BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Indonesia merupakan salah satu negara yang beriklim tropis karena terletak dikawasan khatulistiwa, dan setiap tahunnya mendapat intensitas cahaya matahari lebih banyak dari pada di daerah selain daerah tropis. Untuk kawasan kepulauan yang tidak terdapat sungai-sungai besar sebagai sumber energi listrik, pembangkit tenaga surya merupakan salah satu alternatif untuk memenuhi kebutuhan energi listrik bagi kebutuhan penduduknya. Dengan adanya fakta tersebut maka upaya-upaya pencarian sumber energi alternatif semakin banyak dilakukan. Dalam upaya-upaya pencarian sumber energi alternatif baru sebaiknya memenuhi syarat yaitu menghasilkan jumlah energi yang cukup besar, biaya ekonomis dan tidak berdampak negatif terhadap lingkungan. Berdasarkan pertimbangan tersebut, pencarian tersebut diarahkan pada pemanfaatan energi matahari. Untuk dapat memanfaatkan energi radiasi matahari dalam menghasilkan energi listrik, digunakan suatu perangkat yang dapat mengumpulkan energi radiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi dan mengubahnya menjadi energi listrik. Perangkat ini disebut dengan panel surya atau solar cell. (Hananto 2012).
Termasuk di Indonesia masalah energi menjadi lebih penting lagi artinya dan perlu mendapatkan penanganan yang khusus karena selain tingkat konsumsi energi yang terus meningkat, cadangan energi yang berasal dari minyak bumi akan habis dalam kurun waktu 18 tahun lagi sedangkan gas diperkirakan akan habis 60 tahun lagi dan batu bara 147 tahun terhitung dari tahun 2006. Dengan demikian pemanfaatan energi alternatif nonfosil harus ditingkatkan. Ada beberapa energi alam sebagai energi alternatif yang bersih, tidak berpolusi, aman dan persediaannya tidak terbatas yang dikenal dengan energi terbarukan. Energi terbarukan mulai mendapatkan perhatian sejak terjadinya krisis energi dunia yaitu pada tahun 1970 diantaranya adalah energi surya, angin, gelombang dan perbedaan suhu air laut (Harjunowibowo, 2010).
Syafarudin (2010), mengemukakan bahwa kawasan Indonesia merupakan salah satu kawasan yang memiliki banyak sumber energi alam yang dapat
digunakan sebagai energi alternatif untuk memenuhi kebutuhan energi. Salah satu pilihan dari sekian banyak sumber-sumber energi terbarukan yang tersedia adalah energi surya. Rahardjo, (2008) menjelaskan bahwa Indonesia sebagai negara tropis mempunyai potensi energi surya yang tinggi dengan radiasi harian rata-rata (insolasi) sebesar 4,5 kWh/m2/hari. Indonesia yang terletak di garis khatulistiwa dan memperoleh sinar mdahsri rata-rata 8-10 jam/hari memiliki potensi energi surya yang cukup besar. Besar daya yang dapat dibangkitkan energi surya sekitar 100 watt per m2. Potensi ini dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif yang murah dan tersedia sepanjang tahun.
Salah satu cara pemanfaatan energi surya dapat dilakukan menggunakan panel sel surya. Energi yang dihasilkan dari panel sel surya dapat berupa energi listrik. Cara tersebut menjanjikan masa depan yang cerah sebagai sumber energi listrik karena sel surya sanggup menyediakan energi listrik bersih tanpa polusi, mudah dipindah, dekat dengan pusat beban sehingga penyaluran energi sangat sederhana.
1.2. Tujuan
Tujuan pembuatan makalah ini ialah untuk mengetahui prinsip kerja dan bagian-bagian dari panel surya serta cara kerja panel surya.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Panel Sel Surya
Sel surya merupakan sebuah perangkat yang tersusun dari material semikonduktor yang dapat mengubah sinar matahari menjadi tenaga listrik secara langsung dengan mengunakan prinsip efek photovoltaic. Efek Photovoltaic adalah suatu fenomena dimana munculnya tegangan listrik karena adanya hubungan atau kontak dua elektroda yang dihubungkan dengan sistem padatan atau cairan saat mendapatkan energi cahaya. Oleh karena itu, sel surya atau solar cell sering disebut juga dengan sel photovoltaic (PV). Efek Photovoltaic ini ditemukan oleh Henri Becquerel pada tahun 1839 (Yuwono, 2005).
Sumber: Mintorogo, 2000.
