KONSEP USAHA REKAYASA LISTRIK TENAGA SUR
KONSEP USAHA REKAYASA LISTRIK TENAGA SURYA
“REKAYASA”
NAMA: KOBEN
SMK AL KHAIRIYAH 2
KELAS XI MD
MEGIDENTIFIKASI
I. Mengidentifikasi jenis usaha pembangkit listrik tenaga surya
Jika kita melihat tingkat konsumsi energi di seluruh dunia saat ini, penggunaan energi diprediksikan
akan meningkat sebesar 70 persen antara tahun 2000 sampai 2030. Sumber energi yang berasal dari
fosil, yang saat ini menyumbang 87,7 persen dari total kebutuhan energi dunia diperkirakan akan
mengalami penurunan disebabkan tidak lagi ditemukannya sumber cadangan baru.
Cadangan sumber energi yang berasal dari fosil diseluruh dunia diperkirakan hanya sampai 40 tahun
untuk minyak bumi, 60 tahun untuk gas alam, dan 200 tahun untuk batu bara. Kondisi keterbatasan
sumber energi di tengah semakin meningkatnya kebutuhan energi dunia dari tahun ketahun
(pertumbuhan konsumsi energi tahun 2004 saja sebesar 4,3 persen), serta tuntutan untuk
melindungi bumi dari pemanasan global dan polusi lingkungan membuat tuntutan untuk segera
mewujudkan teknologi baru bagi sumber energi yang terbaharukan.
Di antara sumber energi terbaharukan yang saat ini banyak dikembangkan [seperti turbin angin,
tenaga air (hydro power), energi gelombang air laut, tenaga surya, tenaga panas bumi, tenaga
hidrogen, dan bio-energi], tenaga surya atau solar sel merupakan salah satu sumber yang cukup
menjanjikan.
Energi yang dikeluarkan oleh sinar matahari sebenarnya hanya diterima oleh permukaan bumi
sebesar 69 persen dari total energi pancaran matahari. Suplai energi surya dari sinar matahari yang
diterima oleh permukaan bumi sangat luar biasa besarnya yaitu mencapai 3 x 1024 joule pertahun,
energi ini setara dengan 2 x 1017 Watt.
Jumlah energi sebesar itu setara dengan 10.000 kali konsumsi energi di seluruh dunia saat ini.
Dengan kata lain, dengan menutup 0,1 persen saja permukaan bumi dengan divais solar sel yang
memiliki efisiensi 10 persen sudah mampu untuk menutupi kebutuhan energi di seluruh dunia saat
ini.
II. MENGIDENTIFIKASI PROSPEK PEBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA
Karena sel surya sanggup menyediakan energi listrik bersih tanpa polusi, mudah dipindah, dekat
dengan pusat beban sehingga penyaluran energi sangat sederhana serta sebagai negara tropis,
Indonesia mempunyai karakteristik cahaya matahari yang baik (intensitas cahaya tidak fluktuatif)
dibanding tenaga angin seperti di negara-negara 4 musim, utamanya lagi sel surya relatif efisien,
tidak ada pemeliharaan yang spesifik dan bisa mencapai umur yang panjang serta mempunyai
keandalan yang tinggi.
Untuk memanfaatkan potensi energi surya tersebut, ada 2 (dua) macam teknologi yang sudah
diterapkan, yaitu:
• Teknologi energi surya fotovoltaik, energi surya fotovoltaik digunakan untuk memenuhi kebutuhan
listrik, pompa air, televisi, telekomunikasi, dan lemari pendingin di Puskesmas dengan kapasitas total
± 6 MW.
• Teknologi energi surya termal, energi surya termal pada umumnya digunakan untuk memasak
(kompor surya), mengeringkan hasil pertanian (perkebunan, perikanan, kehutanan, tanaman pangan)
dan memanaskan air.(dunia listrik.blogspot.2008)
Teknologi Energi Surya Fotovoltaik
Salah satu cara penyediaan energi listrik alternatif yang siap untuk diterapkan secara masal pada saat
ini adalah menggunakan suatu sistem teknologi yang diperkenalkan sebagai Sistem Energi Surya
Fotovoltaik (SESF) atau secara umum dikenal sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Surya Fotovoltaik
(PLTS Fotovoltaik). Sebutan SESF merupakan istilah yang telah dibakukan oleh pemerintah yang
digunakan untuk mengidentifikasikan suatu sistem pembangkit energi yang memanfaatkan energi
matahari dan menggunakan teknologi fotovoltaik. Dibandingkan energi listrik konvensional pada
umumnya, SESF terkesan rumit, mahal dan sulit dioperasikan. Namun dari pengalaman lebih dari 15
tahun operasional di beberapa kawasan di Indonesia, SESF merupakan suatu sistem yang mudah
didalam pengoperasiannya, handal, serta memerlukan biaya pemeliharaan dan operasi yang rendah
menjadikan SESF mampu bersaing dengan teknologi konvensional pada sebagian besar kondisi
wilayah Indonesia yang terdiri atas pulau – pulau kecil yang tidak terjangkau oleh jaringan PLN dan
tergolong sebagai kawasan terpencil.
Selain itu SESF merupakan suatu teknologi yang bersih dan tidak mencemari lingkungan. Beberapa
kondisi yang sesuai untuk penggunaan SESF antara lain pada pemukiman desa terpencil, lokasi
transmigrasi, perkebunan, nelayan dan lain sebagainya, baik untuk penerangan rumah maupun untuk
fasilitas umum. Akan tetapi sesuai dengan perkembangan jaman, pada saat ini di negara-negara maju
penerapan SESF telah banyak digunakan untuk suplai energi listrik di gedung-gedung dan perumahan
di kota-kota besar.
Pada umumnya modul fotovoltaik dipasarkan dengan kapasitas 50 Watt-peak (Wp) dan kelipatannya.
Unit satuan Watt-peak adalah satuan daya (Watt) yang dapat dibangkitkan oleh modul fotovoltaik
dalam keadaan standar uji (Standard Test Condition – STC). Efisiensi pembangkitan energi listrik yang
dihasilkan modul fotovoltaik pada skala komersial saat ini adalah sekitar 14 – 15 %.
A. Sel Surya dan Komponen Utamanya
Sel surya atau juga sering disebut fotovoltaik adalah peralatan yang mampu mengkonversi langsung
cahaya matahari menjadi listrik. Sel surya bisa disebut sebagai pemeran utama untuk
memaksimalkan potensi sangat besar energi cahaya matahari yang sampai kebumi, walaupun selain
dipergunakan untuk menghasilkan listrik, energi dari matahari juga bisa dimaksimalkan energi
panasnya melalui sistem solar thermal. Sel surya dapat dianalogikan sebagai device 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. Ketika disinari,
umumnya satu sel surya komersial menghasilkan tegangan dc sebesar 0,5 sampai 1 volt, dan arus
short-circuit dalam skala milliampere per cm2. Besar tegangan dan arus ini tidak cukup untuk
berbagai aplikasi, sehingga umumnya sejumlah sel surya disusun secara seri membentuk modul
surya. Satu modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya, dan total menghasilkan tegangan dc
sebesar 12 V dalam kondisi penyinaran standar (Air Mass 1.5). Modul surya tersebut bisa
digabungkan secara paralel atau seri untuk memperbesar total tegangan dan arus outputnya sesuai
dengan daya yang dibutuhkan untuk aplikasi tertentu.
B. Struktur Sel Surya
Sesuai dengan perkembangan sains & teknologi, jenis-jenis teknologi sel surya pun berkembang
dengan berbagai inovasi. Ada yang disebut sel surya generasi satu, dua, tiga dan empat, dengan
struktur atau bagian-bagian penyusun sel yang berbeda pula (Jenis-jenis teknologi surya akan
dibahas di tulisan “Sel Surya : Jenis-jenis teknologi”). Dalam tulisan ini akan dibahas struktur dan cara
kerja 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).
1. Substrat/Metal backing
Substrat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya. Material substrat juga harus
mempunyai konduktifitas listrik yang baik karena juga berfungsi sebagai kontak terminal positif sel
surya, sehinga umumnya digunakan material metal atau logam seperti aluminium atau molybdenum.
Untuk sel surya dye-sensitized (DSSC) dan sel surya organik, substrat juga berfungsi sebagai tempat
masuknya cahaya sehingga material yang digunakan yaitu material yang konduktif tapi juga
transparan sepertii ndium tin oxide (ITO) dan flourine doped tin oxide (FTO).
2. Material semikonduktor
Material semikonduktor merupakan bagian inti dari sel surya yang biasanya mempunyai tebal sampai
beberapa ratus mikrometer untuk sel surya generasi pertama (silikon), dan 1-3 mikrometer untuk sel
surya lapisan tipis. Material semikonduktor inilah yang berfungsi menyerap cahaya dari sinar
matahari. Untuk kasus gambar diatas, semikonduktor yang digunakan adalah material silikon, yang
umum diaplikasikan di industri elektronik. Sedangkan untuk sel surya lapisan tipis, material
semikonduktor yang umum digunakan dan telah masuk pasaran yaitu contohnya material Cu(In,Ga)
(S,Se)2 (CIGS), CdTe (kadmium telluride), dan amorphous silikon, disamping material-material
semikonduktor potensial lain yang dalam sedang dalam penelitian intensif seperti Cu2ZnSn(S,Se)4
(CZTS) dan Cu2O (copper oxide).
Bagian semikonduktor tersebut terdiri dari junction atau gabungan dari dua material semikonduktor
yaitu semikonduktor tipe-p (material-material yang disebutkan diatas) dan tipe-n (silikon tipe-n,
CdS,dll) yang membentuk p-n junction. P-n junction ini menjadi kunci dari prinsip kerja sel surya.
Pengertian semikonduktor tipe-p, tipe-n, dan juga prinsip p-n junction dan sel surya akan dibahas
dibagian “cara kerja sel surya”.
3. Kontak metal / contact grid
Selain substrat sebagai kontak positif, diatas sebagian material semikonduktor biasanya dilapiskan
material metal atau material konduktif transparan sebagai kontak negatif.
