ASPEK EKONOMI DAN PERAWATAN PADA SOLAR HOME
SYSTEM 50 Wp
TUGAS AKHIR
Untuk memenuhi sebagai persyaratan mencapai derajat sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin
Diajukan oleh : WILLY ANTO NIM : 045214051
Kepada
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ASPEK EKONOMI DAN PERAWATAN PADA SOLAR HOME SYSTEM 50 Wp
TUGAS AKHIR
Untuk memenuhi sebagai prasyarat Mencapai derajat Sarjana Teknik
di Teknik Mesin
Disusun Oleh :
051 5214 04 : NIM
ANTO WILLY
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
ECONOMIC ASPECT AND MAINTENANCE OF SOLAR HOME SYSTEM 50 Wp
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree
In Mechanical of Engineering
By :
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA
2009
INTISARI
Listrik merupakan kebutuhan yang penting bagi masyarakat. Pemakaian
sumber energi surya di Indonesia mempunyai prospek yang sangat baik,
mengingat bahwa Indonesia negara tropis yang dilewati khatulistiwa mempunyai
potensi energi surya yang cukup baik. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui
biaya investasi awal dan perawatan pada penggunaan panel surya dengan daya 50
Wp.
Alat yang digunakan untuk mengkonversikan energi surya menjadi listrik ini
terdiri atas panel surya, BCR (Battery Charge Regulator), baterai, inverter dan
lampu TL. Variabel yang diukur pada penelitian ini adalah nilai ekonomi dan
biaya perawatan panel surya.
Hasil dari penelitian menunjukan biaya investasi awal adalah Rp.
6.875.000,-biaya perbaikan adalah Rp. 25.800,- perbulan, 6.875.000,-biaya perawatan adalah
Rp. 1.100,- perbulan untuk penggunaan panel surya dengan daya 50 Wp.
KATA PENGANTAR
Terima kasih kepada kebesaran Tuhan yang telah selalu setia memberikan
berkat, rahmat, dan karunia-Nya kepada penulis sehingga atas ijin-Nya, sehingga
Tugas Akhir dalam mencapai gelar sarjana pun akhirnya dapat diselesaikan.
Terima kasih juga penulis sampaikan kepada pihak-pihak yang telah memberikan
bimbingan, dorongan, fasilitas dan bantuan yang sangat berarti bagi penulis dalam
menyelesaikan tugas akhir ini. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada:
1. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Budi Sugiharto, S.T., M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Budi Setyahandana, S.T., M.T., dosen pembimbing yang telah
memberikan bimbingan, dorongan serta meluangkan waktu untuk
membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
4. Prof. Ir. Yohanes Sardjono, APU, dosen pembimbing yang telah
memberikan bimbingan, dorongan serta meluangkan waktu untuk
membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
5. Seluruh dosen, staf dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas kuliah, bimbingan, serta
fasilitas yang diberikan selama masa kuliah.
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL i
TITLE PAGE ii
LEMBAR PENGESAHAN iii
DAFTAR DEWAN PENGUJI iv
LEMBAR PERNYATAAN v
LEMBAR PERNYATAAN PUBLIKASI vi
INTISARI vii
KATA PENGANTAR viii
DAFTAR ISI x
DAFTAR GAMBAR xii
DAFTAR TABEL xiv
BAB I : PENDAHULUAN 1
1.1. Latar Belakang 1
1.2. Tujuan Penelitian 3
1.3. Manfaat Penelitian 3
1.4. Batasan Masalah 4
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1. Surya 5
2.2. Panel Surya 6
2.2.1. Umum 6
2.2.2. Prinsip Kerja Panel Surya 7
2.2.3. Pasar Panel Surya Dunia 14
2.2.4. Potensi Pengembangan Panel Surya di Indonesia 16
BAB III : METODE PENELITIAN 18
3.1. Skema Penelitian 18
3.2. Tempat dan Waktu Penelitian 18
3.3. Persiapan Bahan 19
3.4. Peralatan Pendukung 21
3.5. Pengolahan dan Analisis Data 21
BAB IV : PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 22
4.1. Tinjauan Ekonomi 22
4.2. Biaya Investasi Awal, Biaya Perbaikan dan Biaya Perawatan 23
4.3. Operasi dan Pemeliharaan 26
4.3.1. Operasi 26
4.3.2. Pemeliharaan 27
4.3.2.1. Pemeliharaan Umum 27
4.3.2.2. Pemeliharaan Teknis 30
BAB V : PENUTUP 35
5.1. Kesimpulan 35
5.2. Saran 35
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Standar spektrum radiasi surya 6
Gambar 2.2. Prinsip kerja panel surya 8
Gambar 2.3. Semikondutor sebelum disambung 8
Gambar 2.4. Semikonduktor sesaat disambung 9
Gambar 2.5. Daerah deplesi 10
Gambar 2.6. Medan listrik internal 10
Gambar 2.7. Semikonduktor n pada lapisan atas 11
Gambar 2.8. Cahaya matahari dengan panjang gelombang 12
Gambar 2.9. Ilustrasi proses konversi cahaya matahari menjadi energi listrik 13
Gambar 2.10. Spektrum radiasi sinar matahari 13
Gambar 2.11. a). Status PV beserta tipe panel surya, b). Status instalasi PV
sampai 2006 15
Gambar 3.1. Panel surya dengan daya 50 Wp 19
Gambar 3.2. BCR (Battery Charge Regulator) 20
Gambar 3.3. Baterai 20
Gambar 3.4. Inverter 20
Gambar 3.5. Lampu TL 21
Gambar 4.1. Membersihkan permukaan panel surya 28
Gambar 4.2. Batasan larutan elektrolit baterai 29
Gambar 4.3. Kondisi beban 30
Gambar 4.4. Mengukur tegangan rangkaian terbuka 31
Gambar 4.5. Mengukur arus hubungan singkat 31
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Perhitungan biaya investasi awal 23
Tabel 4.2. Perhitungan biaya perbaikan 24
Tabel 4.3. Biaya perawatan panel surya 25
Tabel 4.4. Harga paket panel surya 50 Wp dan peralatan pendukung 26
BAB I PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Energi merupakan salah satu kebutuhan utama dalam kehidupan manusia.