Gambar 2.1. Diagram dari sebuah potongan Sel Surya (PV sel)
Sel surya pada dasarnya terdiri atas sambungan p-n yang sama fungsinya dengan sebuah dioda. Bahan-bahan semikonduktor yang dapat digunakan untuk membuat sel surya diantaranya silikon, titanium dioksida (TiO2), germanium dan
2.2. Sejarah Panel Sel Surya
Pada sekitar akhir abad 19 aliran listrik surya diketemukan oleh ahli fisika Jerman bernama Alexandre Edmond Becquerel secara kebetulan di mana berkas sinar matahari jatuh pada larutan elektro kimia bahan penelitim sehingga muatan elektron pada larutan meningkat. Pada awal abad 20 Albert Einstein menamakan penemuan ini dengan Photovoltaic Effect, yang kemudian menjadi pengertian dasar pada Photovoltaic Effect, di mana selempeng metal melepaskan photon partikel energi cahaya ketika terkena sinar matahari (Mintorogo, 2000).
Gelombang cahaya sinar lembayung (ultraviolet) adalah sinar yang bumuatan energi foton tinggi dan panjang gelombang pendek, sedangkan sinar merah (inframerah) adalah sinar yang bermuatan energi foton rendah dan dalam bentuk gelombang panjang. Sekitar tahun 1930, ditemukan konsep Quantum Mechanics untuk menciptakan teknologi baru solid-state, di mana perusaham Bell Telephone Researctr Laboratories menciptakan sel surya padat yang pertama. Tahun 1950 - 1960 teknologi desain dan efisiensi sel surya terus berlanjut dan diaplikasikan ke pesawat ruang angkasa (photovoltaic energies). Tahun 1970-an dunia menggalakkan sumber energi aalternatif yang terbarukan dan ramah lingkungan, maka PV mulai diaplikasikan ke low power warning systems dan offshore buoys (tetapi produksi PV tidak dapat banyak karena masih handmade). Baru pada tahun l980 perusahaan-perusahaan PV bergabung dengan instansi energi pemerintah agar dapat lebih mernproduksi PV sel dalam jumlah besar, sehingga harga sel surya dapat serendah mungkin (Manan, 2002).
2.3. Perkembangan Panel Sel Surya
Pengembangan sel surya semakin banyak menggunakan bahan semikonduktor yang bervariasi dan silikon yang secara individu (chip) banyak digunakan, diantaranya:
1. Monocrystalline (Si), dibuat dari silikon kristal tunggal yang didapat dari peleburan silikon dalam bentuk bujur. Sekarang Monocrystalline dapat dibuat setebal 200 mikron dengan nilai effisiensi sekitar 24%.
2. Polycrystalline/Multicrystalline (Si), dibuat dari peleburan silikon dalam tungku keramik, kemudian pendinginan perlahan untuk mendapatkan bahan campuran
silikon yang akan timbul di atas lapisan silikon. Sel ini kurang efektif dibanding dengan sel Polycrystalline (efektivitas l8%), tetapi biaya lebih murah.
Sumber: Mintorogo, 2010.
Gambar 2.2. Perbedaan panel surya Monocrystaline dan Polycristaline
3. Gallium Arsenide (GaAs), pada unsur periodik III-V berbahan semikonduktor ini sangat efisien dan efektif dalam menghasilkan energi listik sekitar 25%. banyak digunakan pada aplikasi pemakaian sel surya.
2. 4. Karakteristik Panel Sel Surya
Menurut Yuwono (2010), sel surya menghasilkan arus yang beragam tergantung pada tegangan yang dihasilkan oleh sel surya. Karakteristik tegangan dan arus biasanya menunjukkan hubungan tersebut. Ketika tegangan sel surya sama dengan nol atau digambarkan sebagai sel surya hubung pendek, arus rangkaian pendek atau ISC (short circuit current), yang sebanding dengan irradiansi
terhadap sel surya dapat diukur. Nilai ISC naik dengan meningkatnya temperatur,
meskipun temperatur standar yang tercatat untuk arus rangkaian pendek adalah 25oC. Jika arus sel surya sama dengan nol, sel surya tersebut digambarkan sebagai rangkaian terbuka. Tegangan sel surya kemudian menjadi tegangan rangkaian terbuka, Voc (open circuit voltage). Ketergantungan Voc terhadap iradiansi bersifat
logaritmis, dan penurunan yang lebih cepat disertai peningkatan temperatur melebihi kecepatan kenaikan Isc. Oleh karena itu, daya maksimum sel surya dan
surya, peningkatan temperatur dari 25oC mengakibatkan penurunan daya sekitar 10%. Sel surya menghasilkan daya maksimumnya pada tegangan tertentu.