4.Lapisan antireflektif
Refleksi cahaya harus diminimalisir agar mengoptimalkan cahaya yang terserap oleh semikonduktor.
Oleh karena itu biasanya sel surya dilapisi oleh lapisan anti-refleksi. Material anti-refleksi ini adalah
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 / cover glass
Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul surya dari hujan atau kotoran.
III. MEGIDENTIFIKASI PROSES PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA
Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu junction antara
semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom yang dimana
terdapat elektron sebagai penyusun dasar. Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron
(muatan negatif) sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole (muatan positif)
dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan
mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipep, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk mendapatkan material silikon tipe-n, silikon
didoping oleh atom fosfor. Ilustrasi dibawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan
tipe-n.
Peran dari p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron (dan hole) bisa
diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n
terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga
membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada
semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang
mana ketika cahaya matahari mengenai susuna p-n junction ini maka akan mendorong elektron
bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik,
dan sebaliknya hole bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang, seperti diilustrasikan
pada gambar dibawah.
IV. MEGIDENTIFIKASI ANALISA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
SURYA
Pembangkit listrik tenaga surya itu konsepnya sederhana. Yaitu mengubah cahaya matahari menjadi
energi listrik. Cahaya matahari merupakan salah satu bentuk energi dari sumber daya alam. Sumber
daya alam matahari ini sudah banyak digunakan untuk memasok daya listrik di satelit komunikasi
melalui sel surya. Sel surya ini dapat menghasilkan energi listrik dalam jumlah yang tidak terbatas
langsung diambil dari matahari, tanpa ada bagian yang berputar dan tidak memerlukan bahan bakar.
Sehingga sistem sel surya sering dikatakan bersih dan ramah lingkungan. Badingkan dengan sebuah
generator listrik, ada bagian yang berputar dan memerlukan bahan bakar untuk dapat menghasilkan
listrik. Suaranya bising. Selain itu gas buang yang dihasilkan dapat menimbulkan efek gas rumah kaca
(green house gas) yang pengaruhnya dapat merusak ekosistem planet bumi kita. Sistem sel surya
yang digunakan di permukaan bumi terdiri dari panel sel surya, rangkaian kontroler pengisian (charge
controller),
dan aki (batere) 12 volt yang maintenance free.
Seperti yang telah dijelaskan diatas, panel sel surya merupakan modul yang terdiri beberapa sel
surya yang digabung dalam hubungkan seri dan paralel tergantung ukuran dan kapasitas yang
diperlukan. Yang sering digunakan adalah modul sel surya 20 watt atau 30 watt. Modul sel surya itu
menghasilkan energi listrik yang proporsional dengan luas permukaan panel yang terkena sinar
matahari. Rangkaian kontroler pengisian aki dalam sistemsel surya itu merupakan rangkaian
elektronik yang mengatur proses pengisian akinya. Kontroler ini dapat mengatur tegangan aki dalam
selang tegangan 12 volt plus minus 10 persen. Bila tegangan turun sampai 10,8 volt, maka kontroler
akan mengisi aki dengan panelsurya sebagai sumber dayanya. Tentu saja proses pengisian itu akan
terjadi bila berlangsung pada saat ada cahaya matahari. Jika penurunan tegangan itu terjadi pada
malam hari, maka kontroler akan memutus pemasokan energi listrik. Setelah proses pengisian itu
berlangsung selama beberapa jam, tegangan aki itu akan naik.
Bila tegangan aki itu mencapai 13,2 volt, maka kontroler akan
menghentikan proses pengisian aki itu. Rangkaian kontroler pengisian itu sebenarnya mudah untuk
dirakit sendiri. Tapi, biasanya rangkaian kontroler ini sudah tersedia dalam keadaan jadi di pasaran.
Memang harga kontroler itu cukup mahal kalau dibeli sebagai unit tersendiri. Kebanyakan sistem sel
surya itu hanya dijual dalam bentuk paket lengkap yang siap pakai.
Jadi, sistem sel surya dalam bentuk paket lengkap itu jelas lebih murah dibandingkan dengan bila
merakit sendiri. Biasanya panel surya itu letakkan dengan posisi statis menghadap matahari. Padahal
bumi itu bergerak mengelilingi matahari. Orbit yang ditempuh bumi berbentuk elip dengan matahari
berada di salah satu titik fokusnya. Karena matahari bergerak membentuk sudut selalu berubah,
maka dengan posisi panel surya itu yang statis itu tidak akan diperoleh energi listrik yang optimal.
Agar dapat terserap secara maksimum, maka sinar matahari itu harus diusahakan selalu jatuh tegak
lurus pada permukaan panel surya. Jadi, untuk mendapatkan energi listrik yang optimal, sistem sel
surya itu masih harus dilengkapi pula dengan rangkaian kontroler optional untuk mengatur arah
permukaan panel surya agar selalu menghadap matahari sedemikian rupa sehingga sinar mahatari
jatuh hampir tegak lurus pada panel suryanya. Kontroler seperti ini dapat dibangun, misalnya,
dengan menggunakan mikrokontroler 8031. Kontroler ini tidak sederhana, karena terdiri dari bagian
perangkat keras dan bagian perangkat lunak. Biasanya, paket sistem sel surya yang lengkap belum
termasuk kontroler untuk menggerakkan panel surya secara otomatis supaya sinar matahari jatuh
tegak lurus.
Komponen utama sistem surya fotovoltaik adalah modul yang merupakan unit rakitan beberapa sel
surya fotovoltaik. Untuk membuat modul fotovoltaik secara pabrikasi bisa menggunakan teknologi
kristal dan thin film. Modul fotovoltaik kristal dapat dibuat dengan teknologi yang relatif sederhana,
sedangkan untuk membuat sel fotovoltaik diperlukan teknologi tinggi.
Modul fotovoltaik tersusun dari beberapa sel fotovoltaik yang dihubungkan secara seri dan paralel.
Biaya yang dikeluarkan untuk membuat modul sel surya yaitu sebesar 60% dari biaya total. Jadi, jika
modul sel surya itu bisa diproduksi di dalam negeri berarti akan bisa menghemat biaya
pembangunan PLTS. Untuk itulah, modul pembuatan sel surya di Indonesia tahap pertama adalah
membuat bingkai (frame), kemudian membuat laminasi dengan sel-sel yang masih diimpor. Jika
permintaan pasar banyak maka pembuatan sel dilakukan di dalam negeri. Hal ini karena teknologi
pembuatan sel surya dengan bahan silikon single dan poly cristal secara teoritis sudah dikuasai.
Dalam bidang fotovoltaik yang digunakan pada PLTS, Indonesia ternyata telah melewati tahapan
penelitian dan pengembangan dan sekarang menuju tahapan pelaksanaan dan instalasi
Teknologi ini cukup canggih dan keuntungannya adalah harganya murah, bersih, mudah dipasang dan
dioperasikan dan mudah dirawat. Sedangkan kendala utama yang dihadapi dalam pengembangan
energi surya fotovoltaik adalah investasi awal yang besar dan harga per kWh listrik yang dibangkitkan
relatif tinggi, karena memerlukan subsistem yang terdiri atas baterai, unit pengatur dan inverter
sesuai dengan kebutuhannya.
Bahan sel surya sendiri terdiri kaca pelindung dan material adhesive transparan yang melindungi
bahan sel surya dari keadaan lingkungan, material anti-refleksi untuk menyerap lebih banyak cahaya
dan mengurangi jumlah cahaya yang dipantulkan, semikonduktor P-type dan N-type (terbuat dari
campuran Silikon) untuk menghasilkan medan listrik, saluran awal dan saluran akhir (tebuat dari
logam tipis) untuk mengirim elektron ke perabot listrik. Cara kerja sel surya sendiri sebenarnya
identik dengan piranti semikonduktor dioda. Ketika cahaya bersentuhan dengan sel surya dan diserap
oleh bahan semi-konduktor, terjadi pelepasan elektron. Apabila elektron tersebut bisa menempuh
perjalanan menuju bahan semi-konduktor pada lapisan yang berbeda, terjadi perubahan sigma gayagaya pada bahan. Gaya tolakan antar bahan semi-konduktor, menyebabkan aliran medan listrik. Dan
menyebabkan elektron dapat disalurkan ke saluran awal dan akhir untuk digunakan pada perabot
listrik.
MERENCANAKAN
I. MERENCANAKA JENIS USAHA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
SURYA
Karena pembangkit listrik tenaga surya sangat tergantung kepada sinar matahari, maka perencanaan
yang baik sangat diperlukan. Perencanaan terdiri dari:
Jumlah daya yang dibutuhkan dalam pemakaian sehari-hari (Watt).
Berapa besar arus yang dihasilkan solar cells panel (dalam Ampere hour), dalam hal ini
memperhitungkan berapa jumlah panel surya yang harus dipasang.
Berapa unit baterai yang diperlukan untuk kapasitas yang diinginkan dan pertimbangan penggunaan
tanpa sinar matahari. (Ampere hour).
Dalam nilai ke-ekonomian, pembangkit listrik tenaga surya memiliki nilai yang lebih tinggi, dimana
listrik dari PT. PLN tidak dimungkinkan, ataupun instalasi generator listrik bensin ataupun solar.
Misalnya daerah terpencil: pertambangan, perkebunan, perikanan, desa terpencil, dll. Dari segi
jangka panjang, nilai ke-ekonomian juga tinggi, karena dengan perencanaan yang baik, pembangkit
listrik tenaga surya dengan panel surya memiliki daya tahan 20 – 25 tahun. Baterai dan beberapa
komponen lainnya dengan daya tahan 3 – 5 tahun.