Peningkatan kebutuhan energi dapat merupakan indikator peningkatan
kemakmuran, namun bersamaan dengan itu juga menimbulkan masalah dalam
usaha penyediaannya.
Program pemerintah mengenai pembangunan dan pemanfaatan energi sesuai
dengan Garis-Garis Besar Haluan Negara tahun 1993-1998 UU no. 17/2007
PRTP, UU no. 30/2007, PP no. 5/2006, diarahkan pada pengelolahan energi
secara hemat dan efisien dengan memperhitungkan peningkatan kebutuhan dalam
negeri, peluang ekspor dan kelestarian sumber energi untuk jangka panjang.
Upaya penganekaragaman sumber-sumber energi melalui usaha-usaha untuk
menemukan, memanfaatkan dan memasyarakatkan sumber-sumber energi
alternatif perlu dilanjutkan dan ditingkatkan. Dalam hal ini kemampuan nasional
dalam penguasaan ilmu dan teknologi mengenai pengadaan dan pemanfaatan
energi terutama energi baru dan terbarukan perlu terus dikembangkan.
Sumber-sumber energi baru dan terbarukan yang memiliki kemungkinan
untuk dikembangkan di Indonesia antara lain biomassa, tenaga samudra, tenaga
angin, mikrohidro dan energi surya.
Pemakaian sumber energi surya di Indonesia mempunyai prospek yang sangat
2
khatulistiwa mempunyai potensi energi surya yang cukup baik, dan dengan isolasi
rata-rata harian yang besar dapat dimanfaatkan sebagai salah satu sumber energi
yang murah dan tersedia sepanjang tahun.
Pemanfaatan energi surya secara tradisional sudah banyak dilakukan misalnya
untuk pengering komoditi hasil-hasil pertanian, perkebunan, dan perikanan. Pada
saat ini, pemanfaatan energi surya sudah dapat dilakukan dengan cara
mengubahnya secara langsung menjadi energi listrik melalui konversi cahaya
matahari oleh panel surya. Sebagai sumber arus, panel surya menghasilkan arus
searah (DC) yaitu arus yang mengalir ke satu arah yang ditandai dengan adanya
polaritas kutub positif dan kutub negatif, dapat dipakai langsung sebagai catudaya
listrik untuk lampu penerangan, sistem pompa air, sistem komunikasi radio,
sistem pemancar/penerima televisi dan lain sebagainya.
Pembangkit listrik yang mempergunakan konversi cahaya matahari dalam
memanfaatkan energi surya atau lebih umum dikenal sebagai Pembangkit Listrik
Tenaga Surya (PLTS) mempunyai beberapa keuntungan yaitu, diantaranya :
a) Sumber energi yang digunakan sangat melimpah dan cuma-cuma.
b) Sistem yang dikembangkan bersifat modular sehingga dapat dengan
mudah diinstalasi dan diperbesar kapasitasnya.
c) Perawatan mudah.
d) Tidak menimbulkan polusi suara dan bentuk polusi lainnya.
e) Dirancang bekerja otomatis sehingga dapat diterapkan di tempat terpencil.
f) Relatif aman.
3
1.2 Tujuan Penelitian
a) Mengetahui capital cost panel surya.
b) Mengetahui maintenance cost dan repair cost panel surya.
c) Mengetahui operasi dan teknik perawatan panel surya yang benar.
1.3 Manfaat Penelitian
a) Dapat dipergunakan pada orang-orang yang belum mengetahui tentang
teknik perawatan dan nilai ekonomi yang dihasilkan panel surya.
b) Dapat menambah literatur (pustaka) tentang teknik perawatan dan nilai
ekonomi yang dihasilkan menggunakan panel surya sebagai pembangkit
listrik.
c) Dapat diterapkan pada masyarakat yang belum mendapatkan pasokan
listrik sehingga dapat menyediakan listrik secara swadaya.
d) Dapat memicu masyarakat dan pemerintah untuk meneliti lebih dalam lagi
sehingga menghasilkan panel surya yang murah.
Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat :
a) Menambah kepustakaan tentang teknologi tenaga surya.
b) Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan dan
disempurnakan untuk produk teknologi tenaga surya yang dapat diterima
masyarakat sehingga dapat meningkatkan kesejahteraan.
4
1.4 Batasan Masalah
a) Unjuk kerja panel surya diletakkan di daerah Yogyakarta.
b) Panel surya yang digunakan dengan daya 50 Wp (watt peak).
c) Harga panel surya yang didapat merupakan hasil survei dari penjualan
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Surya
Surya adalah radiasi yang diproduksi oleh reaksi fusi nuklir pada inti
matahari. Matahari mensuplai hampir semua panas dan cahaya yang diterima
bumi untuk digunakan makhluk hidup. Surya sampai kebumi dalam bentuk
paket-paket yang disebut photon.