Sumber: Yuwono, 2005.
Gambar 2.3. Grafik arus terhadap tegangan dan daya terhadap tegangan sebagai karakteristik sel surya.
Gambar tersebut menunjukkan dengan jelas bahwa kurva daya memiliki titik daya maksimum yang disebut MPP (Maximum Power Point). Tegangan titik daya maksimum atau VMPP biasanya kurang dari tegangan rangkaian terbuka dan
arusnya, IMPP lebih rendah dibandingkan dengan arus rangkaian pendek. Pada titik
daya maksimum (MPP), arus dan tegangan memiliki hubungan yang sama dengan iradiansi dan temperatur sebagaimana arus rangkaian pendek dan tegangan rangkaian terbuka. Efisiensi sel surya (h) adalah perbandingan antara daya listrik maksimum sel surya dengan daya pancaran (radiant) pada bidang sel surya. Sel surya kristal yang dijual pada saat ini bisa mencapai efisiensi sampai 20%, namun di laboratorium, efisiensi 25% bisa dicapai.
BAB 3
PEMBAHASAN
Energi merupakan kebutuhan utama sepanjang peradaban umat manusia. Kebutuhan manusia yang tidak terbatas akan sumber daya energi menyebabkan manusia mengeksplor sumber-sumber energi sebanyak-banyaknya untuk memenuhi kebutuhannya. Hal ini mengakibatkan berkurangnya ketersediaan sumber energi yang ada. Jika ini berlanjutan ketersediaan energi tersebut lama-kelamaan akan habis. Peningkatan kebutuhan energi dapat menjadi indikator peningkatan kemakmuran, namun pada saat yang sama menimbulkan masalah dalam usaha penyediaannya. Selama ini kebutuhan energi dunia masih mengandalkan minyak bumi sebagai penyangga utama kebutuhan energi (Bachtiar, 2006).
Masalah energi tampaknya akan tetap menjadi topik pembahasan yang menarik sepanjang peradaban umat manusia. Upaya mencari sumber energi alternatif sebagai pengganti bahan bakar fosil masih tetap ramai dibicarakan. Terdapat beberapa sumber energi alam yang tersedia sebagai energi alternatif yang bersih, tidak berpolusi, aman dan dengan persediaan yang tidak terbatas diantaranya energi surya, angin, gelombang dan perbedaan suhu air laut. Energi surya dirasa paling efektif dan efisien untuk dijadikan sumber energi alternatif karena tersedia sepanjang waktu, murah dan mudah didapat serta mudah dikonversikan menjadi ke beberapa energi (Yuwono, 2005).
Energi surya adalah sumber energi utama yang memancarkan energi yang luar biasa besarnya ke permukaan bumi. Pada keadaan cuaca cerah, permukaan bumi menerima sekitar 1000 watt energi matahari per-meter persegi. Kurang dari 30 % energi tersebut dipantulkan kembali ke angkasa, 47% dikonversikan menjadi panas, 23 % digunakan untuk seluruh sirkulasi kerja yang terdapat di atas permukaan bumi, sebagaian kecil 0,25 % ditampung angin, gelombang dan arus
dan masih ada bagian yang sangat kecil 0,025 % disimpan melalui proses fotosintesis di dalam tumbuh-tumbuhan yang akhirnya digunakan dalam proses pembentukan bahan bakar fosil (Winarto, 2013).
Sumber: Winarto, 2013.
Gambar 3.1. Energi yang dihasilkan oleh matahari
Energi matahari dapat dimanfaatkan dengan berbagai cara yang berlainan bahan bakar minyak adalah hasil fotosintesis, tenaga hidro elektrik adalah hasil sirkulasi hujan tenaga angin adalah hasil perbedaan suhu antar daerah dan sel surya (sel fotovoltaik) yang menjanjikan masa depan.
