PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA DAN APLIKASI SINAR-X
KARYA TULIS
Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Fisika Modern Dosen Pengampu :
Dr. Parlindungan Sinaga, M.Si.
Disusun Oleh:
NIM. 1500293 Nurul Azizah
DEPARTEMEN PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA Bagaimana cara kerja pembangkit listrik tenaga surya (PLTS)?
Pembangkit listrik tenaga surya (PLTS), merupakan pembangkit listrik yang mengubah energi surya menjadi energi listrik. Pembangkit listrik tenaga surya dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu pembangkit listrik tenaga surya tipe fotovoltaik (langsung) dan pembangkit tenaga listrik tipe pemusatan energi surya (tidak langsung).
Pembangkitan listrik tenaga surya tipe fotovoltaik adalah pembangkit listrik yang menggunakan perbedaan tegangan akibat efek fotoelektrik untuk menghasilkan listrik. Efek fotoelektrik adalah pengeluaran elektron dari suatu permukaan (biasanya logam) ketika dikenai dan menyerap radiasi elektromagnetik (seperti cahaya tampak dan radiasi ultraungu) yang berada diatas frekuensi ambang tergantung pada jenis permukaan. Pada pembangkit tenaga listrik tenaga surya tipe fotovoltaik ini, alat yang digunakan untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik menggunakan efek fotoelektrik dinamakan sel surya atau sel fotovoltaik. Solar panel yang terdiri dari 3 lapisan, yaitu lapisan panel P di bagian atas, lapisan pembatas di tengah dan lapisan panel N di bagian bawah. Efek fotoelektrik terjadi ketika solar panel terkena sinar matahari yang kemudian menyebabkan elektron di lapisan panel P terlepas, sehingga hal ini menyebabkan proton mengalir ke lapisan panel N di bagian bawah dan perpindahan arus proton ini adalah arus listrik.
Adapun cara kerja pembangkit listrik tenaga surya lebih jelasnya adalah sebagai berikut.
A. Pembangkit listrik tenaga surya tipe fotovoltaik
Pembangkit listrik tenaga surya tipe foltovoik memerlukan komponen-komponen, sebagai berikut.
1. Panel Surya (Fotovoltaik), berfungsi merubah cahaya matahari menjadi listrik. Komponen utama panel surya adalah modul yang merupakan unit rakitan beberapa sel surya fotovaltik. Sel-sel fotovaltik tersebut dihubungkan secara seri dan paralel.
2. Controller Regulator, berfungsi mengatur lalu lintas listrik dari modul surya ke battery/accu (apabila battery/accu sudah penuh maka listrik dari modul surya tidak akan dimasukkan ke battery/accu dan sebaliknya), dandari battery/accu ke beban (apabila listrik dalam battery/accu tinggal 2-3, maka listrik beban otomatis dimatikan.
3. Battery/ACCU, berfungsi menyimpan arus listrik yang dihasilkan oleh panel surya (solar panel) sebelum dimanfaatkan untuk menggerakan beban. Beban dapat berupa lampu penerangan atau peralatan elektronik dan peralatan lainnya yang membutuhkan listrik.
Skema Pembangkit listrik tenaga surya tipe fotovoltaik Sumber: https://goo.gl/images/OyVIKq
B. Pembangkit listrik tenaga surya tipe pemusatan energi surya
Pembangkit listrik tenaga surya tipe pemusatan energi surya memerlukan komponen-komponen, sebagai berikut.
1. Lensa atau cermin yang digunakan untuk mengkonsentrasikan sinar matahari sehingga energi matahari yang didapatkan melebihi intensitas normal. Lensa atau cermin ini dapat digunakan seperti setengah pipa dan linear berbentuk reflektor parabola ditutupi dengan lebih dari 900.000 cermin dari utara-selatan secara sejajar dan mempunyai poros putaran mengikuti matahari ketika bergerak dari timur ke barat di siang hari, menara listrik yang bergantung pada ribuan heliostats, cermin datar matahari sebagai pelacakan, untuk fokus dan mengkonsentrasikan radiasi matahari ke penerima menara tunggal, dan mesin yang mempunyai dua komponen berupa konsentrator surya dan unit konversi daya.