Dari diagram pembangkit listrik tenaga surya diatas: beberapa solar panel di paralel untuk
menghasilkan arus yang lebih besar. Combiner pada gambar diatas menghubungkan kaki positif
panel surya satu dengan panel surya lainnya. Kaki/ kutub negatif panel satu dan lainnya juga
dihubungkan. Ujung kaki positif panel surya dihubungkan ke kaki positif charge controller, dan kaki
negatif panel surya dihubungkan ke kaki negatif charge controller. Tegangan panel surya yang
dihasilkan akan digunakan oleh charge controller untuk mengisi baterai. Untuk menghidupkan beban
perangkat AC (alternating current) seperti Televisi, Radio, komputer, dll, arus baterai disupply oleh
inverter.
Instalasi pembangkit listrik dengan tenaga surya membutuhkan perencanaan mengenai kebutuhan
daya:
Jumlah pemakaian
Jumlah solar panel
Jumlah baterai
II. MERENCANAKAN PORSPEK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
SURYA
Perhitungan keperluan daya adalah sebagai berikut :
Langkah Pertama : Menentukan jumlah total beban di rumah yang akan menggunakan tenaga dari
solar panel.
Dari tagihan listrik, bisa dilihat tingkat konsumsinya dalam bentuk kWh (kilowatt per jam) setiap
bulan. Sehingga dari situ kita bisa identifikasikan berapa kWh yang dibutuhkan tiap hari, misalnya
200 watt.
Langkah Kedua : Menentukan lama beban yang totalnya 200 watt tersebut akan dihidupkan
dengan menggunakan sistem solar panel.
Boleh diasumsikan misalnya 12 jam. Jika 12 jam, berarti total konsumsi daya beban dalam sehari
adalah 12 x 200 kWh = 2.400 watt.
Tentunya lebih diuntungkan jika beban yang menggunakan solar panel dinyalakan pada malam hari.
Dengan begini, penggunaan baterai relatif tidak berat dan dimungkinkan jumlah baterai dapat pula
dikurangi jumlahnya, karena listrik yang disupply tidak hanya oleh baterai tetapi sinar matahari masih
turut memberikan supply.
Mari kita ambil contoh penggunaan sistem solar panel adalah pada pukul 18.00 s/d 06.00 (12 jam).
Langkah Ketiga : Menghitung berapa besar dan jumlah baterai yang dibutuhkan untuk mensupply
beban sejumlah total 2.400 watt:
Jumlah total 2.400 watt perlu ditambahkan sekitar 20% yang adalah listrik yang digunakan oleh
perangkat selain panel surya, yakni inverter sebagai pengubah arus DC (searah) menjadi AC (bolak –
balik) (karena pada umumnya peralatan rumah tangga menggunakan arus AC), dan controller
(sebagai pengatur arus) yakni menutup arus ke baterai jika tegangan sudah berlebih di baterai dan
memberhentikan pengambilan arus dari baterai jika baterai sudah hampir kosong.
Sehingga jika ditambahkan 20%, maka total daya yang dibutuhkan adalah 2.400 x (2.400 x 20%) =
2.880 watt.
Dari 2.880 watt tersebut, jika dibagi 12 V ( tegangan umum yang dimiliki baterai) maka kuat arus yang
dibutuhkan adalah 240 Ampere. Maka, jika kita menggunakan baterai yang sebesar 65 Ah 12 V, maka
kita membutuhkan 4 baterai (65 x 12 x 4 = 3.120 watt).
Dengan mendapatkan 3.120 watt ini, akan didapatkan jumlah panel yang dibutuhkan, termasuk
besarannya yakni sebagai berikut. Jika menggunakan ukuran panel yang 100 wp (watt peak), maka
dalam sehari panel ini kurang lebih menghasilkan supply sebesar 100wp x 5 (jam) = 500 watt.
Adapun 5 jam didapat dari efektivitas rata-rata waktu sinar matahari bersinar di negara tropis seperti
Indonesia, dan 5 jam ini sudah menjadi semacam perhitungan rumus baku efektivitas sinar matahari
yang diserap oleh panel surya. Maka jika 1 panel yang 100 wp mampu memberikan listrik sejumlah
500 watt, didapatkan total panel yang dibutuhkan adalah sejumlah 3.120 watt / 500 watt = 7 panel
(baiknya kita lebihkan).
III. MERENCANAKAN PROSES PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA
Pembangkit Listrik Tenaga Surya Fotovoltaik (biasanya disebut juga Sel surya) adalah piranti
semikonduktor yang dapat merubah cahaya secara langsung menjadi arus listrik searah (DC) dengan
menggunakan Kristal silicon (Si) yang tipis. Sebuah kristal silindris Silikon (Si) di peroleh dengan cara
memanaskan Si tersebut dengan tekanan yang diatur sehingga Si tadi berubah menjadi penghantar.
Bila kristal silindris itu dipotong setebal 0,3 mm, maka akan terbentuklah sel-sel Silikon yang tipis
atau sering disebut juga dengan sel Surya (photovoltaic). Sel-sel Silikon itu di pasang dengan posisi
sejajar/seri dalam sebuah panel yang terbuat dari alumunium atau baja anti karat dan dilindungi oleh
kaca atau plastik. Kemudian pada tiap-tiap sambungan sel diberi sambungan listrik. Bila sel-sel itu
terkena sinar matahari maka pada sambungan itu akan mengalir arus listrik. Besarnya arus
listrik/daya listrik itu tergantung pada jumlah energi cahaya yang mencapai silikon itu dan luas
permukaan sel surya. Pada prinsipnya sel surya (fotovoltaik) merupakan suatu dioda semikonduktor
yang bekerja dalam proses tak seimbang dan berdasarkan efek fotovoltaik. Dalam proses itu sel surya
menghasilkan 0,5-1 volt tergantung dari intensitas cahaya matahari dan jenis zat semikonduktor yang
dipakai. Sementara itu intensitas energi yang terkandung dalam sinar matahari yang sampai ke
permukaan bumi besarnya sekitar 1000 Watt. Tapi karena daya guna konversi energi radiasi menjadi
energi listrik berdasarkan efek fotovoltaik baru mencapai 25%, sehingga produksi listrik. maksimal
yang dihasilkan sel surya baru mencapai 250 watt per m2 . Komponen utama PLTS adalah modul
yang merupakan unit rakitan beberapa sel surya (fotovoltaik). Modul surya tersusun dari beberapa
sel surya yang dihubungkan secara seri dan paralel. Teknologi ini cukup canggih dan keuntungannya
adalah harganya murah, bersih, mudah dipasang dan dioperasikan serta mudah dirawat. Sedangkan
kendala utama dalam pengembangan energi surya adalah investasi awal yang besar dan harga per
kWh listrik yang dibangkitkan relative masih tinggi, karena memerlukan subsistem yang terdiri atas
baterai, unit pengatur dan inverter yang sesuai kebutuhan. Sistem PLTS dapat dilihat pada gambar
berikut : Gambar.1 Sistem PLTS PLTS dapat di manfaatkan untuk berbagai macam sistem catudaya
yaitu:
a. Sistem listrik penerangan rumah seperti : sistem sentralisasi, semi-sentralisasi, sistem
desentralisasi, dan sistem hibrid.
b. Sistempompa air, seperti :pompa air minum, pompairigasi.
c. Sistem kesehatan, seperti : penyimpanan vaksin, penyimpanan darah, penerangan puskesmas
terpencil,dll.
d. Sistem komunikasi, seperti : televisi, repeater, radio repeater, komunikasi kereta api.
e. Sistem pemandu transportasi, seperti : radio sinyal bandara, lampu suar untuk navigasi dan
persimpangan jalan kereta api.
f. Sistem proteksi karat, seperti : proteksi katodik untuk jembatan, pipa, proteksi struktur baja.
g. Lain-lain, seperti : lampu penerangan jalan, sistem pencatat gempa, lampu taman, air mancur,
kalkulator dan mobil surya.
Ada 5 keuntungan PLTS, diantaranya :
1. Energi yang digunakan adalah energi yang tersedia secara cuma-cuma.
2. Perawatannyamudahdansederhana.
3. Tidak terdapat peralatan yang bergerak, sehingga tidak perlu penggantian suku cadang dan
penyetelan pada sistem pelumasan.
4. Peralatan bekerja tanpa suara dan tidak berdampak negative terhadap lingkungan.
5. Dapatbekerjasecaraotomatis.
IV. MERENCANAKAN ANALISA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA
Sebagai pengaplikasian metode yang
dijelaskan diatas, pada tulisan ini di berikan
contoh perhitungan untuk sebuah rumah tangga
sederhana.
Sebuah rumah sederhana memerlukan catu
daya listrik untuk mensuplai beban-beban
sebagai berikut :
3 buah lampu TL (DC) 6 Watt, beroperasi
12 jam sehari
1 buah tape recorder 12 watt, beroperasi 8
jam sehari
1 buah TV berwarna 175 Watt (beban AC),
beroperasi 8 jam sehari
Teganganoperasisistemadalah 12 Volt
Penentuan kapasitas baterai, jumlah
modul dilakukan dengan mengikuti bagan
seperti yang terlihat pada gambar.2 diatas.
Hasilperhitunganadalahsebagaiberikut :
Jumlah Total Ah/hari
Beban-beban DC (3 buahLampu TL
DC + 1 buah Tape recorder) :
(3 x 6 watt/12 volt x 12 jam) + (12
Watt/12 volt x 8 jam) = 24 Ah
Beban AC (TV berwarna) :
(75 Watt x 6 jam)/0,85)/12V= 45 Ah
Total Ah/hari :
Itot = (24 Ah + 45 Ah) = 69 Ah
Beban Total + SF = 69 Ah +1,2 = 83 Ah
Jam matahariekivalen (ESH) = 4,1
Total Arus panel sel Surya
= (83 Ah)/4,1jam
= 20,2 A
Jumlah Total modul yang diperlukan.