Sel surya atau juga sering disebut sel fotovoltaik adalah alat yang mampu mengkonversi langsung cahaya matahari menjadi listrik. Sel surya dianalogikan sebagai alat dengan dua terminal atau sambungan, dimana saat kondisi gelap atau tidak cukup cahaya berfungsi seperti dioda, dan saat disinari dengan cahaya matahari dapat menghasilkan tegangan. Sel surya disusun dengan menggabungkan silikon jenis p dan jenis n. Silikon jenis p adalah silikon yang bersifat positif akibat dari kekurangan elektron, sedangkan silikon jenis n adalah silikon yang bersifat negatif akibat dari kelebihan elektron. Ketika menerima (dikenai) radiasi surya (berupa foton) pada keduanya (silikon jenis p dan n) terbentuk positif (hole) dan negatif (elektron). Hal ini menyebabkan terciptanya polarisasi dimana hole
bergerak menuju silikon jenis n. Dengan menyambungkan kedua jenis silikon (jenis p dan jenis n) melalui suatu penghantar luar maka terjadi beda potensial diantara keduanya dan mengalirkan arus searah (Syafaruddin, 2010).
Sumber: Syafarudin, 2010.
Gambar 3.2. Prinsip kerja sel surya
Pada sekitar akhir abad 19 aliran listrik surya diketemukan oleh ahli fisika Jerman bernama Alexandre Edmond Becquerel secara kebetulan di mana berkas sinar matahari jatuh pada larutan elektro kimia bahan penelitim sehingga muatan elektron pada larutan meningkat. Pada awal abad 20 Albert Einstein menamakan penemuan ini dengan Photovoltaic Effect, yang kemudian menjadi pengertian dasar pada Photovoltaic Effect, di mana selempeng metal melepaskan photon partikel energi cahaya ketika terkena sinar matahari. pada tahun l980 perusahaan-perusahaan PV bergabung dengan instansi energi pemerintah agar dapat lebih mernproduksi PV sel dalam jumlah besar, sehingga harga sel surya dapat serendah mungkin (Rahardjo, 2008).
Menurut Manan (2002), terdapat beberapa jenis panel sel surya yang ada hingga saat ini. Jenis panel surya dikelompokkan berdasarkan material sel surya yang menyusunnya. Secara umum ada 3 jenis panel surya yaitu:
1. Crystalline silicon (c-Si)
Panel surya jenis ini memanfaatkan material silikon sebagai bahan utama penyusun sel surya. Tipe crystalline merupakan generasi pertama dari sel surya dan
memiliki 3 jenis panel utama yaitu monocrystalline silicon, multicrystalline silicon dan ribbon silicon.
2. Thin-film solar cell
Panel surya jenis ini menggunakan banyak lapisan material sebagai bahan material penyusunnya. Panel surya ini merupakan generasi kedua. Ketebalan lapisan materialnya mulai dari nanometer hingga mikrometer. Beberapa tipe panel surya thin-film solar cell yang terdapat di pasaran diantaranya yaitu Cadmium Telluride (CdTe), Copper Indium Gallium Diselenide (CIGS) dan Amorphous Thin-Film Silicon (a-Si, TF-Si).
3. Material lainnya
Panel surya pada generasi ketiga tersusun atas lebih banyak variasi material untuk masing-masing panel surya. Beberapa diantara jenis-jenis panel surya tersebut adalah Coper Zinc Tin Sulfide Solar Cell (CZTS), Dye-Sensitized Solar Cell, Organic Solar Cell, Perovskite Solar Cell, Polymer Solar Cell, Quantum Dot Solar Cell, Building-Integrated Photovoltaics (BIPV).
Struktur dari sel surya yang umum berada dipasaran saat ini yaitu sel surya berbasis material silikon yang juga secara umum mencakup struktur dan cara kerja sel surya generasi pertama (sel surya silikon) dan kedua (thin film/lapisan tipis). Secara umum bagian-bagian sel surya terdiri dari :
1. Substrat/Metal backing
Substrat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya dan juga berfungsi sebagai kontak terminal positif sel surya, sehinga umumnya digunakan material metal atau logam.
2. Material semikonduktor
Material semikonduktor merupakan bagian inti dari sel surya. Material inilah yang berfungsi menyerap cahaya dari sinar matahari.
3. Kontak metal / contact grid
Selain substrat sebagai kontak positif, diatas sebagian material semikonduktor dilapiskan material metal atau material konduktif transparan sebagai kontak negatif.
Merupakan lapisan tipis material dengan besar indeks refraktif optik antara semikonduktor dan udara yang menyebabkan cahaya dibelokkan ke arah semikonduktor sehingga meminimumkan cahaya yang dipantulkan kembali. 5. Enkapsulasi atau cover glass
Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul surya dari hujan atau kotoran.