2. Turbin dan generator, digunakan untuk menghasilkan listrik.
dilakukan dengan sistem langsung dua tangki, sistem tidak langsung dua tangki dan sistem termoklin tunggal-tank.
Prinsip kerja pembangkit listrik tenaga surya tipe pemusatan energi sebagai berikut.
Cermin dibentuk seperti setengah pipa dan linear berbentuk reflektor parabola ditutupi dengan lebih dari 900.000 cermin dari utara-selatan secara sejajar dan mempunyai poros putaran mengikuti matahari ketika bergerak dari timur ke barat di siang hari. Karena bentuknya, jenis pembangkit ini bisa mencapai suhu operasi 750˚F (400˚C), mengkonsentrasikan sinar matahari pada 30 sampai 100 kali intensitas normal perpindahan panas-cairan atau air/uap pipa. Cairan panas yang digunakan untuk mennghasilkan uap, dan uap kemudian memutarkan turbin sebagai generator untuk menghasilkan listrik.
Menara listrik bergantung pada ribuan heliostats yang besar, cermin datar matahari sebagai pelacakan untuk fokus dan mengkonsentrasikan radiasi matahari ke penerima menara tunggal. Seperti halnya, pada palung cermin parabola, transfer cairan panas atau uap dipanaskan dalam receiver (menara yang mampu mengkonsentrasikan energi matahari sebanyak 1.500 kali), kemudian diubah menjadi uap dan digunakan untuk menghasilkan listrik dengan turbin dan generator.
Mesin menunjuk dan melacak matahari dan mengumpulkan energi matahari, serta mampu mengkonsentrasikan energi sekitar 2.000 kali. Sebuah penerima termal, serangkaian tabung diisi dengan cairan pendingin (seperti hidrogen atau helium), berada di antara piring dan mesin. Hal ini bertujuan untuk menyerap energi surya terkonsentrasi dari piringan, kemudian mengkonversi panas dan mengirimkan panas ke mesin di mana berubah menjadi listrik.
digunakan tiga teknologi TES (Thermal Energy Storage), yaitu bisa menggunakan sistem langsung dua tangki, sistem tidak langsung dua tangki dan sistem termoklin satu tangki, yang akan dijelaskan sebagai berikut.
1. Dalam sistem langsung dua-tangki, energi panas matahari disimpan tepat di tempat yang sama dengan transfer cairan panas yang dikumpulkan, cairan ini dibagi menjadi dua tank, satu tangki penyimpanan pada suhu rendah dan yang lain pada suhu tinggi, cairan yang disimpan dalam tangki suhu rendah berjalan melalui kolektor surya pembangkit listrik di mana dipanaskan dan dikirim ke tangki suhu tinggi, cairan disimpan pada suhu tinggi dikirim melalui penukar panas yang menghasilkan uap, yang kemudian digunakan untuk menghasilkan listrik di generator, dan setelah melalui penukar panas, cairan kemudian kembali ke tangki suhu rendah.
2. Sebuah sistem tidak langsung dua-tangki berfungsi pada dasarnya sama dengan sistem langsung kecuali bekerja dengan berbagai jenis transfer panas cairan, biasanya dengan harga yang mahal atau tidak dimaksudkan untuk digunakan sebagai cairan penyimpanan. Untuk mengatasi hal ini, sistem tidak langsung melewati cairan suhu rendah melalui penukar panas tambahan.
Skemapembangkit listrik tenaga surya tipe pemusatan energi surya Sumber: https://goo.gl/images/bj6wmS
Bagaimana merancang PLTS yang menghasilkan 500 kilowatt?
Rancangan PLTS (Pembangkit Listrik Tenaga Surya) ini digunakan tipe fotovoltaik yang rancangannnya, sebagai berikut.