Terlebih dahulu harus dipilih jenis modul
yang akan digunakan berdasarkan
spesifikasi yang diberikan oleh
pabrik/distributor. Misalnya dipilih modul
jenis MSX 60 buatan Solarex. Dengan
data-data sebagai berikut :
Ioperasi = 3,5 Ampere
Vnominal = 12 Volt
Sehingga :
Jumlahmodul yang tersusunparalel =
18,5 Ampere/3,5 Ampere
= 5,3atau 6 buah
Jumlahmodultersusun Seri
Σ Modulseri =12 V/12 V = 1 buah Jumlah total Modul = 6x1 = 6 buah Kapasitas minimum baterai
yang di perlukan. Dengan memilih waktu cadangan selama 5 hari, maka : Bateraicap = (Itotalbeban x
1,2) x trec = 83 Ah/hari = 415 Ah Karena umumnya baterai mempunyai kemampuan sampai 80%,
maka kapasitas minimum baterai yang akan dipilih harus dibagi lagi dengan faktor 0,8, sehingga
kapasitas minimum baterai menjadi : 415 Ah/0,8 = 518,75 Ah. Baterai atau aki yang dipilih harus
mempunyai kapasitas diatas 519 Ah.
MENGORGANISASIKAN
I. MENGORGANISASIKAN JENIS USAHA PEMBANGKIT LISTRIK
TENAGA SURYA
Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) off-grid yang menggunakan teknologi
fotovoltaik adalah salah satu bentuk aplikasi pengembangan energi terbarukan
di Indonesia yang bertujuan untuk memberikan akses energi listrik di desa-desa
yang belum berlistrik di daerah pedalaman, kawasan perbatasan dan pulau-
pulau kecil terluar, sekaligus meningkatkan kemandirian dan ketahanan energi
nasional.
Salah satu tujuan kemandirian dan ketahanan energi nasional dalam Rencana
Umum Energi Nasional (RUEN) adalah tercapainya pengelolaan sumber daya
energi yang optimal, terpadu, dan berkelanjutan. Untuk mendukung tujuan
tersebut, aspek pengoperasian dan p
emeliharaan suatu pembangkit menjadi sangat penting dalam rangka menjaga
keberlangsungan dan kesinambungan penyediaan tenaga listrik dari suatu PLTS
sehingga manfaatnya dapat terus dinikmati. Untuk mewujudkan hal tersebut,
Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan dan Konservasi Energi (EBTKE)
menyusun buku Panduan Pengoperasian dan Pemeliharaan PLTS off-grid.
Panduan ini berisi gambaran umum dan penjelasan tentang metode
pengoperasian, metode pemeliharaan, penanganan gangguan hingga
mekanisme pencatatan pengoperasian dan pemeliharaan dari suatu PLTS offgrid.
II. MENGORGANISASIKAN PROSPEK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
SURYA
bentuk foton. Pada siang hari modul surya menerima cahaya matahari yang kemudian diubah
menjadi listrik melalui proses fotovoltaik. Ketika foton ini mengenai permukaan sel surya, elektronelektronnya akan tereksitasi dan menimbulkan aliran listrik. Prinsip ini di kenal sebagai prinsip
photoelectric. Sel surya dapat tereksitasi karena terbuat dari material semikonduktor; yang
mengandung silicon . Silikon ini terdiri atas dua jenis lapisan sensitif: lapisan (tipe-n) dan lapisan
positif (tipe-p) Listrik yang dihasilkan oleh modul dapat langsung disalurkan ke beban ataupun
disimpan dalam baterai sebelum digunakan ke beban: lampu, radio, dll. Pada malam hari, dimana
modul surya tidak menghasilkan listrik, beban sepenuhnya dicatu oleh battery. Demikian pula
apabila hari mendung, dimana modul surya menghasilkan listrik lebih rendah dibandingkan pada
saat matahari benderang.
III. MENGORGANISASIKAN PROSES PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA
Sebagian besar orang selalu menanyakan kapasitas PLTS dengan ukuran listrik PLN, seperti 450W, 900
W dan seterusnya. Kapasitas terpasang tersebut dalam PLTS sering disebut sebagai Wp (Watt Peak)
yang menunjukkan kapasitas dari modul surya pada saat matahari dalam kondisi terik/puncak.
Kapasitas modul surya yang tersedia sangat banyak: 10 Wp, 30 Wp, 40 Wp, 50 Wp, 65 Wp, 70 Wp, 80
Wp, 100 Wp, 125 Wp, 150 Wp, dan 160 Wp.
Untuk menghitung berapa PLTS yang dibutuhkan, dapat diikuti tahapan sebagai berikut:
a.
Modul surya akan menghasilkan listrik sesuai dengan tingkat radiasi matahari yang
diterimanya. Tingkat radiasi ini berbeda dari satu tempat ke lainnya, dipengaruhi oleh letak lokasi
dari khatulistiwa (latitude), ketinggian dari permukaan laut (altitude), awan, tingkat polusi,
kelembaban, dan suhu. Namun demikian untuk memudahkan, di Indonesia dapat dipakai patokan 1
modul surya kapasitas 50Wp dapat menghasilkan listrik sebesar 150 Wh (Watt hour atau Watt Jam)
per hari.
b. Untuk menghitung berapa listrik yang akan diperlukan untuk mengoperasikan peralatan
elektronik (Wh), kalikan Watt (AC ataupun DC) peralatan dengan lamanya (Jam) peralatan tersebut
akan dipakai setiap hari (kumulatif). Misal, jika 1 buah lampu 10 watt, ingin dinyalakan dalam satu
hari kumulatif selama 15 jam, maka akan dibutuhkan listrik sebanyak 10 Watt x 1 buah x 15 Jam =
150 Wh (Watt Jam-Watt Hour). Masukkan peralatan lainnya dalam tabel berikut:
Jenis Peralatan
Watt
Jumlah Peralatan
Jam Menyala per hari
Wh (Watt Jam)
1. Lampu Teras
10
1
15
150
2. Lampu Kamar
6
3
5
90
3. Radio/Tape
15
2
2
30
……………… dst
……….
……….
……….
……….
JUMLAH (Wh)
270
c.
Maka akan dibutuhkan PLTS sebesar: 270 Wh ÷ 150 Wh = 1.8 buah, dibulatkan menjadi 2 buah
PLTS dengan modul surya @ 50 Wp.
F.
Pembagian Sistem PLTS
Pembagian sistem PLTS Secara garis besar sistem kelistrikan tenaga surya dapat
dibagi menjadi :
IV. MENGORGANISASIKAN ANALISA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
SURYA
Sistem ini dapat diterangkan secara visual, listrik yang dihasilkan oleh array dirubah
menjadi listrik AC melalui power conditioner, lalu dialirkan ke AC load. AC load disini dapat berupa
listrik yang diperlukan di perumahan atau kantor. Yang menjadi ciri utama dari sistem ini adalah
dihubungkannya AC load ke jaringan distribusi listrik yang dimiliki oleh perusahaan listrik. Jadi apabila
listrik yang dihasilkan oleh solar panel cukup banyak -melebihi yang dibutuhkan oleh AC load maka
listrik tersebut dapat dialirkan ke jaringan distribusi yang ada. Sebaliknya apabila listrik yang
dihasilkan solar panel sedikit –kurang dari kebutuhan ac load maka kekurangan itu dapat diambil dari
listrik yang dihasilkan perusahaan listrik. Hal ini di banyak negara-negara industri maju secara
peraturan telah memungkinkan.
b. Sistem Independensi
Selain sistem terintegrasi yang diterangkan diatas terdapat pula sistem independensi yang
merupakan sistem yang selama ini banyak dipakai. Contoh dari sistem yang dihubungkan dengan dc
load adalah pembangkit listrik untuk peralatan komunikasi. Misalnya peralatan komunikasi yang
dipasang dipegunungan. Sedangkan yang dihubungakan dengan AC load adalah system pembangkit
listrik untuk pulau-pulau yang terpencil.Dalam sistem ini, battery memainkan peranan yang sangat
vital. Bila ada kelebihan listrik yang dihasilkan, misalnya pada siang hari, listrik ini disimpan di battery.
Dan pada malam hari listrik yang disimpan ini dialirkan ke load.
G. Kelebihan dan Kekurangan Pembangkit Listrik Tenaga Surya
a.
Kelebihan Energi Surya
Ø Tersedia bebas dan dapat diperoleh secara gratis di alam.
Ø Persediaan energi surya hampir tak terbatas, yang bersumber dari matahari (surya).
Ø Tanpa polusi dan emisi gas rumah kaca sehingga dapat mengurangi pemanasan global.
Ø Dapat dibangun di daerah terpencil karena tidak memerlukan transmisi energi maupun
transportasi sumber energi.
b.
Kekurangan Energi Surya
Ø Secara umum membutuhkan investasi awal yang besar (mahal).
Ø Untuk mencapai efisiensi rata-rata yang tinggi, pada umumnya tipe sel surya memerlukan
permukaan areal yang luas. Oleh karenanya anda seringkali menjumpai panel-panel fotovoltaik
berbentuk persegi empat yang menyerupai lembaran papan kayu lapis.
Ø Efisiensi sel surya sangat dipengaruhi oleh polusi udara dan kondisi cuaca.
Ø Sel surya hanya mampu membangkitkan energi sepanjang siang hari saja.
Ø Pembuatan sel surya masih mahal.
Karena berbagai kekurangan tersebut, kemampuan sel surya dalam menghasilkan tenaga
listrik belum dapat mencapai efisiensi tertinggi. Tambahan pula sel-sel surya tersebut jika belum
dapat diproduksi sendiri maka harus diadakan dengan cara impor. Maka pemanfaatannya menjadi
lebih mahal dibandingkan dengan pemanfaatan energi fosil (minyak, gas dan batubara). Saat ini biaya
energi surya diperkirakan mencapai dua kali lipat biaya energi fosil.
Kesimpulan : Telah berhasil didapatkan kombinasi antara jumlah panel surya dan baterai untuk
mensupply listrik sejumlah total 3.120 watt yang dinyalakan selama 12 jam sehari dimana beban
yang menggunakannya dinyalakan pada malam hari antara pukul 18.00 s/d 06.00 yakni : 7 PANEL
SURYA YANG 100 WP DAN 4 BUAH BATERAI 65Ah 12 V.