Dalam kaitannya dengan panel surya, perangkat yang mengkonversi radiasi
cahaya matahari menjadi listrik, terdapat dua paramater dalam surya yang paling
penting: pertama intensitas radiasi, yaitu jumlah daya matahari yang datang
kepada permukaan per luas area, dan karakteristik spektrum cahaya matahari.
Intensitas radiasi matahari di luar atmosfer bumi disebut konstanta surya, yaitu
sebesar 1365 W/m2. Setelah disaring oleh atmosfer bumi, beberapa sepktrum
cahaya hilang, dan intensitas puncak radiasi menjadi sekitar 1000 W/m2. Nilai ini
adalah tipikal intensitas radiasi pada keadaan permukaan tegak lurus cahaya
matahari dan pada keadaan cerah. Sebagai contoh apabila seseorang mengikuti
pergerakan matahari dalam delapan jam, maka rata-rata intensitas radiasi surya
yang diterima per hari kira-kira 1000 (8/24) = 333 W/m2. Pada permukaan yang
diam, nilai tipikal pada keadaan cerah yaitu antara 180-270 W/m2. Data surya
untuk kepentingan ekonomis umumnya direpresentasikan dalam unit insolation.
Hubungan antara rata-rata intensitas radiasi dan insolation dirumuskan dengan
6
Radiasi surya dipancarkan dari matahari pada temperatur 6000 K, yang
memberikan distribusi spektrumnya mirip dengan distribusi spektrum benda hitam
(black body). Dengan melalui atmosfer bumi, radiasi surya diatenuasikan oleh
berbagai partikel diantaranya molekul udara, aerosol, partikel debu, dll sehingga
menghasilkan spektrum seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1.
Spektrum Pe
Gambar 2.1. Standar Spektrum Radiasi Surya.
Sumber : Solar Spectral Irradiance (AM 1,5 global)
2.2. Panel Surya 2.2.1. Umum
Panel surya adalah perangkat yang mengkonversi radiasi cahaya matahari
menjadi listrik. Efek panel surya ini ditemukan oleh Becquerel pada tahun
1839, dimana Becquerel mendeteksi adanya tegangan foto ketika cahaya
7
di Bell Telephone menemukan untuk pertama kali panel surya silikon berbasis
p-n junction dengan efisiensi 6%. Sekarang ini, panel surya silikon
mendominasi pasar panel surya dengan pangsa pasar sekitar 82% dan efisiensi
dan komersil berturut-turut yaitu 24,7% dan 15%.
2.2.2. Prinsip Kerja Panel Surya
Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini
dimungkinkan karena bahan material yang menyusun panel surya berupa
semikonduktor. Lebih tepatnya tersusun atas dua jenis semikonduktor; yakni
jenis n dan jenis p.
Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang memiliki
kelebihan elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n = negatif).
Sedangkan semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut
dengan (p = positif) karena kelebihan muatan positif. Caranya, dengan
menambahkan unsur lain ke dalam semikonduktor, maka kita dapat
mengontrol jenis semikonduktor tersebut, sebagaimana diilustrasikan pada
8
Gambar 2.2. Prinsip Kerja Panel Surya
Sumber : Aspek sains dan teknologi sel surya, Juli 10, 2008
Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk
meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar
listrik dan panas semikonduktor alami seperti pada Gambar 2.3. Di dalam
semikonduktor alami (disebut dengan semikonduktor intrinsik) ini, elektron
maupun hole memiliki jumlah yang sama. Kelebihan elektron atau hole dapat
meningkatkan daya hantar listrik maupun panas dari sebuah semikoduktor.
Gambar 2.3. Semikonduktor Sebelum Disambung
Sumber : Aspek sains dan teknologi sel surya, Juli 10, 2008
Misal semikonduktor intrinsik yang dimaksud ialah silikon (Si).
Semikonduktor jenis p, biasanya dibuat dengan menambahkan unsur boron
9
tambahan ini akan menambah jumlah hole. Sedangkan semikonduktor jenis n
dibuat dengan menambahkan nitrogen (N), fosfor (P) atau arsen (As) ke dalam
silikan (Si). Dari sini, tambahan elektron dapat diperoleh. Sedangkan, silikon
(Si) intrinsik sendiri tidak mengandung unsur tambahan. Usaha menambahkan
unsur tambahan ini disebut dengan doping yang jumlahnya tidak lebih dari
1 % dibandingkan dengan berat , silikon (Si) yang hendak di-doping.
Dua jenis semikonduktor n dan p ini jika disatukan akan membentuk
sambungan p-n atau dioda p-n (istilah lain menyebutnya dengan sambungan
metalurgi / metallurgical junction).
Sesaat setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan
elektron-elektron dari semikonduktor n menuju semikonduktor p, dan
perpindahan hole dari semikonduktor p menuju semikonduktor n. Perpindahan
elektron maupun hole ini hanya sampai pada jarak tertentu dari batas
sambungan awal seperti ditunjukkan pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4. Semikonduktor Sesaat Disambung
Sumber : Aspek sains dan teknologi sel surya, Juli 10, 2008
Elektron dari semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor p
yang mengakibatkan jumlah hole pada semikonduktor p akan berkurang.
Daerah ini akhirnya berubah menjadi lebih bermuatan positif. Pada saat yang
10
semikonduktor n yang mengakibatkan jumlah elektron di daerah ini
berkurang. Daerah ini akhirnya lebih bermuatan positif.
Gambar 2.5. Daerah Deplesi
Sumber : Aspek sains dan teknologi sel surya, Juli 10, 2008
Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion
region) ditandai dengan huruf W seperti ditunjukkan pada Gambar 2.5.