Pemanfaatan energi surya dengan menggunakan panel surya sudah banyak diaplikasikan diberbagai aspek dan bidang dengan teknologi terkini yang modern. Beberapa pemanfaatan aplikasi panel surya diantaranya:
1. Pembangkit listrik
Penerapan energi surya mampu merebus air untuk membuat uap dan memeutar turbin sehingga pengkonversian energi surya menjadi energi listrik dapat terjadi. Teknologi yang digunakan ialah teknologi fotolistrik dan teknologi termoelektrik.
2. Rumah
Penggunaan energi surya dapat diaplikasikan terhadapa peralatan-peralatan rumah tangga seperti pemanas surya untuk memasak air. Melalui sel fotovoltaik dipasang di atas rumah sehingga energi surya ditangkap dan disimpan pada baterai agar bisa digunakan sepanjang hari.
3. Penggunaan komersial
Pada atap-atap bangunan yang berbeda dapat ditemukan modul PV kaca atau jenis lain dari panel surya. Panel surya tersebut digunakan untuk memasok listrik ke kantor atau bagian bangunan tertentu.
4. Sistem ventilasi
Tujuan dari sistem ini ialah membantu dalam menjalankan beberapa pendingin ruangan di gedung-gedung. Untuk mengurangi konsumsi energi listrtik karena pengoperasian pendingin ruangan hampir setiap waktu produktif kerja, energi surya merupakan sumber energi alternatif untuk mengurangi tagihan konsumsi energi listrik tersebut.
5. Lampu penerangan
Lampu tersebut menyimpan energi matahari di siang hari kemudian mengubah energi surya menjadi energi listrik untuk penerangan di malam hari.
6. Mobil surya
Dengan menggunakan panel surya pada mobil yang menyerap cahaya dan mengubahnya menjadi energi listrik, mobil surya ini dapat beropasi dengan memanfaatkan sumber energi tersebut yang terlebih dahulu disimpan di baterai. Mobil surya ini diharapkan menjadi kendaraan masa depan yang ramah lingkungan dan hemat energi.
BAB 4
KESIMPULAN DAN SARAN
4.1. Kesimpulan
Kesimpulan dari makalah ini ialah:
1. Krisis energi merupakan masalah global yang akan berkelanjutan jika tidak segera ditanggulangi.
2. Energi terbarukan merupakan energi alternatif yang dapat memenuhi kebutuhan energi di masa depan karena sumber-sumber energi alternatif tersedia di alam dan tersedia sepanjang waktu.
3. Energi surya merupakan energi terbarukan yang paling efektif dan efisien. 4. Prinsip panel surya adalah mengubah energi surya menjadi energi listrik.
4.2. Saran
Diharapkan muncul sumber-sumber alternatif yang terbarukan untuk memenuhi konsumsi energi yang kian meningkat selain energi surya. Hadirnya teknologi baru yang dapat lebih memanfaatkan sumber energi surya.
DAFTAR PUSTAKA
Alfith, 2015. Konfigurasi Battery Pada Pembangkit Reneweble Energi. Jurnal Elektro. 4(1), 46-50.
Gozali, M., 2013. Perbandingan Konverter CUK dan SEPIC Untuk Pelacakan Titik Daya Maksimum Berbasis Panel Surya. Jurnal Integrasi. 5 (1), 15-19.
Hananto, S., 2012. OptimalisasiI Tegangan Keluaran Dari Solar Cell
Menggunakan Lensa Pemfokuxs Cahaya Matahari. Jurnal Neutrino 4 (2), 164-177
Hardianto, H., 2012. Perancangan Prototype Penjejak Cahaya Matahari Pada Aplikasi Pembangkit Listrik. Jurnal Ilmiah Foristek. 2 (2), 208-215.
Hermanto, B., 2013. Rancang Bangun dan Uji Coba Solar Tracker pada Panel Surya Berbasis Mikrokontroler. Jurnal Keteknik Pertanian. 1 (1), 55-59
Saugi, D., 2012. Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Surya Di Pulau Saugi. Jurnal Riset dan Teknologi Kelautan. 10 (2), 169-180.
Sirait, S., 2015. Irigasi Pipa Lahan Sawah Berbasis Tenaga Surya. Jurnal Irigasi. 10 (1), 21-32.
Winarto, W., 2013. Pembangkit Listrik Hybrid Menggunakan Vertical Axis. Jurnal Teknologi. 6(2), 147-152
