinetik untuk melepaskan ikatan elektron pada matahari atau foton mampu menghasilkan energi kinetik untuk melepaskan ikatan elektron pada semikonduktor
semikonduktor sehingga sehingga menimbulkan menimbulkan arus arus listrik. listrik. Selain Selain mengandalkan mengandalkan cahaya cahaya matahari, matahari, PLTSPLTS dapat bekerjasama dengan pembangkit jenis lain misalnya tenaga angin. PLTS juga dapat bekerja dapat bekerjasama dengan pembangkit jenis lain misalnya tenaga angin. PLTS juga dapat bekerja dengan tetap terhubung pada
dengan tetap terhubung pada jaringan PLN sehingga menghemat biaya pembayaran listrik. Selain ijaringan PLN sehingga menghemat biaya pembayaran listrik. Selain i tutu PLTS
PLTS telah telah dirancang dirancang untuk untuk mudah mudah dalam dalam instalasi, instalasi, operasi operasi dan dan perawatannya perawatannya sehingga sehingga akanakan menjadi sumber energi andalan untuk masa depan.
menjadi sumber energi andalan untuk masa depan. Kata
Kata Kunci :Kunci : Energi Alternatif, Energi surya, PLTS, Sel surya Energi Alternatif, Energi surya, PLTS, Sel surya
Abstact Abstact
The need for energy is increasing inversely proportional to the availability of that required to fulfill The need for energy is increasing inversely proportional to the availability of that required to fulfill the development of alternative energy. Approximately 36% of the population in Indonesia have not the development of alternative energy. Approximately 36% of the population in Indonesia have not got
got a a supply supply of of electricaelectrical l energy, energy, and and 35% 35% of of the the villages villages in in Indonesia Indonesia have have not not been been electrified.electrified. Indonesia is
Indonesia is on on the equator the equator so tso that hat solar energy solar energy through Solar through Solar Power Plant Power Plant (SPP) into (SPP) into one form one form ofof renewable energy potential to be developed. Solar energy is obtained from natural, available evenly renewable energy potential to be developed. Solar energy is obtained from natural, available evenly throughout the year, environmentally friendly, and has no CO2 emissions. SPP main components throughout the year, environmentally friendly, and has no CO2 emissions. SPP main components namely solar cells arranged in a solar module that is formed of a semiconductor material that can namely solar cells arranged in a solar module that is formed of a semiconductor material that can conduct electric current when there is the kinetic energy of electrons in it moving particles into the conduct electric current when there is the kinetic energy of electrons in it moving particles into the conduction band. In this case the sun light or photons are able to produce kinetic energy to break the conduction band. In this case the sun light or photons are able to produce kinetic energy to break the bonds of electrons in the semiconductor, causing an electric current. Besides relying on solar light, bonds of electrons in the semiconductor, causing an electric current. Besides relying on solar light, solar can work with other types of plants
solar can work with other types of plants eg wind power. SPP can also work with a stay eg wind power. SPP can also work with a stay connected toconnected to the grid thus saving the cost of electricity payments. In addition, SPP has been designed for easy the grid thus saving the cost of electricity payments. In addition, SPP has been designed for easy installation, operation and maintenance so that it will be a reliable energy source for the future. installation, operation and maintenance so that it will be a reliable energy source for the future. Keywords :
Keywords : Alternative energy, Solar Energy, SPP, Solar cell Alternative energy,Solar Energy, SPP, Solar cell
1.
1. PendahuluanPendahuluan
Kebutuhan energi akan selalu meningkat sebagai fungsi pertumbuhan jumlah penduduk. Untuk Kebutuhan energi akan selalu meningkat sebagai fungsi pertumbuhan jumlah penduduk. Untuk energi konvensional seperti migas, tingginya kebutuhan apabila tidak diimbangi dengan kapasitas energi konvensional seperti migas, tingginya kebutuhan apabila tidak diimbangi dengan kapasitas produksinya menyebabkan kelangkaan
produksinya menyebabkan kelangkaan sehingga terjadi sehingga terjadi kenaikan harga kenaikan harga dan dan krisis krisis energi. Salah energi. Salah satusatu usaha pemerintah yang terkait dengan kebijakan energi tersebut adalah dengan mengembangkan dan usaha pemerintah yang terkait dengan kebijakan energi tersebut adalah dengan mengembangkan dan meningkatkan ragam energi termasuk energi yang sangat potensial saat ini dan di masa yang akan meningkatkan ragam energi termasuk energi yang sangat potensial saat ini dan di masa yang akan datang. Berdasarkan Rencana Umum Ketenagalistrikan Nasional (RUKN), prosentase penduduk datang. Berdasarkan Rencana Umum Ketenagalistrikan Nasional (RUKN), prosentase penduduk Indonesia yang belum memperoleh suplai listrik 36% dan desa yang belum memperoleh suplai listrik Indonesia yang belum memperoleh suplai listrik 36% dan desa yang belum memperoleh suplai listrik
35%. Hal ini menunjukkan pentingnya pengembangan bidang energi terbarukan. Sebagai negara
tropis, potensi tenaga surya di Indonesia cukup tinggi dengan intensitas sebesar 4,8 kWh/m2/hari dengan pemanfaatan baru sebesar 42,78 MW (BPPT: 2013).