A. Alat yang digunakan untuk PLTS (Pembangkit Listrik Tenaga Surya): 1. Panel Surya
Spesifikasi PLTS (Pembangkit Listrik Tenaga Surya) yang digunakan: Solar Panel 100 Wp
KOBE
Solar Module-Type SPM 100-P
Power Tolerance ± 3 %
Maximum Power (Pmax) 100 W Voltage at Pmax (Vmp) 17,4 V Current at Pmax (Imp) 5,74 A Open Circuit Voltage (Voc) 21,6 V Short Circuit Current (Isc) 6,3 A
Maximum Series Fuse 10 A
Weight 9,0 Kg
Size 1015*670*30 mm
Cells 36 pcs Polycrystalline
Operating Temperature -40˚C to +80˚C
Max. System Operating Voltage 715 VDC
Ket: Wp (Wattpeak), yaitu daya maksimal yang dapat dihasilkan oleh panel surya persatuan waktu.
2. Solar charge controller 3. Baterai
4. Inverter
B. Perhitungan untuk memperoleh daya sebesar 500 kilowatt: 1. Panel Surya
Daya yang dibutuhkan = 500.000 watt Waktu optimal penyinaran matahari = 5 jam
Daya maksimal yang dihasilkan oleh panel surya = 100 W Jumlah panel surya yang dibutuhkan:
jumlah panel surya=500.0005×100W=1 000panel surya
Jumlah panel surya yang dibutuhkan untuk menghasilkan daya sebesaar 500 kilowatt adalah ±1000 panel surya.
2. Baterai
Baterai yang digunakan 12 Volt 100 Ah dengan kemampuan supply 50 % dari kapasitasnya sehingga baterai yang dibutuhkan menjadi dua kali lipat. Dan digunakan faktor angka pengali 3 (tiga) adalah untuk kebutuhan Battery, angka 3 ini adalah kemungkinan terburuk dari jumlah hari yang diasumsikan terjadi hujan/mendung/tidak ada sinar matahari selama 3 hari berturut-turut, maka jumlah baterai:
jumlah baterai=3×122××500.000100VoltW=2500baterai
Jumlah baterai yang dibutuhkan, yaitu sebanyak ±2500 baterai bertegangan 12 Volt 100Ah.
3. Solar charge controller
Charge controller yang digunakan 300 Amp Arus minimal solar charge controller adalah
Arus solar charge control ler=1000×6,3=630 0A
Jadi, arus minimal solar charge controller yang digunakan harus 6300 A Charger controller yang dibutuhkan
jumlah charge cotroller=6300300AA=21charge controller
Charger controller yang digunakan harus lebih dari 21 charge controller dengan kapasitas 1 charge controller adalah 300 Amp
4. Inverter
Daya yang dibutuhkan adalah 500 kilowatt.
Kapasitas inverter yang digunakan adalah 15 kilowatt Jumlah inverter yang digunakan
Jumlahinverter=500.00015.000WW=33,33inverter
Inverter yang dibutuhkan sebanyak 34 inverter dengan kapasitas 1 inverter adalah 15 kilowatt.
C. Rangkaian yang digunakan adalah sebagai berikut.
1. Untuk mendapatkan daya sebesar 500 kilowaat atau 500.000 watt diperlukan 1000 panel surya yang disusun secara seri.
2. Baterai yang dibutuhkan untuk menyimpan daya sebesar 500.000 watt dengan kapasitas penyuplaian daya 50% dan dengan memperhitungkan kemungkinan tidak ada sinar matahari selama 3 hari yaitu sebanyak 2500 baterai disusun secara seri agar output tidak begitu besar.
3. Dengan dimensi panel surya 1015 x 670 x 30 mm. Luas yang dimliki panel surya 0,68 m maka dibutuhkan ladang panel surya seluas 680 m.
Contoh Blok Diagram Sistem Distribusi Listrik Sumber:
APLIKASI SINAR-X
Sinar-X merupakan radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang berkisar antara 10 nanometer ke 100 pikometer (sama dengan frekuensi dalam rentanf 30 petahertz-30 exahertz) dan memiliki energi dalam rentang 100eV-100 KeV. Alat yang digunakan untuk menghasilkan sinar-X disebut dengan mesin sinar-X. Di dalam mesin sinar-X, terdapat sebuah tube yang di dalamnya terdapat alat penembak elektron. Alat tersebut menembakkan energi tinggi elektron-elektron pada target yang terbuat dari atom-atom yang besar, contohnya tungsten (sebuah unsur kimia yang disimbolkan dengan W nomor atom 74). Radiasi sinar-X keluar karena proses atomik yang diinduksi oleh elektron berenergi tinggi yang ditembakkan ke target.