Baik elektron maupun hole yang ada pada daerah deplesi disebut dengan
pembawa muatan minoritas (minority charge carriers) karena keberadaannya
di jenis semikonduktor yang berbeda.
Dikarenakan adanya perbedaan muatan positif dan negatif di daerah
deplesi, maka timbul dengan sendirinya medan listrik internal E dari sisi
positif ke sisi negatif, yang mencoba menarik kembali hole ke semikonduktor
p dan elektron ke semikonduktor n. Medan listrik ini cenderung berlawanan
dengan perpindahan hole maupun elektron pada awal terjadinya daerah deplesi
(Gambar 2.6).
Gambar 2.6. Medan listrik Internal
11
Adanya medan listrik mengakibatkan sambungan p-n berada pada titik
setimbang, yakni saat di mana jumlah hole yang berpindah dari
semikonduktor p ke n dikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik kembali
kearah semikonduktor p akibat medan listrik. Begitu pula dengan jumlah
elektron yang berpindah dari semikonduktor n ke p, dikompensasi dengan
mengalirnya kembali elektron ke semikonduktor n akibat tarikan medan
listrik. Dengan kata lain, medan listrik mencegah elektron dan hole berpindah
dari semikonduktor yang satu ke semikonduktor yang lain.
Pada sambungan p-n inilah proses konversi cahaya matahari menjadi
listrik terjadi. Untuk keperluan panel surya, semikonduktor n berada pada
lapisan atas sambungan p yang menghadap kearah datangnya cahaya matahari,
dan dibuat jauh lebih tipis dari semikonduktor p, sehingga cahaya matahari
yang jatuh ke permukaan panel surya dapat terus terserap dan masuk ke
daerah deplesi dan semikonduktor p seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7. Semikondutor n pada Lapisan Atas
12
Ketika sambungan semikonduktor ini terkena cahaya matahari, maka
elektron mendapat energi dari cahaya matahari untuk melepaskan dirinya dari
semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor. Terlepasnya
elektron ini meninggalkan hole pada daerah yang ditinggalkan oleh elektron
yang disebut dengan elektron-hole photogeneration yakni, terbentuknya
pasangan elektron dan hole akibat cahaya matahari.
Gambar 2.8. Cahaya Matahari dengan Panjang Gelombang
Sumber : Aspek sains dan teknologi sel surya, Juli 10, 2008
Cahaya matahari dengan panjang gelombang (dilambangkan dengan
simbol “lambda” seperti di Gambar 2.8) yang berbeda, membuat fotogenerasi
pada sambungan p-n berada pada bagian sambungan p-n yang berbeda pula.
Spektrum merah dari cahaya matahari yang memiliki panjang gelombang
lebih panjang, mampu menembus daerah deplesi hingga terserap di
semikonduktor p yang akhirnya menghasilkan proses fotogenerasi. Spektrum
13
daerah semikonduktor n, dikarenakan pada sambungan p-n terdapat medan
listrik, elektron hasil fotogenerasi tertarik ke arah semikonduktor n, begitu
pula dengan hole yang tertarik ke arah semikonduktor p.
Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka
elektron akan mengalir melalui kabel. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan
ke kabel, lampu tersebut menyala dikarenakan mendapat arus listrik, dimana
arus listrik ini timbul akibat pergerakan elektron.
Gambar 2.9. Ilustrasi Proses Konversi Cahaya Matahari Menjadi Energi Listrik
Sumber : Aspek sains dan teknologi sel surya, Juli 10, 2008
Pada umumnya, untuk memperkenalkan cara kerja panel surya secara
umum, ilustrasi pada Gambar 2.9 menjelaskan segalanya tentang proses
konversi cahaya matahari menjadi energi listrik.
14
Cahaya matahari yang terdiri dari photon-photon, jika menimpa
permukaaan bahan panel surya (absorber), akan diserap, dipantulkan atau
dilewatkan begitu saja (lihat Gambar 2.10), dan hanya photon dengan level
energi tertentu yang akan membebaskan elektron dari ikatan atomnya,
sehingga mengalirlah arus listrik. Level energi tersebut disebut energi
band-gap yang didefinisikan sebagai sejumlah energi yang dibutuhkan untuk
mengeluarkan elektron dari ikatan kovalennya sehingga terjadilah aliran arus
listrik. Untuk membebaskan elektron dari ikatan kovalennya, energi photon
harus sedikit lebih besar atau diatas daripada energi band-gap. Jika energi
photon terlalu besar dari pada energi band-gap, maka ekstra energi tersebut
akan dirubah dalam bentuk panas pada panel surya. Karenanya sangatlah
penting pada panel surya untuk mengatur bahan yang dipergunakan, yaitu
dengan memodifikasi struktur molekul dari semikonduktor yang
dipergunakan.
2.2.3 Pasar Panel Surya Dunia
Pada tahun 2006, industri panel surya dunia telah mencapai 1.744 MW,
mengalami kenaikan 19% dibandingkan tahun sebelumnya. Sedangkan
dibandingkan tahun 2003, telah mengalami kenaikan lebih dari 2 kali lipat
seperti terlihat pada Gambar 2.11.
Sedangkan produksi panel surya dunia telah mencapai angka 2.204 MW
tahun 2006, meningkat dari 1,656 MW tahun sebelumnya. Perusahaan
15
55% panel surya yang beredar di dunia saat ini. Hal ini menunjukkan bahwa
pasar panel surya dunia semakin kompetitif dan terus mengalami kenaikan
pasar yang signifikan. Hal ini membuktikan bahwa kebutuhan panel surya
dunia akan terus meningkat dan implikasinya akan menurunkan harga dari
panel surya itu sendiri.
a)
Kapasitas (MW)
b)
Gambar 2.11. (a) Status PV (panel surya) yang terinstall sampai tahun 2003 beserta tipe panel surya.