Hal ini tentu sangat potensial untuk dimanfaatkan dalam memenuhi kebutuhan energi listrik mengingat beratnya permasalahan yang terkait dengan pembangkitan listrik berbahan bakar fosil. Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) sebagai salah satu sumber energi terbarukan dapat memberikan manfaat yang besar bagi masyarakat dalam memenuhi kebutuhan energi listrik tanpa harus mengeluarkan biaya yang tinggi untuk sistem transmisi daya atau perawatan lingkungan secara umum. Dalam tulisan ini diuraikan tentang energi surya dan sistem konversi energinya menjadi listrik. Tujuan penulisan ini adalah untuk menjelaskan potensi energi surya untuk sumber energi listrik alternatif serta keuntungan penggunaan energi surya.
2. Studi Pustaka
A. Energi Surya
Energi surya adalah energi yang diperoleh dengan mengubah energi panas matahari melalui peralatan tertentu menjadi sumber daya dalam bentuk lain (Bagus: 2011). Sedangkan Arfita (2013:
21) berpendapat energi surya adalah sumber energi yang t idak akan pernah habis ketersediaannya dan energi ini juga dapat dimanfaatkan sebagai energi alternatif yang akan di ubah menjadi energi listrik melalui sel surya.
Sebagai negara tropis, potensi tenaga surya di Indonesia cukup tinggi dengan intensitas sebesar 4,8 kWh/m2/hari dengan pemanfaatan baru sebesar 42,78 MW (BPPT: 2013). Disamping tak terbatas, energi surya sangat potensial untuk penggunaan jangka panjang, karena dibandingkan dengan sumber energi lain misalnya fosil adalah jenis energi yang tidak dapat diperbaharui, ketersediaannya semakin berkurang dan sehingga cepat atau lambat akan habis persediaannya (Ethelbert: 2014)
B. Sel Surya
Komponen utama pembangkit listrik tenaga surya adalah sel fotovoltaik (PV) yang dapat mengubah energi cahaya (foton) menjadi energi listrik. Efek fotovoltaik ditemukan pada tahun 1839 oleh Becquerel dan sel surya pertama kali dibuat oleh Laboratorium Bell pada tahun 1954 (Ethelbert: 2014).
Sigalingging (dalam Artifa, 2013: 22) menyatakan bahwa pada umumnya sel surya memiliki ketebalan minimum 0.3 mm, yang terbuat dari irisan bahan semikonduktor dengan kutub Positip dan Negatif. Sedangkan Wasito (Artifa: 2013) menyatakan bahwa dioda listrik surya / sel surya
merupakan suatu dioda yang dapat mengubah energi surya / matahari secara langsung menjadi energi listrik. Untuk struktur dari sel surya dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Stuktur Sel Surya. Sumber : (Arfita: 2013)
Gambar 1 menjelaskan sel surya berbentuk dioda pertemuan P – N yang memiliki luas penampang tertentu. Semakin luas permukaan atau penampang sel, semakin besar arus yang akan diperoleh. Satu sel surya dapat menghasilkan beda potensial sebesar 0.5V DC (dalam keadaan cahaya penuh). Beberapa sel dapat dideretkan guna memperoleh tegangan 6, 9, 12, 24V , dan seterusnya. Sel surya dapat pula dijajarkan guna memperoleh arus keluaran lebih besar. Bahan dasar dari sel surya adalah Silikon, dimana Fosfor digunakan untuk menghasilkan Silikon tipe – N dan Boron digunakan sebagai pencemar untuk memperoleh bahan tipe – P.
Sigalingging (dalam Arfita, 2013: 23) menyatakan bahwa sel surya pada keadaan tanpa penyinaran, mirip seperti permukaan penyearah setengah gelombang dioda. Ketika sel surya
mendapat sinar akan mengalir arus konstan yang arahnya berlawanan dengan arus dioda seperti pada Gambar 2.