Mengenai harga, 1 buah panel surya dengan daya 100 wp adalah sebesar Rp.2.100.000, sehingga
total uang yang harus dikeluarkan untuk pembelian panel surya adalah Rp.14.700.000,-
“REKAYASA”
NAMA: KOBEN
SMK AL KHAIRIYAH 2
KELAS XI MD
MEGIDENTIFIKASI
I. Mengidentifikasi jenis usaha pembangkit listrik tenaga surya
Jika kita melihat tingkat konsumsi energi di seluruh dunia saat ini, penggunaan energi diprediksikan
akan meningkat sebesar 70 persen antara tahun 2000 sampai 2030. Sumber energi yang berasal dari
fosil, yang saat ini menyumbang 87,7 persen dari total kebutuhan energi dunia diperkirakan akan
mengalami penurunan disebabkan tidak lagi ditemukannya sumber cadangan baru.
Cadangan sumber energi yang berasal dari fosil diseluruh dunia diperkirakan hanya sampai 40 tahun
untuk minyak bumi, 60 tahun untuk gas alam, dan 200 tahun untuk batu bara. Kondisi keterbatasan
sumber energi di tengah semakin meningkatnya kebutuhan energi dunia dari tahun ketahun
(pertumbuhan konsumsi energi tahun 2004 saja sebesar 4,3 persen), serta tuntutan untuk
melindungi bumi dari pemanasan global dan polusi lingkungan membuat tuntutan untuk segera
mewujudkan teknologi baru bagi sumber energi yang terbaharukan.
Di antara sumber energi terbaharukan yang saat ini banyak dikembangkan [seperti turbin angin,
tenaga air (hydro power), energi gelombang air laut, tenaga surya, tenaga panas bumi, tenaga
hidrogen, dan bio-energi], tenaga surya atau solar sel merupakan salah satu sumber yang cukup
menjanjikan.
Energi yang dikeluarkan oleh sinar matahari sebenarnya hanya diterima oleh permukaan bumi
sebesar 69 persen dari total energi pancaran matahari. Suplai energi surya dari sinar matahari yang
diterima oleh permukaan bumi sangat luar biasa besarnya yaitu mencapai 3 x 1024 joule pertahun,
energi ini setara dengan 2 x 1017 Watt.
Jumlah energi sebesar itu setara dengan 10.000 kali konsumsi energi di seluruh dunia saat ini.
Dengan kata lain, dengan menutup 0,1 persen saja permukaan bumi dengan divais solar sel yang
memiliki efisiensi 10 persen sudah mampu untuk menutupi kebutuhan energi di seluruh dunia saat
ini.
II. MENGIDENTIFIKASI PROSPEK PEBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA
Karena sel surya sanggup menyediakan energi listrik bersih tanpa polusi, mudah dipindah, dekat
dengan pusat beban sehingga penyaluran energi sangat sederhana serta sebagai negara tropis,
Indonesia mempunyai karakteristik cahaya matahari yang baik (intensitas cahaya tidak fluktuatif)
dibanding tenaga angin seperti di negara-negara 4 musim, utamanya lagi sel surya relatif efisien,
tidak ada pemeliharaan yang spesifik dan bisa mencapai umur yang panjang serta mempunyai
keandalan yang tinggi.
Untuk memanfaatkan potensi energi surya tersebut, ada 2 (dua) macam teknologi yang sudah
diterapkan, yaitu:
• Teknologi energi surya fotovoltaik, energi surya fotovoltaik digunakan untuk memenuhi kebutuhan
listrik, pompa air, televisi, telekomunikasi, dan lemari pendingin di Puskesmas dengan kapasitas total
± 6 MW.
• Teknologi energi surya termal, energi surya termal pada umumnya digunakan untuk memasak
(kompor surya), mengeringkan hasil pertanian (perkebunan, perikanan, kehutanan, tanaman pangan)
dan memanaskan air.(dunia listrik.blogspot.2008)
Teknologi Energi Surya Fotovoltaik
Salah satu cara penyediaan energi listrik alternatif yang siap untuk diterapkan secara masal pada saat
ini adalah menggunakan suatu sistem teknologi yang diperkenalkan sebagai Sistem Energi Surya
Fotovoltaik (SESF) atau secara umum dikenal sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Surya Fotovoltaik
(PLTS Fotovoltaik). Sebutan SESF merupakan istilah yang telah dibakukan oleh pemerintah yang
digunakan untuk mengidentifikasikan suatu sistem pembangkit energi yang memanfaatkan energi
matahari dan menggunakan teknologi fotovoltaik. Dibandingkan energi listrik konvensional pada
umumnya, SESF terkesan rumit, mahal dan sulit dioperasikan. Namun dari pengalaman lebih dari 15
tahun operasional di beberapa kawasan di Indonesia, SESF merupakan suatu sistem yang mudah
didalam pengoperasiannya, handal, serta memerlukan biaya pemeliharaan dan operasi yang rendah
menjadikan SESF mampu bersaing dengan teknologi konvensional pada sebagian besar kondisi
wilayah Indonesia yang terdiri atas pulau – pulau kecil yang tidak terjangkau oleh jaringan PLN dan
tergolong sebagai kawasan terpencil.
Selain itu SESF merupakan suatu teknologi yang bersih dan tidak mencemari lingkungan. Beberapa
kondisi yang sesuai untuk penggunaan SESF antara lain pada pemukiman desa terpencil, lokasi
transmigrasi, perkebunan, nelayan dan lain sebagainya, baik untuk penerangan rumah maupun untuk
fasilitas umum. Akan tetapi sesuai dengan perkembangan jaman, pada saat ini di negara-negara maju
penerapan SESF telah banyak digunakan untuk suplai energi listrik di gedung-gedung dan perumahan
di kota-kota besar.
Pada umumnya modul fotovoltaik dipasarkan dengan kapasitas 50 Watt-peak (Wp) dan kelipatannya.
Unit satuan Watt-peak adalah satuan daya (Watt) yang dapat dibangkitkan oleh modul fotovoltaik
dalam keadaan standar uji (Standard Test Condition – STC). Efisiensi pembangkitan energi listrik yang
dihasilkan modul fotovoltaik pada skala komersial saat ini adalah sekitar 14 – 15 %.
A. Sel Surya dan Komponen Utamanya
Sel surya atau juga sering disebut fotovoltaik adalah peralatan yang mampu mengkonversi langsung
cahaya matahari menjadi listrik. Sel surya bisa disebut sebagai pemeran utama untuk
memaksimalkan potensi sangat besar energi cahaya matahari yang sampai kebumi, walaupun selain
dipergunakan untuk menghasilkan listrik, energi dari matahari juga bisa dimaksimalkan energi
panasnya melalui sistem solar thermal. Sel surya dapat dianalogikan sebagai device 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. Ketika disinari,
umumnya satu sel surya komersial menghasilkan tegangan dc sebesar 0,5 sampai 1 volt, dan arus
short-circuit dalam skala milliampere per cm2. Besar tegangan dan arus ini tidak cukup untuk
berbagai aplikasi, sehingga umumnya sejumlah sel surya disusun secara seri membentuk modul
surya. Satu modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya, dan total menghasilkan tegangan dc
sebesar 12 V dalam kondisi penyinaran standar (Air Mass 1.5). Modul surya tersebut bisa
digabungkan secara paralel atau seri untuk memperbesar total tegangan dan arus outputnya sesuai
dengan daya yang dibutuhkan untuk aplikasi tertentu.
B. Struktur Sel Surya
Sesuai dengan perkembangan sains & teknologi, jenis-jenis teknologi sel surya pun berkembang
dengan berbagai inovasi. Ada yang disebut sel surya generasi satu, dua, tiga dan empat, dengan
struktur atau bagian-bagian penyusun sel yang berbeda pula (Jenis-jenis teknologi surya akan
dibahas di tulisan “Sel Surya : Jenis-jenis teknologi”). Dalam tulisan ini akan dibahas struktur dan cara
kerja 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).
1. Substrat/Metal backing
Substrat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya. Material substrat juga harus
mempunyai konduktifitas listrik yang baik karena juga berfungsi sebagai kontak terminal positif sel
surya, sehinga umumnya digunakan material metal atau logam seperti aluminium atau molybdenum.
Untuk sel surya dye-sensitized (DSSC) dan sel surya organik, substrat juga berfungsi sebagai tempat
masuknya cahaya sehingga material yang digunakan yaitu material yang konduktif tapi juga
transparan sepertii ndium tin oxide (ITO) dan flourine doped tin oxide (FTO).
2. Material semikonduktor
Material semikonduktor merupakan bagian inti dari sel surya yang biasanya mempunyai tebal sampai
beberapa ratus mikrometer untuk sel surya generasi pertama (silikon), dan 1-3 mikrometer untuk sel
surya lapisan tipis. Material semikonduktor inilah yang berfungsi menyerap cahaya dari sinar
matahari. Untuk kasus gambar diatas, semikonduktor yang digunakan adalah material silikon, yang
umum diaplikasikan di industri elektronik. Sedangkan untuk sel surya lapisan tipis, material
semikonduktor yang umum digunakan dan telah masuk pasaran yaitu contohnya material Cu(In,Ga)
(S,Se)2 (CIGS), CdTe (kadmium telluride), dan amorphous silikon, disamping material-material
semikonduktor potensial lain yang dalam sedang dalam penelitian intensif seperti Cu2ZnSn(S,Se)4
(CZTS) dan Cu2O (copper oxide).
Bagian semikonduktor tersebut terdiri dari junction atau gabungan dari dua material semikonduktor
yaitu semikonduktor tipe-p (material-material yang disebutkan diatas) dan tipe-n (silikon tipe-n,
CdS,dll) yang membentuk p-n junction. P-n junction ini menjadi kunci dari prinsip kerja sel surya.
Pengertian semikonduktor tipe-p, tipe-n, dan juga prinsip p-n junction dan sel surya akan dibahas
dibagian “cara kerja sel surya”.
3. Kontak metal / contact grid
Selain substrat sebagai kontak positif, diatas sebagian material semikonduktor biasanya dilapiskan
material metal atau material konduktif transparan sebagai kontak negatif.