Sinar-X banyak digunakan dalam bidang-bidang, seperti medis, industri, penelitian ilmiah, dll. Aplikasi sinar-X dalam bidang-bidang tersebut sebagai berikut.
A. Aplikasi Sinar-X dalam Bidang Medis
1. Sinar-X banyak digunakan untuk mendeteksi patah tulang, tumor, adanya benda asing seperti peluru, dll, dalam tubuh manusia.
jaringan yang kurang padar warnanya menyerupai transparan dan gelap pada film.
Dengan melihat hasil dari foto rontgen kita dapat mengetahui bagian tulang yang patah (fraktur) dan adanya benda asing ke dalam tubuh dengan memperhatikan warna putih pada hasil rontgen dan untuk tumor dapat dilihat dengan bayangan terang abu-abu.
Prinsip kerja mesin rontgen Sumber: https://goo.gl/images/DrP7CE
2. Sinar-X juga digunakan untuk diagnosis tuberkulosis, batu ginjal, kantung empedu, dll.
Untuk mendiagnosis suatu penyakit, alat yang digunakan adalah CT-Scan (Computed Tomography Scanner). CT-Scan merupakan sebuah proses radiologi untuk menghasilkan gambaran dari potongan melintang (trans-axial) tubuh pasien yang mampu menghasilkan gambaran digital dan gambaan irisan yang mempresentasikan volume atau informasi 3 dimensi. Prinsip kerja dari CT-Scan adalah sebagai berikut.
dengan menggunakan Image Processor dan akhirnya dibentuk gambar yang ditampilkan ke layar monitor TV. Gambar yang dihasilkan dapat dibuat ke dalam film dngan Multi Imager atau Laser Imager. Dalam CT-scan untuk menghasilkan citra obye, berkas radiasi yang dihasilkan sumber dilewatkan melalui suatu bidang obyek dari berbagai sudut. Radiasi terusan ini didteksi oleh detektor untuk kemudian dicatat dan dikumulkan sebagai data masukan yag kemudian diolah menggunakan komputer untuk menghasilkan dengan suatu metode yang disebut rekonstruksi.
Bagan prinsip kerja CT-Scanner Sumber:
http://unhas.ac.id/tahir/BAHAN-KULIAH/BIO-MEDICAL/TUGAS/TU GAS-2006/D41103020-CT%20Scan/PUTRI%20RAMADHANI
%20D41103020.pdf
3. Banyak jenis penyakit kulit, luka ganas, kanker dan tumor telah disembuhkan dengan paparan sinar-X yang terkontrol dengan kualitas yang sesuai.
Model terapi elektron
Sumber: http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/624/jbptitbpp-gdl-rizkifadli-31180-3-2008ta-2.pdf
4. Sinar-X keras digunakan untuk menghancurkan tumor di dalam tubuh.
berbaring pada meja perawatan yang dapat bergerak. Untuk menjamin ketepatan posisi pasien digunakan bantuan laser yang vertikal dan horizontal dan dipasang di dinding ruangan perawatan.
Model terapi foton
Sumber: http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/624/jbptitbpp-gdl-rizkifadli-31180-3-2008ta-2.pdf
B. Aplikasi Sinar-X dalam Bidang Industri
1. Sinar-X digunakan untuk mendeteksi cacat atau kekurangan pada material.
ada cacat material, intenitas yang terekam tersebut akan bervariasi. Hasil rekaman inilah yang akan memperlihatkan bagian material yang mengalami cacat.
Prinsip kerja uji radiografi sinar-X
Sumber: http://www.snf-unj.ac.id/files/9514/8611/1566/SNF2016-F-02-MPS06-29-36.pdf
2. Sinar-X dapat digunakan untuk menguji homogenitas sambungan las, bahan insulasi, dll.
Sumber: https://goo.gl/images/pKAnFD
3. Sinar-X digunakan untuk menganalisis paduan dan komposit lainnya.
Untuk menganalisis paduan dan komposit digunakan Energy Dispersive X-Ray (EDS atau EDX). EDX dapat mengidentifikasi perbandingan komposisi penyusun bahan dan pemetaan elemen pada komposit/paduan. Cara kerja EDX sebagai berikut.