Gambar 2. Karakteristik Suatu Sel Surya dan Dioda. Sumber : (Arfita: 2013)
Dari Gambar 2 dapat dilihat bahwa grafik sel surya tidak tergantung dari sifat – sifat dioda. Jika diselidiki pada kuadran IV akan ditemukan tiga titik penting, yaitu :
a) Tegangan beban nol U0 diukur tanpa beban tanpa dipengaruhi penyinaran.
b) Arus hubungan singkat IK diukur saat sel hubungan singkat dan arus hubungan singkat berbanding lurus dengan kuat penyinaran.
c) Titik daya maksimum ( Maximum Power Point = MPP) dari sel surya didapatkan dari hasil arus dan tegangan yang dibuat pada setiap titik.
Gambar 3. Karakteristik Suatu Sel Surya Monokristal dengan Luas 40cm2, pada Penyinaran 1000 W/m2. Sumber : (Arfita: 2013)
Pada gambar 3 dijelaskan bahwa saat U0 dan IK maksimum, daya yang dihasilkan oleh suatu sel
surya sama dengan nol. Pada suatu titik tertentu daya sel surya mencapai titik maksimum dan titik ini disebut dengan titik MPP ( Maximum Power Point ), yang pada prakteknya selalu diusahakan agar pemakaian berpatokan dari titik MPP ini. Konversi energi dari sel surya ke konsumen akan
maksimum apabila tahanan pemakai (RL) dan tahanan sel surya memenuhi persamaan, berikut :
(1)Keadaan ini pada teknik listrik disebut dengan istilah beban pas. Dengan bantuan pengubah
tegangan searah khusus atau sering disebut MPT (Maximum Power Tracker) memungkinkan beban pas ini tercapai.
Ditinjau dari konsep struktur kristal bahannya terdapat tiga tipe utama sel surya, yaitu sel surya berbahan dasar monokristalin, polikristalin, dan amorf. Ketiga tipe ini telah dikembangkan dengan berbagai macam variasi bahan, misalnya silikon, CIGS (copper indium gallium selenide), dan CdTe(Cadmium Telluride) (Litbang ESDM:2011). 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.(Litbang ESDM: 2011)
Berikut perkembangan sel surya menurut Sutrisno (2012) : 1) Generasi pertama
Teknologi pertama yang berhasil dikembangkan oleh para peneliti adalah teknologi yang menggunakan bahan silikon kristal tunggal. Teknologi ini dalam mampu menghasilkan sel surya dengan efisiensi yang sangat tinggi. Masalah terbesar yang dihadapi dalam pengembangan silikon
kristal tunggal ini adalah bahwa untuk dapat diproduksi secara komersial sel surya ini harganya sangat mahal sehingga membuat solar sel panel yang dihasilkan menjadi tidak efisien sebagai sumber energi alternatif.
Teknologi yang kedua adalah dengan menggunakan wafer silikon polikristal . Saat ini, hampir sebagian besar panel solar sel yang beredar di pasar komersial berasal dari screen printing jenis silikon polikristal ini. Wafer silikon polikristal dibuat dengan teknologi casting berupa balok silikon dan dipotong-potong dengan metode wire-sawing menjadi kepingan (wafer ), dengan ketebalan sekitar 250-350 micrometer. Dengan teknologi ini bisa diperoleh sel surya lebih murah meskipun tingkat efisiensinya lebih rendah jika dibandingkan dengan silikon kristal tunggal. Kedua jenis sel surya di dikenal sabagai sel surya generasi pertama.
2) Generasi kedua
Generasi kedua adalah sel surya yang dibuat dengan teknologi lapisan tipis (thin film). Teknologi pembuatan sel surya dengan lapisan tipis ini dimaksudkan untuk mengurangi biaya pembuatan solar sel mengingat teknologi ini hanya menggunakan kurang dari 1% dari bahan baku silikon jika dibandingkan dengan bahan baku untuk tipe silikon wafer . Metode yang paling sering dipakai dalam pembuatan silikon jenis lapisan tipis ini adalah dengan Plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) dari gas silane dan hidrogen. Lapisan yang dibuat dengan metode ini menghasilkan silikon yang tidak memiliki arah orientasi kristal atau yang dikenal sebagai amorphous silikon (non kristal ).
Selain menggunakan material dari silikon, sel surya lapisan tipis juga dibuat dari bahan semikonduktor lainnya yang memiliki efisiensi solar sel tinggi seperti Cadmium Telluride (Cd Te) dan Copper Indium Gallium Selenide (CIGS). Efisiensi tertinggi saat ini yang bisa dihasilkan oleh jenis solar sel lapisan tipis ini adalah sebesar 19,5% yang berasal dari solar sel CIGS. Keunggulan lainnya dengan menggunakan tipe lapisan tipis adalah semikonduktor sebagai lapisan solar sel bisa dideposisi pada substrat yang lentur sehingga menghasilkan divais solar sel yang fleksibel. Persoalannya adalah material ini belum dapat diterima dengan baik karena mengandung unsur cadmium. Bila rumah yang atapnya dipasang sel surya CdTe terbakar, unsur cadmium ini akan menimbulkan polusi yang membahayakan.