4.Lapisan antireflektif
Refleksi cahaya harus diminimalisir agar mengoptimalkan cahaya yang terserap oleh semikonduktor.
Oleh karena itu biasanya sel surya dilapisi oleh lapisan anti-refleksi. Material anti-refleksi ini adalah
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 / cover glass
Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul surya dari hujan atau kotoran.
III. MEGIDENTIFIKASI PROSES PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA
Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu junction antara
semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom yang dimana
terdapat elektron sebagai penyusun dasar. Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron
(muatan negatif) sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole (muatan positif)
dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan
mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipep, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk mendapatkan material silikon tipe-n, silikon
didoping oleh atom fosfor. Ilustrasi dibawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan
tipe-n.
Peran dari p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron (dan hole) bisa
diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n
terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga
membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada
semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang
mana ketika cahaya matahari mengenai susuna p-n junction ini maka akan mendorong elektron
bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik,
dan sebaliknya hole bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang, seperti diilustrasikan
pada gambar dibawah.
IV. MEGIDENTIFIKASI ANALISA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
SURYA
Pembangkit listrik tenaga surya itu konsepnya sederhana. Yaitu mengubah cahaya matahari menjadi
energi listrik. Cahaya matahari merupakan salah satu bentuk energi dari sumber daya alam. Sumber
daya alam matahari ini sudah banyak digunakan untuk memasok daya listrik di satelit komunikasi
melalui sel surya. Sel surya ini dapat menghasilkan energi listrik dalam jumlah yang tidak terbatas
langsung diambil dari matahari, tanpa ada bagian yang berputar dan tidak memerlukan bahan bakar.
Sehingga sistem sel surya sering dikatakan bersih dan ramah lingkungan. Badingkan dengan sebuah
generator listrik, ada bagian yang berputar dan memerlukan bahan bakar untuk dapat menghasilkan
listrik. Suaranya bising. Selain itu gas buang yang dihasilkan dapat menimbulkan efek gas rumah kaca
(green house gas) yang pengaruhnya dapat merusak ekosistem planet bumi kita. Sistem sel surya
yang digunakan di permukaan bumi terdiri dari panel sel surya, rangkaian kontroler pengisian (charge
controller),
dan aki (batere) 12 volt yang maintenance free.
Seperti yang telah dijelaskan diatas, panel sel surya merupakan modul yang terdiri beberapa sel
surya yang digabung dalam hubungkan seri dan paralel tergantung ukuran dan kapasitas yang
diperlukan. Yang sering digunakan adalah modul sel surya 20 watt atau 30 watt. Modul sel surya itu
menghasilkan energi listrik yang proporsional dengan luas permukaan panel yang terkena sinar
matahari. Rangkaian kontroler pengisian aki dalam sistemsel surya itu merupakan rangkaian
elektronik yang mengatur proses pengisian akinya. Kontroler ini dapat mengatur tegangan aki dalam
selang tegangan 12 volt plus minus 10 persen. Bila tegangan turun sampai 10,8 volt, maka kontroler
akan mengisi aki dengan panelsurya sebagai sumber dayanya. Tentu saja proses pengisian itu akan
terjadi bila berlangsung pada saat ada cahaya matahari. Jika penurunan tegangan itu terjadi pada
malam hari, maka kontroler akan memutus pemasokan energi listrik. Setelah proses pengisian itu
berlangsung selama beberapa jam, tegangan aki itu akan naik.
Bila tegangan aki itu mencapai 13,2 volt, maka kontroler akan
menghentikan proses pengisian aki itu. Rangkaian kontroler pengisian itu sebenarnya mudah untuk
dirakit sendiri. Tapi, biasanya rangkaian kontroler ini sudah tersedia dalam keadaan jadi di pasaran.
Memang harga kontroler itu cukup mahal kalau dibeli sebagai unit tersendiri. Kebanyakan sistem sel
surya itu hanya dijual dalam bentuk paket lengkap yang siap pakai.
Jadi, sistem sel surya dalam bentuk paket lengkap itu jelas lebih murah dibandingkan dengan bila
merakit sendiri. Biasanya panel surya itu letakkan dengan posisi statis menghadap matahari. Padahal
bumi itu bergerak mengelilingi matahari. Orbit yang ditempuh bumi berbentuk elip dengan matahari
berada di salah satu titik fokusnya. Karena matahari bergerak membentuk sudut selalu berubah,
maka dengan posisi panel surya itu yang statis itu tidak akan diperoleh energi listrik yang optimal.
Agar dapat terserap secara maksimum, maka sinar matahari itu harus diusahakan selalu jatuh tegak
lurus pada permukaan panel surya. Jadi, untuk mendapatkan energi listrik yang optimal, sistem sel
surya itu masih harus dilengkapi pula dengan rangkaian kontroler optional untuk mengatur arah
permukaan panel surya agar selalu menghadap matahari sedemikian rupa sehingga sinar mahatari
jatuh hampir tegak lurus pada panel suryanya. Kontroler seperti ini dapat dibangun, misalnya,
dengan menggunakan mikrokontroler 8031. Kontroler ini tidak sederhana, karena terdiri dari bagian
perangkat keras dan bagian perangkat lunak. Biasanya, paket sistem sel surya yang lengkap belum
termasuk kontroler untuk menggerakkan panel surya secara otomatis supaya sinar matahari jatuh
tegak lurus.
Komponen utama sistem surya fotovoltaik adalah modul yang merupakan unit rakitan beberapa sel
surya fotovoltaik. Untuk membuat modul fotovoltaik secara pabrikasi bisa menggunakan teknologi
kristal dan thin film. Modul fotovoltaik kristal dapat dibuat dengan teknologi yang relatif sederhana,
sedangkan untuk membuat sel fotovoltaik diperlukan teknologi tinggi.
Modul fotovoltaik tersusun dari beberapa sel fotovoltaik yang dihubungkan secara seri dan paralel.
Biaya yang dikeluarkan untuk membuat modul sel surya yaitu sebesar 60% dari biaya total. Jadi, jika
modul sel surya itu bisa diproduksi di dalam negeri berarti akan bisa menghemat biaya
pembangunan PLTS. Untuk itulah, modul pembuatan sel surya di Indonesia tahap pertama adalah
membuat bingkai (frame), kemudian membuat laminasi dengan sel-sel yang masih diimpor. Jika
permintaan pasar banyak maka pembuatan sel dilakukan di dalam negeri. Hal ini karena teknologi
pembuatan sel surya dengan bahan silikon single dan poly cristal secara teoritis sudah dikuasai.
Dalam bidang fotovoltaik yang digunakan pada PLTS, Indonesia ternyata telah melewati tahapan
penelitian dan pengembangan dan sekarang menuju tahapan pelaksanaan dan instalasi
Teknologi ini cukup canggih dan keuntungannya adalah harganya murah, bersih, mudah dipasang dan
dioperasikan dan mudah dirawat. Sedangkan kendala utama yang dihadapi dalam pengembangan
energi surya fotovoltaik adalah investasi awal yang besar dan harga per kWh listrik yang dibangkitkan
relatif tinggi, karena memerlukan subsistem yang terdiri atas baterai, unit pengatur dan inverter
sesuai dengan kebutuhannya.
Bahan sel surya sendiri terdiri kaca pelindung dan material adhesive transparan yang melindungi
bahan sel surya dari keadaan lingkungan, material anti-refleksi untuk menyerap lebih banyak cahaya
dan mengurangi jumlah cahaya yang dipantulkan, semikonduktor P-type dan N-type (terbuat dari
campuran Silikon) untuk menghasilkan medan listrik, saluran awal dan saluran akhir (tebuat dari
logam tipis) untuk mengirim elektron ke perabot listrik. Cara kerja sel surya sendiri sebenarnya
identik dengan piranti semikonduktor dioda. Ketika cahaya bersentuhan dengan sel surya dan diserap
oleh bahan semi-konduktor, terjadi pelepasan elektron. Apabila elektron tersebut bisa menempuh
perjalanan menuju bahan semi-konduktor pada lapisan yang berbeda, terjadi perubahan sigma gayagaya pada bahan. Gaya tolakan antar bahan semi-konduktor, menyebabkan aliran medan listrik. Dan
menyebabkan elektron dapat disalurkan ke saluran awal dan akhir untuk digunakan pada perabot
listrik.
MERENCANAKAN
I. MERENCANAKA JENIS USAHA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
SURYA
Karena pembangkit listrik tenaga surya sangat tergantung kepada sinar matahari, maka perencanaan
yang baik sangat diperlukan. Perencanaan terdiri dari:
Jumlah daya yang dibutuhkan dalam pemakaian sehari-hari (Watt).
Berapa besar arus yang dihasilkan solar cells panel (dalam Ampere hour), dalam hal ini
memperhitungkan berapa jumlah panel surya yang harus dipasang.
Berapa unit baterai yang diperlukan untuk kapasitas yang diinginkan dan pertimbangan penggunaan
tanpa sinar matahari. (Ampere hour).
Dalam nilai ke-ekonomian, pembangkit listrik tenaga surya memiliki nilai yang lebih tinggi, dimana
listrik dari PT. PLN tidak dimungkinkan, ataupun instalasi generator listrik bensin ataupun solar.
Misalnya daerah terpencil: pertambangan, perkebunan, perikanan, desa terpencil, dll. Dari segi
jangka panjang, nilai ke-ekonomian juga tinggi, karena dengan perencanaan yang baik, pembangkit
listrik tenaga surya dengan panel surya memiliki daya tahan 20 – 25 tahun. Baterai dan beberapa
komponen lainnya dengan daya tahan 3 – 5 tahun.
Dari diagram pembangkit listrik tenaga surya diatas: beberapa solar panel di paralel untuk
menghasilkan arus yang lebih besar. Combiner pada gambar diatas menghubungkan kaki positif
panel surya satu dengan panel surya lainnya. Kaki/ kutub negatif panel satu dan lainnya juga
dihubungkan. Ujung kaki positif panel surya dihubungkan ke kaki positif charge controller, dan kaki
negatif panel surya dihubungkan ke kaki negatif charge controller. Tegangan panel surya yang
dihasilkan akan digunakan oleh charge controller untuk mengisi baterai. Untuk menghidupkan beban
perangkat AC (alternating current) seperti Televisi, Radio, komputer, dll, arus baterai disupply oleh
inverter.