Contoh EDS Spektrum untuk Alloy MP35N Sumber: https://goo.gl/images/MQTJag
4. Sinar-X juga digunakan untuk mempelajari struktur bahan seperti karet, selulosa, serat plastik, dll.
banyak bidang kristal yang terdapat dalam sampel, main kuat intensitas yang dihasilkannya. Tiap puncak yang muncul pada pola XRD mewakili satu bidang kristal yang memiliki orientasi tertentu dalam sumbu tiga dimensi.
Ilustrasi Hukum Bragg Sumber:
https://www.academia.edu/30190336/LAPORAN_PRAKTIKUM_ANALISI S_MATERIAL_DIFRAKSI_SINAR_X
C. Aplikasi Sinar-X dalam Bidang Penelitian Ilmiah
1. Sinar-X digunakan untuk mempelajari struktur padatan dan paduan kristal
Program yang digunakan untuk penghalusan Rietveld salah satunya adalah Rietica.
Contoh pola hamburan WAXS
Sumber: http://repository.its.ac.id/2462/1/1114201203-Master_Theses.pdf
2. Sinar-X digunakan untuk identifikasi unsur kimia termasuk penentuan nomor atom mereka.
Teknik yang digunakan untuk identifikasi unsur kimia adalah Teknik Fluresensi Sinar-X (XRF). XRF merupakan suatu teknik analisis yang dapat menganalisa unsur-unsur yang membangun suatu material dan juga dapat digunakan unutk menentukan konsentrasi unsur berdasarkan pada panjang gelombang dan jumlah sinar-X yang dipancarkan kembali setelah suatu material ditembaki sinar-X berenergi tinggi. Prinsip kerjanya sebagai berikut.
Skema cara kerja alat Sumber:
http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._KIMIA/19680803199203 1-AGUS_SETIABUDI/Bahan_Kuliah_Karakterisasi_Material/
BAb_4_Teknik_XRF.pdf
3. Sinar-X dapat digunakan untuk menganalisis struktur molekul kompleks dengan memeriksa pola difraksi sinar-X mereka. Padatan dan paduan kristal.
Teknik yang digunakan untuk untuk menentukan struktur padatan dan paduan kristalin adalah metode difraksi sinar X serbuk (X-Ray powder diffraction). Sampel berupa serbuk padatan kristalin yang memiliki ukuran dengan diameter butiran kristalnya sekitar 10-7-10-4 m ditempatkan pada suatu
partikel-partikel kristal yang terdapat di dalamnya. Setiap kumpulan bidang kisi tersebut memiliki beberapa sudut orientasi sudut tertentu.
Bentuk keluaran dari difraktometer dapat berupa data analog atau digital. Rekaman data analog berupa grafik garis-garis yang terekam per menit sinkron, dengan detektor dalam sudut 2θ, sehingga sumbu-x setara dengan 2θ. Sedangkan rekaman digital menginformasikan intensitas sinar-X terhadap jumlah intensitas cahaya per detik. Pola difraktogram yang dihasilkan berupa deretan puncak-puncak difraksi dengan intensitas relatif bervariasi sepanjang nilai 2θ tertentu. Besarnya intensitas relatif dari deretan puncak-puncak tersebut bergantung pada jumlah atom atau ion yang ada, dan distribusinya di dalam sel satuan material tersebut. Pola difraksi setiap padatan kristalin sangat khas, yang bergantung pada kisi kristal, unit parameter dan panjang gelombang sinar-X yang digunakan. Dengan demikian, sangat kecil pola difraksi yang sama untuk suatu padatan kristal yang berbeda. Sehingga bisa dibedakan setiap padatan kristal dengan menbandingkan berdasarkan pola difraksi data struktur padatan kristal yang sudah ada (data base internasional).