3) Generasi ketiga
Penelitian agar harga solar sel menjadi lebih murah selanjutnya memunculkan teknologi generasi ketiga yaitu teknologi pembuatan sel surya dari bahan polimer atau disebut juga dengan sel surya organik dan sel surya foto elektrokimia. Sel Surya organik dibuat dari bahan semikonduktor organik seperti polyphenylene vinylene dan fullerene.Pada solar sel generasi ketiga ini foton yang datang tidak harus menghasilkan pasangan muatan seperti halnya pada teknologi sebelumnya melainkan membangkitkan exciton. Exciton inilah yang kemudian berdifusi pada dua permukaan bahan konduktor (yang biasanya di rekatkan dengan organik semikonduktor berada di antara dua keping konduktor) untuk menghasilkan pasangan muatan dan akhirnya menghasilkan efek arus foto ( photocurrent ). Sedangkan sel surya photokimia merupakan jenis sel surya exciton yang terdiri dari
sebuah lapisan partikel nano (biasanya titanium dioksida) yang di endapkan dalam sebuah perendam (dye). Teknologi ini pertama kali diperkenalkan oleh Profesor Graetzel pada tahun 1991 sehingga jenis solar sel ini sering juga disebut dengan Graetzel sel atau dye-sensitized solar cells (DSSC).
Graetzel sel ini dilengkapi dengan pasangan redok yang diletakkan dalam sebuah elektrolit (bisa berupa padat atau cairan). Komposisi penyusun solar sel seperti ini memungkinkan bahan baku pembuat Graetzel sel lebih fleksibel dan bisa dibuat dengan metode yang sangat sederhana seperti screen printing . Meskipun solar sel generasi ketiga ini masih memiliki masalah besar dalam hal efisiensi dan usia aktif sel yang masih terlalu singkat, solar sel jenis ini akan mampu memberi pengaruh besar dalam sepuluh tahun ke depan mengingat harga dan proses pembuatannya yang akan
sangat murah.
C. Efek Fotolistrik
Ketika seberkas cahaya dikenakan pada logam, sehingga ada elektron yang keluar dari permukaan logam. Gejala ini disebut efek fotolistrik. Efek fotolistrik diamati melalui prosedur sebagai berikut. Dua buah pelat logam (lempengan logam tipis) yang terpisah ditempatkan di dalam tabung hampa udara. Di luar tabung kedua pelat ini dihubungkan satu sama lain dengan kawat. Mula-mula tidak ada arus yang mengalir karena kedua plat terpisah. Ketika cahaya yang sesuai dikenakan kepada salah satu pelat, arus listrik terdeteksi pada kawat. Ini terjadi akibat adanya elektron-elektron yang lepas dari satu pelat dan menuju ke pelat lain secara bersama-sama membentuk arus listrik (Arfita: 2013). Hal itu seperti terlihat pada gambar 4.
Gambar 4. Efek Fotolistrik. (Sumber : www.pengertianahli.com)
Hasil pengamatan terhadap gejala efek fotolistrik memunculkan sejumlah fakta yang merupakan karakteristik dari efek fotolistrik. Menurut Einstein, radiasi elektromagnetik merupakan arus paket- paket energi. Satu paket energi yang berfrekuensi f memiliki energi :
(2)Dan setiap paket energi tersebut dinamakan foton. (Proyambodo: 2009)
Konsep energi yang terkuantisasi digunakan oleh Einstein untuk menjelaskan terjadinya efek fotolistrik. Konsep penting yang dikemukakan Einstein sebagai latar belakang terjadinya efek
fotolistrik adalah bahwa satu elektron menyerap satu kuantum energi. Satu kuantum energi yang diserap elektron digunakan untuk lepas dari logam dan untuk bergerak ke pelat logam yang lain. Hal ini dapat dituliskan sebagai Energi cahaya sama dengan Energi ambang ditambah dengan Energi kinetik maksimum elektron. Yang dirumuskan :
(3) (4)
Persamaan ini disebut persamaan efek fotolistrik Einstein (Arfita: 2013). E0 adalah energi ambang
logam atau fungsi kerja logam, f 0 adalah frekuensi ambang logam, f adalah frekuensi cahaya yang
digunakan, dan Ekm adalah energi kinetik maksimum elektron yang lepas dari logam dan bergerak ke
pelat logam yang lain. Satuan energi dalam SI adalah joule (J) dan frekuensi adalah hertz (Hz). Tetapi, fungsi kerja logam biasanya dinyatakan dalam satuan elektron volt (eV) se hingga perlu diingat bahwa
1 eV = 1,6 × 10−19 J.