Instalasi pembangkit listrik dengan tenaga surya membutuhkan perencanaan mengenai kebutuhan
daya:
Jumlah pemakaian
Jumlah solar panel
Jumlah baterai
II. MERENCANAKAN PORSPEK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
SURYA
Perhitungan keperluan daya adalah sebagai berikut :
Langkah Pertama : Menentukan jumlah total beban di rumah yang akan menggunakan tenaga dari
solar panel.
Dari tagihan listrik, bisa dilihat tingkat konsumsinya dalam bentuk kWh (kilowatt per jam) setiap
bulan. Sehingga dari situ kita bisa identifikasikan berapa kWh yang dibutuhkan tiap hari, misalnya
200 watt.
Langkah Kedua : Menentukan lama beban yang totalnya 200 watt tersebut akan dihidupkan
dengan menggunakan sistem solar panel.
Boleh diasumsikan misalnya 12 jam. Jika 12 jam, berarti total konsumsi daya beban dalam sehari
adalah 12 x 200 kWh = 2.400 watt.
Tentunya lebih diuntungkan jika beban yang menggunakan solar panel dinyalakan pada malam hari.
Dengan begini, penggunaan baterai relatif tidak berat dan dimungkinkan jumlah baterai dapat pula
dikurangi jumlahnya, karena listrik yang disupply tidak hanya oleh baterai tetapi sinar matahari masih
turut memberikan supply.
Mari kita ambil contoh penggunaan sistem solar panel adalah pada pukul 18.00 s/d 06.00 (12 jam).
Langkah Ketiga : Menghitung berapa besar dan jumlah baterai yang dibutuhkan untuk mensupply
beban sejumlah total 2.400 watt:
Jumlah total 2.400 watt perlu ditambahkan sekitar 20% yang adalah listrik yang digunakan oleh
perangkat selain panel surya, yakni inverter sebagai pengubah arus DC (searah) menjadi AC (bolak –
balik) (karena pada umumnya peralatan rumah tangga menggunakan arus AC), dan controller
(sebagai pengatur arus) yakni menutup arus ke baterai jika tegangan sudah berlebih di baterai dan
memberhentikan pengambilan arus dari baterai jika baterai sudah hampir kosong.
Sehingga jika ditambahkan 20%, maka total daya yang dibutuhkan adalah 2.400 x (2.400 x 20%) =
2.880 watt.
Dari 2.880 watt tersebut, jika dibagi 12 V ( tegangan umum yang dimiliki baterai) maka kuat arus yang
dibutuhkan adalah 240 Ampere. Maka, jika kita menggunakan baterai yang sebesar 65 Ah 12 V, maka
kita membutuhkan 4 baterai (65 x 12 x 4 = 3.120 watt).
Dengan mendapatkan 3.120 watt ini, akan didapatkan jumlah panel yang dibutuhkan, termasuk
besarannya yakni sebagai berikut. Jika menggunakan ukuran panel yang 100 wp (watt peak), maka
dalam sehari panel ini kurang lebih menghasilkan supply sebesar 100wp x 5 (jam) = 500 watt.
Adapun 5 jam didapat dari efektivitas rata-rata waktu sinar matahari bersinar di negara tropis seperti
Indonesia, dan 5 jam ini sudah menjadi semacam perhitungan rumus baku efektivitas sinar matahari
yang diserap oleh panel surya. Maka jika 1 panel yang 100 wp mampu memberikan listrik sejumlah
500 watt, didapatkan total panel yang dibutuhkan adalah sejumlah 3.120 watt / 500 watt = 7 panel
(baiknya kita lebihkan).
III. MERENCANAKAN PROSES PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA
Pembangkit Listrik Tenaga Surya Fotovoltaik (biasanya disebut juga Sel surya) adalah piranti
semikonduktor yang dapat merubah cahaya secara langsung menjadi arus listrik searah (DC) dengan
menggunakan Kristal silicon (Si) yang tipis. Sebuah kristal silindris Silikon (Si) di peroleh dengan cara
memanaskan Si tersebut dengan tekanan yang diatur sehingga Si tadi berubah menjadi penghantar.
Bila kristal silindris itu dipotong setebal 0,3 mm, maka akan terbentuklah sel-sel Silikon yang tipis
atau sering disebut juga dengan sel Surya (photovoltaic). Sel-sel Silikon itu di pasang dengan posisi
sejajar/seri dalam sebuah panel yang terbuat dari alumunium atau baja anti karat dan dilindungi oleh
kaca atau plastik. Kemudian pada tiap-tiap sambungan sel diberi sambungan listrik. Bila sel-sel itu
terkena sinar matahari maka pada sambungan itu akan mengalir arus listrik. Besarnya arus
listrik/daya listrik itu tergantung pada jumlah energi cahaya yang mencapai silikon itu dan luas
permukaan sel surya. Pada prinsipnya sel surya (fotovoltaik) merupakan suatu dioda semikonduktor
yang bekerja dalam proses tak seimbang dan berdasarkan efek fotovoltaik. Dalam proses itu sel surya
menghasilkan 0,5-1 volt tergantung dari intensitas cahaya matahari dan jenis zat semikonduktor yang
dipakai. Sementara itu intensitas energi yang terkandung dalam sinar matahari yang sampai ke
permukaan bumi besarnya sekitar 1000 Watt. Tapi karena daya guna konversi energi radiasi menjadi
energi listrik berdasarkan efek fotovoltaik baru mencapai 25%, sehingga produksi listrik. maksimal
yang dihasilkan sel surya baru mencapai 250 watt per m2 . Komponen utama PLTS adalah modul
yang merupakan unit rakitan beberapa sel surya (fotovoltaik). Modul surya tersusun dari beberapa
sel surya yang dihubungkan secara seri dan paralel. Teknologi ini cukup canggih dan keuntungannya
adalah harganya murah, bersih, mudah dipasang dan dioperasikan serta mudah dirawat. Sedangkan
kendala utama dalam pengembangan energi surya adalah investasi awal yang besar dan harga per
kWh listrik yang dibangkitkan relative masih tinggi, karena memerlukan subsistem yang terdiri atas
baterai, unit pengatur dan inverter yang sesuai kebutuhan. Sistem PLTS dapat dilihat pada gambar
berikut : Gambar.1 Sistem PLTS PLTS dapat di manfaatkan untuk berbagai macam sistem catudaya
yaitu:
a. Sistem listrik penerangan rumah seperti : sistem sentralisasi, semi-sentralisasi, sistem
desentralisasi, dan sistem hibrid.
b. Sistempompa air, seperti :pompa air minum, pompairigasi.
c. Sistem kesehatan, seperti : penyimpanan vaksin, penyimpanan darah, penerangan puskesmas
terpencil,dll.
d. Sistem komunikasi, seperti : televisi, repeater, radio repeater, komunikasi kereta api.
e. Sistem pemandu transportasi, seperti : radio sinyal bandara, lampu suar untuk navigasi dan
persimpangan jalan kereta api.
f. Sistem proteksi karat, seperti : proteksi katodik untuk jembatan, pipa, proteksi struktur baja.
g. Lain-lain, seperti : lampu penerangan jalan, sistem pencatat gempa, lampu taman, air mancur,
kalkulator dan mobil surya.
Ada 5 keuntungan PLTS, diantaranya :
1. Energi yang digunakan adalah energi yang tersedia secara cuma-cuma.
2. Perawatannyamudahdansederhana.
3. Tidak terdapat peralatan yang bergerak, sehingga tidak perlu penggantian suku cadang dan
penyetelan pada sistem pelumasan.
4. Peralatan bekerja tanpa suara dan tidak berdampak negative terhadap lingkungan.
5. Dapatbekerjasecaraotomatis.
IV. MERENCANAKAN ANALISA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA
Sebagai pengaplikasian metode yang
dijelaskan diatas, pada tulisan ini di berikan
contoh perhitungan untuk sebuah rumah tangga
sederhana.
Sebuah rumah sederhana memerlukan catu
daya listrik untuk mensuplai beban-beban
sebagai berikut :
3 buah lampu TL (DC) 6 Watt, beroperasi
12 jam sehari
1 buah tape recorder 12 watt, beroperasi 8
jam sehari
1 buah TV berwarna 175 Watt (beban AC),
beroperasi 8 jam sehari
Teganganoperasisistemadalah 12 Volt
Penentuan kapasitas baterai, jumlah
modul dilakukan dengan mengikuti bagan
seperti yang terlihat pada gambar.2 diatas.
Hasilperhitunganadalahsebagaiberikut :
Jumlah Total Ah/hari
Beban-beban DC (3 buahLampu TL
DC + 1 buah Tape recorder) :
(3 x 6 watt/12 volt x 12 jam) + (12
Watt/12 volt x 8 jam) = 24 Ah
Beban AC (TV berwarna) :
(75 Watt x 6 jam)/0,85)/12V= 45 Ah
Total Ah/hari :
Itot = (24 Ah + 45 Ah) = 69 Ah
Beban Total + SF = 69 Ah +1,2 = 83 Ah
Jam matahariekivalen (ESH) = 4,1
Total Arus panel sel Surya
= (83 Ah)/4,1jam
= 20,2 A
Jumlah Total modul yang diperlukan.