Metode difraksi sinar X serbuk (X-Ray powder diffraction) Sumber:
DAFTAR PUSTAKA
Ariaswanto, Suko. tt. Bagaimana Cara Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Surya.
[Online]. Diakses dari:
https://www.academia.edu/8317703/Bagaimana_Cara_Kerja_Pembangkit_ Listrik_Tenaga_Surya (diakses tanggal 18 Juli 2017)
Dina, Annisa. tt. Cara Mudah Membaca Hasil Foto Ronsen. [Online]. Diakses dari: https://www.medicalogy.com/blog/cara-mudah-membaca-hasil-foto-ronsen/ (diakses tanggal 18 Juli 2017)
Fadli, Rizki. 2008. Linear Accelerator. [Online]. Diakses dari: http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/624/jbptitbpp-gdl-rizkifadli-31180-3-2008ta-2.pdf (diakses tanggal 20 Juli 2017)
Hakim, Rizky Aji. 2015. Pembangkit Listrik Tenaga Surya Fotovoltaik. [Online].
Diakses dari:
https://www.academia.edu/12603389/Pembangkit_Listrik_Tenaga_Surya_F otovoltaik (diakses tanggal 18 Juli 2017)
K, Jamaluddin. 2010. X-RD (X-Ray Diffraction). [Online]. Diakses dari: http://e-campus.fkip.unja.ac.id/eskripsi/data/swf/skripsi_mhs/cover0200006175.pdf (diakses tanggal 20 Juli 2017)
Lailiyah, Feni. 2015. Laporan Pratikum Analisis Material Difraksi Sinar-X.
[Online]. Diakses dari:
https://www.academia.edu/30190336/LAPORAN_PRAKTIKUM_ANALIS IS_MATERIAL_DIFRAKSI_SINAR_X (diakses tanggal 20 Juli 2017) Muchlis, Khairanissa. 2017. Study On Crystal Structure and Local Structure
Using Wide Angle X-Ray Scattering (WAXS) and X-Ray Absorption Spectroscopy (XAS) Synchrotron Radiation Data. Tesis magister sains. [Online}. Diakses dari: http://repository.its.ac.id/2462/1/1114201203-Master_Theses.pdf (diakses tanggal 20 Juli 2017)
https://www.coursehero.com/file/p2sdsqf/EDX-Energy-Dispersive-X-ray-Spectroscopy-1-Pengertian-Energy-Dispersive-X-ray/ (diakses tanggal 20 Juli 2017)
Pitalokha, RA, dkk. 2016. Inspeksi Cacat (Diskontinuitas) pada Material dengan Menggunakan Uji Ultrasonik dan Uji Radiografi. [Online]. Diakses dari: http://www.snf-unj.ac.id/files/9514/8611/1566/SNF2016-F-02-MPS06-29-36.pdf (diakses tanggal 18 Juli 2017)
Ramadhani, Putri. 2006. Elektronika Kedokteran “CT Scanner”. [Online].
Diakses dari:
http://unhas.ac.id/tahir/BAHAN-KULIAH/BIO-MEDICAL/TUGAS/TUGA S-2006/D41103020-CT%20Scan/PUTRI%20RAMADHANI
%20D41103020.pdf (diakses tanggal 19 Juli 2017)
Setiabudi, Agus. tt. X-Ray Flourescence Analysis (Analisis RF). [Online]. Diakses dari:
http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._KIMIA/196808031992 031-AGUS_SETIABUDI/Bahan_Kuliah_Karakterisasi_Material/
BAb_4_Teknik_XRF.pdf (diakses tanggal 20 Juli 2017)
Suharni, Frida Iswinning Diah & Pramudita Anggraita. 2010. Tinjauan Teknologi Akselerator Linear (LINAC) Elekta Precise Di RSUP DR. SARDJITO. [Online]. Diakses dari: http://digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/AP9-Suharni_166-175.pdf (diakses tanggal 20 Juli 2017)
Team Medicalogy. tt. Hal-Hal yang Perlu Diketahui pada Prosedur X-Ray (Rontgen). [Online]. Diakses dari: https://www.medicalogy.com/blog/hal-hal-yang-perlu-diketahui-pada-prosedur-x-ray-rontgen/