Gerakan elektron yang ditandai sebagai arus listrik pada gejala efek fotolistrik dapat dihentikan oleh suatu tegangan listrik yang dipasang pada rangkaian. Jika pada rangkaian efek fotolistrik dipasang sumber tegangan dengan polaritas terbalik (kutub positif sumber dihubungkan dengan pelat tempat keluarnya elektron dan kutub negatif sumber dihubungkan ke pelat yang lain), terdapat satu nilai tegangan yang dapat menyebabkan arus listrik pada rangkaian menjadi nol. Arus nol atau tidak ada arus berarti tidak ada lagi elektron yang lepas dari permukaan logam akibat efek fotolistrik (Arfita: 2013).
Nilai tegangan yang menyebabkan elektron berhenti terlepas dari permukaan logam pada efek fotolistrik disebut tegangan atau potensial penghenti. Jika V0 adalah potensial penghenti, maka:
(6)Persamaan ini pada dasarnya adalah persamaan
energi. Perlu diperhatikan bahwa e adalah muatan elektron yang besarnya 1,6 × 10−19 C dan tegangan dinyatakan dalam satuan volt. (Arfita: 2013).
Besarnya energi minimal yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari energi ikatnya disebut fungsi kerja ( Eo) atau energi ambang. Besarnya Eo tergantung pada jenis logam yang digunakan. Apabila energi foton yang diberikan pada elektron lebih besar dari fungsi kerjanya, maka kelebihan energi tersebut akan berubah menjadi energi kinetik elektron. Akan t etapi jika energi foton lebih kecil dari energi ambangnya (hf<E0) tidak akan menyebabkan efek fotolistrik. Frekuensi foton terkecil yang mampu menimbulkan efek fotolistrik disebut frekuensi ambang. Sebaliknya panjang gelombang terbesar yang mampu menimbulkan efek fotolistrik disebut panjang gelombang ambang. Sehingga hubungan antara energi foton, fungsi kerja dan energi kinetik efek fotolistrik dapat dinyatakan dalam persamaan :
(7)D. Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)
Hasan (2012: 173) menyatakan komponen PLTS terdiri atas: 1. Modul Surya
Komponen utama dari PV yang dapat menghasilkan energi listrik DC disebut panel surya atau modul surya. Panel surya terbuat dari bahan semikonduktor (umumnya silikon) yang apabila disinari oleh cahaya matahari dapat menghasilkan arus listrik.
2. Baterai/Aki
Baterai atau aki adalah penyimpan energi listrik pada saat matahari tidak ada. Baterai yang cocok digunakan untuk PV adalah baterai deep cycle lead acid yang mampu menampung kapasitas 100 Ah, 12 V, dengan efisiensi sekitar 80%. Waktu pengisian baterai/aki selama 12 jam - 16 jam.
3. Regulator Baterai
Regulator baterai adalah alat yang mengatur pengisian arus listrik dari modul surya ke baterai/aki dan sebaliknya. Saat isi baterai tersisa 20% sampai 30%, maka regulator akan memutuskan dengan beban. Regulator baterai juga mengatur kelebihan mengisi baterai dan kelebihan tegangan dari modul surya. Manfaat dari alat ini juga untuk menghindari full discharge dan overloading serta memonitor suhu baterai. Kelebihan tegangan dan pengisian dapat mengurangi umur baterai. Regulator baterai dilengkapi dengan diode protection yang menghindarkan arus DC dari baterai agar tidak masuk ke panel surya lagi.
4. Inverter
Inverter adalah alat yang mengubah arus DC menjadi AC sesuai dengan kebutuhan peralatan listrik yang digunakan. Alat ini mengubah arus DC dari panel surya menjadi arus AC untuk kebutuhan beban-beban yang menggunakan arus AC.
5. Kabel Instalasi
Kabel yang digunakan untuk instalasi PV adalah kabel khusus yang dapat mengurangi loss (kehilangan) daya, pemanasan pada kabel, dan kerusakan pada perangkat.
Hasan (2012: 172) menyatakan prinsip kerja PLTS yaitu cahaya matahari dapat diubah menjadi energi listrik melalui modul surya yang terbuat dari bahan semikonduktor. Bahan semikonduktor, merupakan bahan semi logam atau silikon yang memiliki partikel yang disebut elektron-proton, yang apabila digerakkan oleh energi dari luar akan membuat pelepasan elektron sehingga menimbulkan arus listrik.