(b) Status Instalasi PV sampai tahun 2006.
16
Sekarang ini pasar panel surya masih didominasi oleh panel surya silikon,
baik mono maupun multi-crystal silikon. Dari total 2.204 MW produksi panel
surya pada tahun 2006, 0,22 GW merupakan teknologi panel surya berbasisi
non-silikon. Pasar panel surya non-silikon diperkirakan akan naik menjadi
13% dari total produksi panel surya 10 tahun yang akan datang. Kenaikan
pasar panel surya non-silikon ini diakibatkan oleh kebutuhan akan panel surya
berbasis tanpa silikon, efisiensi lebih tinggi, harga yang lebih murah, dan juga
proses produksinya yang lebih simpel. Panel surya non-silikon ini diantaranya
panel surya berbasis lapisan tipis atau thin film panel surya, panel surya
organik & polimer, dan dye-sensitized panel surya.
2.2.4 Potensi Pengembangan Panel Surya di Indonesia
Sebagai negara tropis, limpahan cahaya matahari di Indonesia sangat
melimpah. Potensinya surya di Indonesia yaitu sekitar 4,8 kWh/m2/hari.
Namun berdasarkan data dari Departemen dan Sumber Daya Mineral
Indonesia, tahun 2005 kapasitas panel surya yang terpasang di Indonesia baru
8 MW. Nilai ini masih sangat kecil bila dibandingkan potensi tersebut.
Padahal pemanfaatan surya misalnya dalam bentuk Solar Home System untuk
daerah-daerah terpencil merupakan solusi andal untuk elektrifikasi desa-desa
tersebut. Karena bagaimanapun tingkat elektrifikasi suatu bangsa menentukan
derajat pengetahuan suatu bangsa, karena dengan listrik akan membuka jalan
akses kepada masyarakat global dimana lintas informasi dan ilmu pengetahuan
17
Pemerintah Indonesia sendiri merencanakan bahwa pada tahun 2025,
yang terbarukan berkontribusi sekitar 4% terhadap total konsumsi lokal
dimana 0,02% berasal dari energi surya. Untuk mewujudkan hal tersebut perlu
dilakukan investasi baik dalam hal riset maupun untuk produksi massal
melalui misalnya subsidi bagi perusahaan yang berminat menembangkan
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Skema Penelitian
Pengumpulan Data
Desain : - Biaya Investasi - Biaya Perawatan
Aplikasi
Perawatan
Kesimpulan
3.2 Tempat dan Waktu Penelitian
Tempat penelitian dilakukan di STTL (Sekolah Tinggi Teknik Lingkungan)
Gedong Kuning, Yogyakarta. Pengambilan data dilakukan selama tujuh jam
dalam sehari yaitu pada pukul 10.00 – 17.00 dan dilakukan selama 41 hari yaitu
pada tanggal 5 September – 16 Oktober 2008.
19
3.3 Persiapan Bahan
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian :
• Panel Surya 50 Wp (watt peak) yang berfungsi untuk menyerap energi
yang dihasilkan oleh radiasi cahaya matahari seperti pada Gambar 3.1.
• BCR (Battery Charge Regulator) yang berfungsi untuk mengisi dan
memutus pengisian baterai secara otomatis seperti pada Gambar 3.2.
• Aki/baterai 12 volt 70 ampere dengan tipe deep cycle yang berfungsi
sebagai penyimpan listrik seperti pada Gambar 3.3.
• Inverter untuk mengubah arus DC menjadi AC seperti pada Gambar 3.4.
• Tiga buah lampu TL yang dihubungkan secara paralel seperti pada
Gambar 3.5.
• Multimeter digital yang berfungsi untuk mengukur tegangan dan arus.
20
Gambar 3.2 BCR (Battery Charge Regulator)
Gambar 3.3 Baterai 12 volt 70 Ah deep cycle
21
Gambar 3.5 Lampu TL 12 V, 10 W
3.4Peralatan Pendukung
Peralatan yang digunakan dalam perawatan panel surya adalah :
a. Kain Basah
Alat ini digunakan untuk membersihkan permukaan panel surya
sehingga panel surya tersebut dapat bekerja secara optimal.
b. Air Destilasi Murni
Alat ini digunakan untuk menambahkan larutan elektrolit baterai jika
larutan elektrolit baterai berkurang atau berada pada batas minimum.
c. Gergaji
Alat ini digunakan untuk menebang dahan, ranting, cabang atau batang
tumbuhan. Bila ada tumbuhan/pohon yang menghalangi panel surya,
agar panel surya dapat bekerja secara optimal.
3.5 Pengolahan dan Analisis Data
Setelah mengumpulkan data maka dilakukan pengolahan data sebagai berikut :
a) Mengetahui capital cost panel surya.
BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Tinjauan Ekonomi
Suatu metode yang lazim digunakan dalam studi ekonomi teknik untuk
mengevaluasi investasi yang potensial adalah pembiayaan sepanjang umur (life
cycle coasting). Dalam metode ini melibatkan tiga komponen penting antara lain :
1. Biaya modal.
2. Biaya perawatan alat.
3. Penghematan biaya listrik yang akan datang.
Dalam pembiayaan sepanjang umur, jumlah biaya modal dan biaya perawatan
yang dinyatakan dalam rupiah, dibandingkan dengan nilai sekarang (present
worth) dari penghematan yang diperkirakan dapat diperoleh dari investasi selama
peralatan tersebut dipakai. Selisihnya disebut pendapatan sepanjang umur (life
cycle earning) atau kerugian.