Terlebih dahulu harus dipilih jenis modul
yang akan digunakan berdasarkan
spesifikasi yang diberikan oleh
pabrik/distributor. Misalnya dipilih modul
jenis MSX 60 buatan Solarex. Dengan
data-data sebagai berikut :
Ioperasi = 3,5 Ampere
Vnominal = 12 Volt
Sehingga :
Jumlahmodul yang tersusunparalel =
18,5 Ampere/3,5 Ampere
= 5,3atau 6 buah
Jumlahmodultersusun Seri
Σ Modulseri =12 V/12 V = 1 buah Jumlah total Modul = 6x1 = 6 buah Kapasitas minimum baterai
yang di perlukan. Dengan memilih waktu cadangan selama 5 hari, maka : Bateraicap = (Itotalbeban x
1,2) x trec = 83 Ah/hari = 415 Ah Karena umumnya baterai mempunyai kemampuan sampai 80%,
maka kapasitas minimum baterai yang akan dipilih harus dibagi lagi dengan faktor 0,8, sehingga
kapasitas minimum baterai menjadi : 415 Ah/0,8 = 518,75 Ah. Baterai atau aki yang dipilih harus
mempunyai kapasitas diatas 519 Ah.
MENGORGANISASIKAN
I. MENGORGANISASIKAN JENIS USAHA PEMBANGKIT LISTRIK
TENAGA SURYA
Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) off-grid yang menggunakan teknologi
fotovoltaik adalah salah satu bentuk aplikasi pengembangan energi terbarukan
di Indonesia yang bertujuan untuk memberikan akses energi listrik di desa-desa
yang belum berlistrik di daerah pedalaman, kawasan perbatasan dan pulau-
pulau kecil terluar, sekaligus meningkatkan kemandirian dan ketahanan energi
nasional.
Salah satu tujuan kemandirian dan ketahanan energi nasional dalam Rencana
Umum Energi Nasional (RUEN) adalah tercapainya pengelolaan sumber daya
energi yang optimal, terpadu, dan berkelanjutan. Untuk mendukung tujuan
tersebut, aspek pengoperasian dan p
emeliharaan suatu pembangkit menjadi sangat penting dalam rangka menjaga
keberlangsungan dan kesinambungan penyediaan tenaga listrik dari suatu PLTS
sehingga manfaatnya dapat terus dinikmati. Untuk mewujudkan hal tersebut,
Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan dan Konservasi Energi (EBTKE)
menyusun buku Panduan Pengoperasian dan Pemeliharaan PLTS off-grid.
Panduan ini berisi gambaran umum dan penjelasan tentang metode
pengoperasian, metode pemeliharaan, penanganan gangguan hingga
mekanisme pencatatan pengoperasian dan pemeliharaan dari suatu PLTS offgrid.
II. MENGORGANISASIKAN PROSPEK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
SURYA
bentuk foton. Pada siang hari modul surya menerima cahaya matahari yang kemudian diubah
menjadi listrik melalui proses fotovoltaik. Ketika foton ini mengenai permukaan sel surya, elektronelektronnya akan tereksitasi dan menimbulkan aliran listrik. Prinsip ini di kenal sebagai prinsip
photoelectric. Sel surya dapat tereksitasi karena terbuat dari material semikonduktor; yang
mengandung silicon . Silikon ini terdiri atas dua jenis lapisan sensitif: lapisan (tipe-n) dan lapisan
positif (tipe-p) Listrik yang dihasilkan oleh modul dapat langsung disalurkan ke beban ataupun
disimpan dalam baterai sebelum digunakan ke beban: lampu, radio, dll. Pada malam hari, dimana
modul surya tidak menghasilkan listrik, beban sepenuhnya dicatu oleh battery. Demikian pula
apabila hari mendung, dimana modul surya menghasilkan listrik lebih rendah dibandingkan pada
saat matahari benderang.
III. MENGORGANISASIKAN PROSES PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA
Sebagian besar orang selalu menanyakan kapasitas PLTS dengan ukuran listrik PLN, seperti 450W, 900
W dan seterusnya. Kapasitas terpasang tersebut dalam PLTS sering disebut sebagai Wp (Watt Peak)
yang menunjukkan kapasitas dari modul surya pada saat matahari dalam kondisi terik/puncak.
Kapasitas modul surya yang tersedia sangat banyak: 10 Wp, 30 Wp, 40 Wp, 50 Wp, 65 Wp, 70 Wp, 80
Wp, 100 Wp, 125 Wp, 150 Wp, dan 160 Wp.
Untuk menghitung berapa PLTS yang dibutuhkan, dapat diikuti tahapan sebagai berikut:
a.
Modul surya akan menghasilkan listrik sesuai dengan tingkat radiasi matahari yang
diterimanya. Tingkat radiasi ini berbeda dari satu tempat ke lainnya, dipengaruhi oleh letak lokasi
dari khatulistiwa (latitude), ketinggian dari permukaan laut (altitude), awan, tingkat polusi,
kelembaban, dan suhu. Namun demikian untuk memudahkan, di Indonesia dapat dipakai patokan 1
modul surya kapasitas 50Wp dapat menghasilkan listrik sebesar 150 Wh (Watt hour atau Watt Jam)
per hari.
b. Untuk menghitung berapa listrik yang akan diperlukan untuk mengoperasikan peralatan
elektronik (Wh), kalikan Watt (AC ataupun DC) peralatan dengan lamanya (Jam) peralatan tersebut
akan dipakai setiap hari (kumulatif). Misal, jika 1 buah lampu 10 watt, ingin dinyalakan dalam satu
hari kumulatif selama 15 jam, maka akan dibutuhkan listrik sebanyak 10 Watt x 1 buah x 15 Jam =
150 Wh (Watt Jam-Watt Hour). Masukkan peralatan lainnya dalam tabel berikut:
Jenis Peralatan
Watt
Jumlah Peralatan
Jam Menyala per hari
Wh (Watt Jam)
1. Lampu Teras
10
1
15
150
2. Lampu Kamar
6
3
5
90
3. Radio/Tape
15
2
2
30
……………… dst
……….
……….
……….
……….
JUMLAH (Wh)
270
c.
Maka akan dibutuhkan PLTS sebesar: 270 Wh ÷ 150 Wh = 1.8 buah, dibulatkan menjadi 2 buah
PLTS dengan modul surya @ 50 Wp.
F.
Pembagian Sistem PLTS
Pembagian sistem PLTS Secara garis besar sistem kelistrikan tenaga surya dapat
dibagi menjadi :
IV. MENGORGANISASIKAN ANALISA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
SURYA
Sistem ini dapat diterangkan secara visual, listrik yang dihasilkan oleh array dirubah
menjadi listrik AC melalui power conditioner, lalu dialirkan ke AC load. AC load disini dapat berupa
listrik yang diperlukan di perumahan atau kantor. Yang menjadi ciri utama dari sistem ini adalah
dihubungkannya AC load ke jaringan distribusi listrik yang dimiliki oleh perusahaan listrik. Jadi apabila
listrik yang dihasilkan oleh solar panel cukup banyak -melebihi yang dibutuhkan oleh AC load maka
listrik tersebut dapat dialirkan ke jaringan distribusi yang ada. Sebaliknya apabila listrik yang
dihasilkan solar panel sedikit –kurang dari kebutuhan ac load maka kekurangan itu dapat diambil dari
listrik yang dihasilkan perusahaan listrik. Hal ini di banyak negara-negara industri maju secara
peraturan telah memungkinkan.
b. Sistem Independensi
Selain sistem terintegrasi yang diterangkan diatas terdapat pula sistem independensi yang
merupakan sistem yang selama ini banyak dipakai. Contoh dari sistem yang dihubungkan dengan dc
load adalah pembangkit listrik untuk peralatan komunikasi. Misalnya peralatan komunikasi yang
dipasang dipegunungan. Sedangkan yang dihubungakan dengan AC load adalah system pembangkit
listrik untuk pulau-pulau yang terpencil.Dalam sistem ini, battery memainkan peranan yang sangat
vital. Bila ada kelebihan listrik yang dihasilkan, misalnya pada siang hari, listrik ini disimpan di battery.
Dan pada malam hari listrik yang disimpan ini dialirkan ke load.
G. Kelebihan dan Kekurangan Pembangkit Listrik Tenaga Surya
a.
Kelebihan Energi Surya
Ø Tersedia bebas dan dapat diperoleh secara gratis di alam.
Ø Persediaan energi surya hampir tak terbatas, yang bersumber dari matahari (surya).
Ø Tanpa polusi dan emisi gas rumah kaca sehingga dapat mengurangi pemanasan global.
Ø Dapat dibangun di daerah terpencil karena tidak memerlukan transmisi energi maupun
transportasi sumber energi.
b.
Kekurangan Energi Surya
Ø Secara umum membutuhkan investasi awal yang besar (mahal).
Ø Untuk mencapai efisiensi rata-rata yang tinggi, pada umumnya tipe sel surya memerlukan
permukaan areal yang luas. Oleh karenanya anda seringkali menjumpai panel-panel fotovoltaik
berbentuk persegi empat yang menyerupai lembaran papan kayu lapis.
Ø Efisiensi sel surya sangat dipengaruhi oleh polusi udara dan kondisi cuaca.
Ø Sel surya hanya mampu membangkitkan energi sepanjang siang hari saja.
Ø Pembuatan sel surya masih mahal.
Karena berbagai kekurangan tersebut, kemampuan sel surya dalam menghasilkan tenaga
listrik belum dapat mencapai efisiensi tertinggi. Tambahan pula sel-sel surya tersebut jika belum
dapat diproduksi sendiri maka harus diadakan dengan cara impor. Maka pemanfaatannya menjadi
lebih mahal dibandingkan dengan pemanfaatan energi fosil (minyak, gas dan batubara). Saat ini biaya
energi surya diperkirakan mencapai dua kali lipat biaya energi fosil.
Kesimpulan : Telah berhasil didapatkan kombinasi antara jumlah panel surya dan baterai untuk
mensupply listrik sejumlah total 3.120 watt yang dinyalakan selama 12 jam sehari dimana beban
yang menggunakannya dinyalakan pada malam hari antara pukul 18.00 s/d 06.00 yakni : 7 PANEL
SURYA YANG 100 WP DAN 4 BUAH BATERAI 65Ah 12 V.
Mengenai harga, 1 buah panel surya dengan daya 100 wp adalah sebesar Rp.2.100.000, sehingga
total uang yang harus dikeluarkan untuk pembelian panel surya adalah Rp.14.700.000,-