Hasan (2012: 172) menyatakan pula bahwa energi foton pada cahaya matahari menghasilkan energi kinetik yang mampu melepaskan elektron-elektron ke pita konduksi sehingga menimbulkan arus listrik. Intensitas cahaya matahari tertinggi diserap bumi terjadi pada siang hari sehingga menghasilkan tenaga surya yang diserap bumi ada sekitar 120.000 terra Watt
Hasan (2012:171), menyatakan PLTS dapat berupa sistem tersebar ( stand-alone), sistem terpusat (centralized ) dan sistem hibrida (hybrid system). Sistem stand alone hanya mensuplai listrik khusus untuk kebutuhan beban yang tersebar di masing-masing lokasi dan bersifat off grid karena hanya mengharapkan energi dari sinar matahari. Centralized PV sistem adalah PLTS yang mensuplai listrik secara terpusat untuk berbagai lokasi/beban yang bersifat on grid maupun off grid yang artinya bisa bekerja bersama-sama mensuplai listrik dengan PLN.. Sedangkan System hybrid , yaitu PLTS
digunakan bersama-sama dengan sistem pembangkit lainnya dalam mensuplai listrik.
3. Metode Penulisan
Langkah-langkah yang dilakukan dalam penulisan makalah ini adalah : a) Studi Literatur
Mengambil bahan dari jurnal-jurnal penelitian ilmiah terdahulu dan buku-buku yang bersangkutan dengan topik serta sumber dari internet yang relevan.
b) Studi Bimbingan
Diskusi berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak dosen pengampu mengenai masalah-masalah yang dialami selama penulisan makalah ini.
4. Pembahasan
A. Jenis Sistem PLTS
1) Stand Alone Photovoltaic
Menurut Hasan (2012: 171), Sistem stand alone hanya mensuplai listrik khusus untuk kebutuhan beban yang tersebar di masing-masing lokasi dan bersifat off grid . Stand Alone PV system atau Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Tersebar (PLTS-Tersebar) merupakan sistem pembangkit listrik alternatif untuk daerah-daerah terpencil/pedesaan yang tidak terjangkau oleh jaringan PLN. Sistem PLTS Sistem Tersebar disebut juga Stand-Alone PV system yaitu sistem pembangkit listrik yang hanya mengandalkan energi matahari sebagai satu-satunya sumber energi utama dengan menggunakan rangkaian modul fotovoltaik untuk menghasilkan energi listrik sesuai dengan kebutuhan.
Secara umum Konfigurasi PLTS Sistem Tersebar dapat dilihat seperti terlihat pada gambar 5 :
Gambar 5 menjelaskan Prinsip Kerja PLTS Sistem Tersebar sebagai berikut :
a) Pada PLTS Sistem Tersebar ini, sumber energi energi listrik yang dihasilkan oleh Modul Surya (PV) pada siang hari akan disimpan dalam baterai. Proses pengisian energi listrik dari PV ke baterai diatur oleh Solar Charge kontroler agar tidak terjadi over charge. Besar energi yang
dihasilkan oleh PV sangat tergantung kepada intensitas penyinaran matahari yang diterima oleh PV dan efisiensi cell. Intensitas matahari maksimum mencapai 1000 Watt/m2, dengan efisiensi cell 14% maka daya yang dapat dihasilkan oleh PV adalah sebesar 140 Watt/m2.
b) Selanjutnya energi yang tersimpan dalam baterai digunakan untuk menyuplai beban melalui Inverter saat dibutuhkan. Inverter mengubah tegangan DC pada sisi baterai menjadi tegangan AC pada sisi beban.
2) Centralized PV sistem
Centralized PV sistem adalah PLTS yang mensuplai listrik secara terpusat untuk berbagai lokasi/beban yang bersifat on grid maupun off grid. ( Hasan, 2012 :171 ).
Centralized PV sistem atau PLTS sistem terpusat terbagi atas dua jenis yaitu :
a. Grid Connected Photovoltaic System
Sesuai namanya, Grid Connected-PV , maka sistem ini akan tetap berhubungan dengan jaringan PLN dengan mengoptimalkan pemanfaatan Energi PV untuk menghasilkan energi listrik semaksimal mungkin (Widianto:2011).
Gambar 6. Prinsip Kerja PLTS On Grid (sumber: http://rakhman.net)
Gambar 6 menjelaskan jika pada siang hari, Modul Surya yang terpasang pada atap akan mengkonversi sinar matahari menjadi Energi listrik Arus Searah (DC). Selanjutnya sebuah komponen yang disebut Grid-inverter merubah listrik arus searah (DC) dari PV menjadi listrik arus bolak-balik (AC). Pada malam hari atau jika kondisi cuaca mendung maka peralatan akan disupport oleh jaringan PLN. Hal ini dimungkinkan karena sistem ini tetap terkoneksi dengan j aringan PLN.(Rakhmat: 2013).
b. Grid-connected PV with Battery Backup
Sistem ini juga berfungsi sebagai backup energi listrik untuk menjaga kontinuitas operasional peralatan-peralatan elektronik. Jika suatu saat terjadi kegagalan pada suplai listrik PLN (pemadaman listrik) maka peralatan-peralatan elektronik tetap dapat beroperasi secara normal dalam jangka waktu
tertentu tanpa adanya gangguan (Widianto: 2011). Grid-connected PV with battery backup pada prinsip kerjanya sama dengan Grid Connected-PV . Perbedaan dan keunggulannya ialah karena pada
sistem ini kelebihan energi akan disimpan dalam baterai.