Tujuan dari metode ini adalah untuk menentukan apakah penanaman modal
awal yang besar dapat diharapkan melebihi manfaat penghematan listrik dimasa
yang akan datang. Karena peralatan surya diharapkan pada kondisi lingkungan
yang keras, dan karena akses terhadap peralatan tersebut mungkin sulit, maka
pergaruh pergeluaran biaya perawatan dikemudian hari hendaknya tidak
diperkecil.
Dalam analisis ini, tanpa pertimbangan dari bantuan pemerintah dan kredit
pajak dan juga pengaruh investasi pada pendapatan, termasuk pengurangan pajak
23
pembayaran bunga pinjaman, ataupun tunjangan depresiasi. Karena sasaran yang
hendak dicapai adalah guna mengevaluasi kebenaran dari peralatan surya
dibandingkan dengan teknologi energi terbarukan yang dikonversi ke energi
listrik, oleh karena itu akan dilakukan analisis dari energi terbarukan berdasarkan
data yang diperoleh dari berbagai macam sumber, sehingga dapat diadakan
perbandingan untuk biaya bahan bakar tersebut secara baik dan efektif.
4.2 Biaya Investasi Awal, Biaya Perbaikan dan Biaya Perawatan
Perhitungan biaya instalasi (capital cost) panel surya dengan daya 50 Wp.
Untuk memperhitungkan biaya instalasi panel surya, ini sebuah contoh ilustratif.
Hal pertama yang harus dilakukan adalah memperhitungkan biaya investasi awal
seperti dalam Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Perhitungan Biaya Investasi Awal
Deskripsi Jumlah Biaya satuan Subtotal
Panel surya 50W 1 Rp. 3.500.000,- Rp. 3.500.000,-
BCR 1 Rp. 1.000.000,- Rp. 1.000.000,-
Kabel (meter) 30 Rp. 10.000,- Rp. 300.000,-
Baterai 70Ah (deep cycle) 1 Rp. 1.000.000,- Rp. 1.000.000,-
Lampu TL 12 V, 10 W 3 Rp. 25.000,- Rp. 75.000,-
Rangka 1 Rp. 500.000,- Rp. 500.000,-
Lain-lain Rp. 500.000,- Rp. 500.000,-
24
Perhitungan biaya investasi relatif mudah ketika sistem sudah didimensikan.
Selain biaya invetasi, juga perlu adanya biaya perbaikan (repair cost) atau biaya
pengantian alat-alat pendukung panel surya. Dikarenakan umur alat-alat
pendukung bervariasi, maka dibutuhkan alat-alat pendukung penganti seperti pada
Tabel 4.2. Sebagai catatan bahwa biaya perbaikan diasumsikan untuk jangka
waktu 20 tahun. Untuk kesederhanaan, biaya angkut dan instalasi sebaiknya
diabaikan.
Tabel 4.2 Perhitungan Biaya Perbaikan
Jenis Alat Jumlah Biaya Satuan Subtotal
BCR 1 Rp. 1.000.000,- Rp. 1.000.000,-
Setelah mengetahui biaya investasi dan biaya perbaikan panel surya, juga
perlu adanya biaya perawatan (maintenance cost). Sebagai catatan bahwa biaya
perawatan untuk jangka waktu 20 tahun yang dimisalkan tersebut merupakan
25
perawatan dalam penggunaan panel surya. Untuk merawat panel surya dibutuhkan
alat-alat seperti pada Tabel 4.3, agar panel surya dapat beroperasi dengan baik.
Tabel 4.3 Biaya Perawatan Panel surya
Jenis Alat Jumlah Biaya Satuan Subtotal
Kain 4 Rp. 5.000,- Rp. 20.000,-
Biaya penggunaan panel surya secara ekonomis tergolong mahal, namun
dengan biaya perawatan yang rendah sehingga dengan umur pemakaian panel
surya mencapai 15 – 20 tahun lebih ekonomis.
Sebagai pembanding juga perlu adanya biaya investasi panel surya 50 Wp
yang dihasilkan dari berbagai sumber penjualan panel surya di Indonesia. Dalam
hal ini, panel surya juga digunakan sebagai listrik rumah tangga. Cara ini
diharapkan adanya perbandingan yang berguna untuk berbagai sumber penjualan
panel surya di Indonesia. Angka-angka biaya investasi untuk penjualan panel
26
Tabel 4.4 Harga Paket Panel Surya 50 Wp dan Peralatan Pendukungnya
Sumber Harga Penjualan
Iklan Max Rp. 7.700.000,-
RDI Management Learning Rp. 6.450.000,-
Bursa Energi Rp. 5.750.000,-
Pikiran Rakyat Rp. 9.250.000,-
4.3 Operasi dan Pemeliharaan 4.3.1 Operasi
Sistem pengaman SHS telah dirancang sedemikian rupa sehingga dapat
bekerja secara otomatis, walaupun demikian dalam pelaksanaannya tetap perlu
diperhatikan pedoman pemakaian beban yang telah ditetapkan agar sistem
dapat bekerja dengan lebih handal dan umur peralatan dapat lebih bertahan
lama. Adapun beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam mengopersikan
SHS tersebut adalah :
1. Jumlah energi listrik yang dihasikan oleh SHS terbatas, sehingga
jumlah pemakaian beban per hari perlu disesuaikan.