Gambar 7. Prinsip Kerja PLTS On Grid With Battery Backup (sumber: http://rakhman.net)
3) Hybrid Photovoltaic System
Hasan (2012: 171), menyatakan hybrid PV system adalah PLTS digunakan bersama-sama dengan sistem pembangkit lainnya dalam mensuplai energi listrik . Tujuan utama dari hybrid system pada dasarnya adalah berusaha menggabungkan dua atau lebih sumber energi (sistem pembangkit) sehingga dapat saling menutupi kelemahan masing-masing dan dapat dicapai keandalan suplai dan efisiensi ekonomis pada tipe load (load profile) tertentu.
Sistem ini merupakan salah satu alternatif sistem pembangkit yang tepat diaplikasikan pada daerah-daerah yang sukar dijangkau oleh sistem pembangkit besar seperti jaringan PLN atau Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD). Sistem hybrid ini memanfaatkan energi terbarukan sebagai sumber utama (primer) yang dikombinasikan dengan genset atau lainnya sebagai sumber energi cadangan (sekunder).
B. Perancangan Teknologi PLTS
Langkah-langkah perancangan teknologi PLTS menurut Hasan (2012: 177) adalah sebagai berikut:
1. Mencari total beban pemakaian per hari. Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:
Beban Pemakaian (Wh) = Daya L ama Pemakaian .
2. Menentukan ukuran kapasitas modul surya yang sesuai dengan beban pemakaian. Rumus yang digunakan adalah:
Kapasitas M odul Sur ya
=
Insolasi surya harian adalah ketersediaan energi surya rata-rata di Indonesia sekitar 4,8 kWh/m2. 3. Menentukan kapasitas baterai / aki. Rumus yang digunakan adalah :
Kapasitas Baterai =
Perancangan PLTS tergolong sangat mudah dan sederhana sehingga dapat dilakukan sendiri untuk skala yang kecil terutama di daerah pedesaan.
C. Instalasi Teknologi PLTS
Teknologi PLTS dirancang untuk memudahkan dalam instalasi dan maintenance, sehingga instalasi teknologi ini tidak membutuhkan waktu lama atau hanya sehari. Menurut Hasan (2012: 177) hal yang perlu diperhatikan dalam instalasi adalah lokasi pemasangan harus terletak di lapangan terbuka yang tidak terhalangi oleh pohon raksasa atau bangunan tinggi agar cahaya yang diperoleh maksimal. Posisi instalasi diharapkan miring menghadap ke utara disebabkan karena letak Indonesia di sebelah selatan bumi.
Tabel 1.
Posisi kemiringan instalasi panel surya.
Garis Lintang Sudut Kemiringan
0 - 15° 15° 15 - 25° 25° 25 - 30° 30° 30 - 35° 40° 35 - 40° 45° 40 - 90° 65° Sumber : (Hasan:2012)
Lokasi baterai/aki sebaiknya diletakkan di tempat yang lembab dan jauh dari jangkauan anak-anak. Sedangkan asesoris panel surya yang lain yang letaknya di luar ruangan harus resistan terhadap sinar matahari. Posisi regulator harus mudah diakses untuk memudahkan pengecekan dan perawatan.
Adapun jenis-jenis ukuran panel sel surya terlihat pada tabel 2.
Tabel 2.
Ukuran panel sel surya.
Solar Cells 10 Wp 20 Wp 50 Wp 80 Wp 120 Wp Jumlah-Watt untuk pengisian baterai (5 jam sehari) 50 W 100 W 250 W 400 W 600 W Sumber : (Hasan:2012)
Wp atau Watt-peak adalah satuan daya (Watt) yang dapat dibangkitkan modul surya dalam keadaan standar uji. Sel Surya dengan kekuatan 50 Wp dalam 5 jam penyinaran maka energi listrik yang
dihasilkan mencapai 250 Watt. D. Keuntungan Penggunaan PLTS
Penggunaan PLTS di Indonesia sangat menguntungkan karena sesuai dengan keadaan geografis yang terletak di wilayah khatulistiwa dengan intensitas sebesar 4,8 kWh/m2/hari (BPPT: 2013). Hal ini perlu ditingkatkan mengingat besarnya potensi dan banyaknya daerah di Indonesia yang belum dialiri listrik.
Dalam konsep efek fotolistrik dimana intensitas energi cahaya memiliki frekuensi f yang menyinari permukaan logam (semikonduktor), maka besarnya energi yang terkuantisasi adalah sama dengan
Untuk melepaskan elektron dari permukaan logam diperlukan energi sebesar
Dengan intensitas dan frekuensi yang besar dan merata sepanjang hari setiap tahun maka energi surya merupakan energi alternatif yang sangat menguntungkan dalam penggunaan jangka panjang, selain itu manfaatnya antara lain :
1) Mereduksi penggunaan bahan bakar fosil sehingga mengurangi polusi/emisi bahan bakar
2) Bersih, tidak berisik, menggunakan energi gratis dari matahari sepanjang tahun
3) Tanpa biaya operasional, hanya memerlukan investasi awal
4) Pengoperasian secara otomatis dan Perawatan sistem yang sangat mudah
5) Sesuai untuk kondisi geografis Indonesia
5. Kesimpulan
Berdasarkan uraian diatas, dapat diambil kesimpulan bahwa :
a. PLTS adalah pembangkit listrik yang digunakan untuk mengubah energi surya menjadi energi listrik dengan menggunakan sel surya / photovoltaic melalui proses efek fotolistrik.
Sistem PLTS terdiri dari sistem tersebar, sistem terpusat dan sistem hi brida. b. PLTS atau tenaga surya memiliki banyak keuntungan yaitu:
1) Mereduksi penggunaan bahan bakar fosil sehingga mengurangi polusi atau emisi bahan bakar. 2) Bersih, tidak berisik, menggunakan energi gratis dari matahari sepanjang tahun.
3) Tidak memerlukan biaya operasional.
5) Dapat dioperasikan bersama sistem pembangkit listrik lain (hybrid ). 6) Sesuai untuk kondisi geografis Indonesia.
6. Ucapan Terima Kasih
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Ibu Wiwik Agustinaningsih, S.Pd, M.Pd selaku dosen pembimbing, yang telah memberikan petunjuk, arahan serta saran yang sangat bermanfaat dalam proses penyusunan hingga makalah ini dapat terselesaikan tepat pada waktunya. Ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya pula kepada Bapak Dr. Komang Gde Suastika, M.Si dan Bapak Saulim DT. Hutahaean, S.Pd, M.Pd, selaku dosen pengampu mata kuliah Seminar Fisika, yang telah membimbing kami dalam mata kuliah Seminar
Fisika ini. Semoga Tuhan Yang Maha Esa membalasnya dengan lebih baik.
7. Daftar Pustaka
Hasan, Hasnawiya.(2012). Perancangan Pembangkit Listrik Di Pulau Saugi. Jurnal Riset dan Teknologi Kelautan (JRTK) Volume 10, Nomor 2
Dewi, Arfita Yuana, dan Antonov.(2013)
.
Pemanfaatan Energi Surya Sebagai Suplai Cadangan Pada Laboratorium Elektro Dasar di Institut Teknologi Padang. Jurnal Teknik ElektroVolume 2 No. 3
Kumara, Nyoman S.(2010). Pembangkit Listrik Tenaga Surya Skala Rumah Tangga Urban dan Ketersediaannya di Indonesia. Jurnal Teknik Elektro Volume 9, No 1
Bachtiar, Muhammad.(2012). Prosedur Perancangan Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Untuk Perumahan (Solar Home System). Jurnal Smartek
Stevanus, Widianto.(2011). Sistem Instalasi PLTS 1000 Wp Sitting Ground Teknik Elektro Undip Semarang .Makalah Seminar Kerja Praktek
Sutrisno, DR. (2012). Menyonsong Industri Sel Surya di Indonesia.Artikel Teknologi Sel Surya. Dari www.len.co.id. (diakses tanggal 5 Desember 2014, pukul 12:13)
TIM.(2013). Outlook Energi Indonesia 2013. Jakarta : Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT)
Priyambodo, E.Kuntoro, dan Bambang. (2009). Fisika Dasar untuk Mahasiswa Ilmu Komputer dan Informatika. Yogyakarta:Penerbit Andi
Rakhman,Alief.(2013). Jenis Sistem PLTS. Diambil dari http://rakhman.net (diakses tanggal 29 November, pukul 13.10)
Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral.(2011). Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). Diambil dari http://www.litbang.esdm.go.id.(diakses tanggal 29 November 2014, pukul 14.23)
Aditya,Bagus.(2011). Definisi Energi Matahari dan Cara Pemanfaatannya. Dari http://energysources2011. blogspot.com (diakses tanggal 5 Desember 2014 Pukul 21:25)