2. Jenis beban lampu dan peralatan lain harus disesuaikan dengan
tegangan kerja sistem yaitu 12 V.
3. Perlu diperhatikan indikator lampu peraga yang terdapat pada BCR
misalnya : apabila lampu merah pada alat pengatur energi baterai
27
4. Apabila baterai dalam keadaan kosong, dan karena satu dan lain hal
sistem pengaman tidak bekerja secara otomatis, maka seluruh beban
harus dipadamkan sampai lampu merah di BCR tersebut padam
kembali.
5. Apabila beban tidak lagi dipergunakan, saklar beban atau lampu TL
harus pada posisi padam (off), dan bila ada beban lain melalui stop
kontak maka sebaiknya kabel yang berhubungan lansung dengan stop
kontak dicabut atau dilepaskan.
4.3.2 Pemeliharaan
Pemeliharaan SHS dapat dibagi atas dua kategori yaitu pemeliharaan
umum yang dilakukan secara berkala dan pemeliharaan teknis yang dilakukan
apabila terjadi kerusakan pada SHS atau untuk mengetahui dan memantau
unjuk kerja sistem pada kondisi tertentu.
4.3.2.1 Pemeliharaan Umum
Setiap melaksanakan pemeriksaan pada pemeliharaan umum,
perlu untuk mencatat kondisi peralatan. Adapun pemeliharaan umum
yang dilakukan secara berkala ini meliputi:
1) Membersihkan permukaan panel surya dari kotoran
Pembersihan permukaan panel surya ini dilaksanakan enam bulan sekali
atau apabila panel surya tampak kotor, untuk lokasi yang cukup berdebu
dapat dilakukan dua atau tiga bulan sekali.
Cara pembersihannya dapat menggunakan kain basah yang
28
permukaan menjadi bersih kembali. Bila panel surya terletak di atas atap
atau pada tempat yang tinggi maka diperlukan tangga atau tongkat
panjang sehingga permukaan panel surya dapat dicapai oleh kain basah
tersebut seperti pada Gambar 4.1.
Perlu diperhatikan bahwa pada saat membersihkan permukaan panel
surya jangan sampai tergores benda tajam atau terkena benda keras
sehingga menyebabkan gelas menjadi retak atau pecah.
Gambar 4.1. Membersihkan Permukaan Panel Surya
2) Memeriksa larutan elektrolit baterai
Apabila larutan elektrolit baterai berkurang atau berada pada batas
minimum, maka perlu agar segera ditambah dengan air aquades (air
destilasi murni) yang umum dipakai seperti pada saat menambah air
baterai mobil (botol berwarna biru atau putih) sehingga mencapai batas
29
Gambar 4.2. Memeriksa Larutan Elektrolit Baterai
3) Pemeriksaan kondisi lingkungan
Yang dimaksud dengan memeriksa kondisi lingkungan di sini adalah
memperhatikan bila ada tumbuhan/pohon yang menghalangi panel surya
dari penyinaran matahari mulai dari pagi sampai dengan sore hari.
Apabila hal ini terjadi maka dapat segera dilakukan pembebasan
halangan tersebut, misalnya dengan menebang dahan, ranting, cabang
atau batang tumbuhan tersebut.
4) Pemeriksaan kondisi beban
Apabila bola lampu TL sudah dalam keadaan rusak (pinggirnya
hitam), dan sulit untuk menyala, disarankan untuk segera diganti. Perlu
diingat bahwa dalam penggantian lampu tersebut, saklar harus pada
posisi padam (off), dan ketika menyalakan kembali lampu TL harus
selalu dalam keadaan terpasang dengan baik, hal ini bertujuan untuk
menghindari terjadinya kerusakan pada inverter lampu seperti pada
30
Gambar 4.3 Pemeriksaan Kondisi Beban
4.3.2.2 Pemeliharaan Teknis
Pada pemeliharaan teknis, perlu dilakukan beberapa pengukuran
untuk mengetahui kinerja dan fungsi dari panel surya yang mencakup:
1) Pengukuran kinerja panel surya.
Pengukuran kinerja panel surya dilakukan pada saat kondisi langit
cerah di siang hari. Ada beberapa hal yang perlu dilakukan dalam
mengukur untuk kerja panel surya ini yaitu :
• Mengukur tegangan rangkaian terbuka (Voc) dari panel surya
dengan menggunakan voltmeter. Pada cuaca cerah, nilai tegangan
Voc yang terukur seharusnya lebih besar dari 0,48 kali jumlah sel
31
Gambar 4.4. Mengukur Tegangan Rangkaian Terbuka
• Mengukur arus hubungan singkat (Isc) dari panel surya dengan
menggunakan amperemeter. Pada cuaca cerah, nilai arus Isc yang
terukur seharusnya lebih besar dari 70% arus yang ada pada
spesifikasi teknisnya seperti pada Gambar 4.5.
32
2) Pengukuran kinerja baterai.
Dalam mengukur kinerja baterai, perlu dilakukan hal-hal sebagai
berikut:
• Untuk menjaga keamanan BCR maka salah satu kabel terlebih
dahulu dilepaskan dari panel surya serta salah satu kabel yang
menghubungkan baterai – BCR dilepaskan, dan tunggu beberapa
saat. Selanjutnya dilakukan pengukuran tegangan baterai dalam
kondisi rangkaian terbuka, jika baterai dalam kondisi kapasitas
penuh, maka nilai tegangan tersebut akan lebih besar dari 12,6 V.
• Pengukuran specific grafity (SG) baterai dilakukan dengan
menggunakan hydrometer, jika baterai dalam kondisi penuh maka
nilai SG dapat mencapai 1,26.
• Pengukuran arus pengisian dilakukan dengan menggunakan
amperemeter seraca seri (kabel merah (+) amperemeter
dihubungkan dengan terminal baterai (+) baterai) dan dalam
keadaan salah satu kabel baterai masih terhubung pada baterai
BCR. Nilai arus pengisian ini akan lebih besar dari 2 A pada saat
kondisi cuaca cerah.
• Level larutan elektrolit dalam baterai dipastikan dalam keadaan
maksimum.
3) Pengukuran unjuk kerja BCR.
• Pengukuran tegangan jatuh pada ketiga terminal BCR dengan
33
tegangan minimal yang terukur harus sekitar 12,5 V dengan
ketentuan tegangan di terminal panel surya lebih besar dari
tegangan di terminal baterai dan juga lebih besar dari tegangan di
terminal beban.
• Indikator lampu peraga pada BCR diperiksa pada keadaan kondisi
baterai kosong atau baterai penuh jika ada seperti pada Gambar
4.6.
Gambar 4.6. Lampu Indikator
• Pengukuran tegangan dan SG elektrolit baterai, jika baterai dalam
kondisi kapasitas penuh, maka dengan penggunaan BCR jenis
regulator seri, tegangan panel surya yang terukur akan mendekati
17 V. Bila digunakan BCR jenis regulator shunt tegangan panel
surya yang terukur akan mendekati nol. Indikator lampu peraga
yang menyatakan baterai dalam kondisi penuh harus menyala.
• Jika ternyata baterai dalam kondisi kosong, maka indikator lampu
peraga BCR yang menyatakan bahwa baterai dalam keadaan
34
4) Pengukuran blocking diode.
Keselamatan dan keamanan dalam pemakaian SHS perlu
diperhatikan oleh setiap pengguna terutama dari gejala kemungkinan
gangguan pada komponen sistem, efek bunga api pada kerusakan di
kabel, kecelakaan akibat terkena cairan elektrolit baterai, dan lain-lain
Beberapa hal yang perlu diperhatikan untuk keselamatan dalam
bekerja dengan SHS di antaranya:
• Bekerja tidak sendirian, mengerti prinsip kerja sistem, mengikuti
prosedur dan tempat kerja dalam keadaan bersih.
• Mempersiapkan peralatan yang ada dan digunakan dengan benar.
• Berhati-hati terhadap bahaya dan tahu cara pencegahannya seperti:
o Bahaya sengatan listrik yang dapat menyebabkan kontraksi otot
dan kebakaran.
o Bahaya baterai yang terjadi karena sengatan listrik ketika
terjadi hubungan singkat.
o Luka bakar karena asam sulfat, ledakan gas dan kebakaran.
Persyaratan dan ketentuan pengukuran yang dilakukan di sini
hampir sesuai dengan pelaksanaan pemeriksaan akhir ketika melakukan
instalasi, dengan beberapa penyederhanaan sehingga dimungkinkan
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari penelitian dan perhitungan diatas dapat disimpulkan bahwa :
1. Biaya investasi 1 unit sistem SHS 50 Wp panel sebesar Rp. 6.875.000,-.
2. Biaya penggantian 1 unit sistem SHS 50 Wp sebesar Rp. 25.800,- perbulan
dan biaya perawatan 1 unit sistem SHS 50 Wp sebesar Rp. 1.100,-
perbulan untuk jangka waktu 20 tahun operasi.
3. Pengoperasian dan perawatan 1 unit sistem SHS 50 Wp dapat lebih
optimal, jika pengoperasian dan perawatan maupun perbaikan/penggantian
1 unit sistem SHS 50 Wp mengikuti standar operasi.
5.2 Saran
Adapun saran untuk pihak yang akan mengembangkan penelitian pada bidang
ini adalah :
1. Pemerintah maupun lembaga pendidikan perlu mendorong dan
menggalakkan penelitian-penelitian maupun aplikasi dari sel surya.
2. Pemerintah maupun lembaga pendidikan perlu melakukan penelitian
terhadap sel surya agar tercipta sel surya dengan harga yang terjangkau
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, W. 1995. Teknologi Rekayasa Surya. Jakarta : Pradnya Paramita. Balzar, A., Stumpf, P., Eckhoff, S., Ackermann, H., Grupp, M. 1996. A Solar
Cooker Using Vacuum Tube Collectors With Integrated Heat Pipes. Solar Energy 58(1-3), pp.63-68.
Doraswami, A. 1994. A Significant Advance in Solar Cooking. Energy for Sustainable Development, vol. 1, no. 2.
Green, M. A. 2001. “Panel surya Efficiency Tables (Version 18)”, Prog. Photovolt. Res. Appl., 9, 287-9
Holman, J.P. 1994. Perpindahan Kalor. Jakarta: Erlangga.
Kumar Rakesh, Adhikari, R.S., Garg, H.P., Kumar Ashvini. 2001. Thermal Performance of A Solar Pressure Cooker Based on Evacuated Tube Solar Collector. Applied Thermal Engineering, 21, pp.1699-1706.
Shah, A., et al. 1999. “Photovoltaic Technology: The Case for Thin-Film Panel suryas”, Science, 30 July, 285, 692-8.
Sharma, S.D., Sagara Kazunobu. 2004. Solar Cooker for Evening Cooking Using Latent Heat Storage Material Based on Evacuated Tube Solar Collector, 6th Greg P. Smestad, 2002, “Optoelektronics of Panel suryas”, SPIE PRESS.
