ASPEK EKONOMI DAN PERAWATAN PADA SOLAR HOME SYSTEM 50 Wp

ASPEK EKONOMI DAN PERAWATAN PADA SOLAR HOME

SYSTEM 50 Wp TUGAS AKHIR Untuk memenuhi sebagai persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Diajukan oleh : WILLY ANTO NIM : 045214051 Kepada PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2009

ASPEK EKONOMI DAN PERAWATAN PADA

SOLAR HOME SYSTEM 50 Wp TUGAS AKHIR Untuk memenuhi sebagai prasyarat Mencapai derajat Sarjana Teknik di Teknik Mesin Disusun Oleh : WILLY ANTO NIM : 04 5214 051 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

ECONOMIC ASPECT AND MAINTENANCE OF

SOLAR HOME SYSTEM 50 Wp FINAL PROJECT Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

Sarjana Teknik Degree To Obtain the In Mechanical of Engineering By : WILLY ANTO Student Number : 04 5214 051 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2009

INTISARI

Listrik merupakan kebutuhan yang penting bagi masyarakat. Pemakaian sumber energi surya di Indonesia mempunyai prospek yang sangat baik, mengingat bahwa Indonesia negara tropis yang dilewati khatulistiwa mempunyai potensi energi surya yang cukup baik. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui biaya investasi awal dan perawatan pada penggunaan panel surya dengan daya 50 Wp.

Alat yang digunakan untuk mengkonversikan energi surya menjadi listrik ini terdiri atas panel surya, BCR (Battery Charge Regulator), baterai, inverter dan lampu TL. Variabel yang diukur pada penelitian ini adalah nilai ekonomi dan biaya perawatan panel surya.

Hasil dari penelitian menunjukan biaya investasi awal adalah Rp. 6.875.000,- biaya perbaikan adalah Rp. 25.800,- perbulan, biaya perawatan adalah Rp. 1.100,- perbulan untuk penggunaan panel surya dengan daya 50 Wp.

Kata Kunci: Energi Surya, Panel Surya, Biaya Panel Surya

KATA PENGANTAR

Terima kasih kepada kebesaran Tuhan yang telah selalu setia memberikan berkat, rahmat, dan karunia-Nya kepada penulis sehingga atas ijin-Nya, sehingga Tugas Akhir dalam mencapai gelar sarjana pun akhirnya dapat diselesaikan. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada pihak-pihak yang telah memberikan bimbingan, dorongan, fasilitas dan bantuan yang sangat berarti bagi penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Budi Sugiharto, S.T., M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. Budi Setyahandana, S.T., M.T., dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, dorongan serta meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

4. Prof. Ir. Yohanes Sardjono, APU, dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, dorongan serta meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

5. Seluruh dosen, staf dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas kuliah, bimbingan, serta fasilitas yang diberikan selama masa kuliah.

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL i TITLE PAGE

LEMBAR PENGESAHAN iii DAFTAR DEWAN PENGUJI

LEMBAR PERNYATAAN

LEMBAR PERNYATAAN PUBLIKASI vi

INTISARI vii

KATA PENGANTAR viii DAFTAR ISI x DAFTAR GAMBAR xii DAFTAR TABEL xiv

BAB I : PENDAHULUAN 1 1.1.

1 Latar Belakang 1.2.

3 Tujuan Penelitian 1.3.

3 Manfaat Penelitian 1.4.

4 Batasan Masalah

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA 5 2.1. Surya 5 2.2.

6 Panel Surya

2.2.1. Umum

2.2.2. Prinsip Kerja Panel Surya

2.2.3. Pasar Panel Surya Dunia

DAFTAR PUSTAKA

Kesimpulan 35 5.2. Saran 35

30 BAB V : PENUTUP 35 5.1.

4.3.2.2. Pemeliharaan Teknis

4.3.2.1. Pemeliharaan Umum

4.3.2. Pemeliharaan

4.3.1. Operasi

23 4.3. Operasi dan Pemeliharaan

Biaya Investasi Awal, Biaya Perbaikan dan Biaya Perawatan

Tinjauan Ekonomi 22 4.2.

21 BAB IV : PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 22 4.1.

Pengolahan dan Analisis Data

Peralatan Pendukung 21 3.5.

Persiapan Bahan 19 3.4.

Tempat dan Waktu Penelitian 18 3.3.

Skema Penelitian 18 3.2.

16 BAB III : METODE PENELITIAN 18 3.1.

2.2.4. Potensi Pengembangan Panel Surya di Indonesia

DAFTAR GAMBAR

15 Gambar 3.1. Panel surya dengan daya 50 Wp

30 Gambar 4.4. Mengukur tegangan rangkaian terbuka

29 Gambar 4.3. Kondisi beban

28 Gambar 4.2. Batasan larutan elektrolit baterai

21 Gambar 4.1. Membersihkan permukaan panel surya

20 Gambar 3.5. Lampu TL

20 Gambar 3.4. Inverter

Gambar 3.3. Baterai

19 Gambar 3.2. BCR (Battery Charge Regulator) 20

13 Gambar 2.11. a). Status PV beserta tipe panel surya, b). Status instalasi PV sampai 2006

Gambar 2.1. Standar spektrum radiasi suryaGambar 2.10. Spektrum radiasi sinar matahari

12 Gambar 2.9. Ilustrasi proses konversi cahaya matahari menjadi energi listrik 13

11 Gambar 2.8. Cahaya matahari dengan panjang gelombang

10 Gambar 2.7. Semikonduktor n pada lapisan atas

10 Gambar 2.6. Medan listrik internal

9 Gambar 2.5. Daerah deplesi

8 Gambar 2.4. Semikonduktor sesaat disambung

8 Gambar 2.3. Semikondutor sebelum disambung

6 Gambar 2.2. Prinsip kerja panel surya

Gambar 4.5. Mengukur arus hubungan singkat

31 Gambar 4.6. Lampu indikator

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Perhitungan biaya investasi awal

23 Tabel 4.2. Perhitungan biaya perbaikan

24 Tabel 4.3. Biaya perawatan panel surya

25 Tabel 4.4. Harga paket panel surya 50 Wp dan peralatan pendukung

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Energi merupakan salah satu kebutuhan utama dalam kehidupan manusia.

Peningkatan kebutuhan energi dapat merupakan indikator peningkatan kemakmuran, namun bersamaan dengan itu juga menimbulkan masalah dalam usaha penyediaannya.

Program pemerintah mengenai pembangunan dan pemanfaatan energi sesuai dengan Garis-Garis Besar Haluan Negara tahun 1993-1998 UU no. 17/2007 PRTP, UU no. 30/2007, PP no. 5/2006, diarahkan pada pengelolahan energi secara hemat dan efisien dengan memperhitungkan peningkatan kebutuhan dalam negeri, peluang ekspor dan kelestarian sumber energi untuk jangka panjang. Upaya penganekaragaman sumber-sumber energi melalui usaha-usaha untuk menemukan, memanfaatkan dan memasyarakatkan sumber-sumber energi alternatif perlu dilanjutkan dan ditingkatkan. Dalam hal ini kemampuan nasional dalam penguasaan ilmu dan teknologi mengenai pengadaan dan pemanfaatan energi terutama energi baru dan terbarukan perlu terus dikembangkan.

Sumber-sumber energi baru dan terbarukan yang memiliki kemungkinan untuk dikembangkan di Indonesia antara lain biomassa, tenaga samudra, tenaga angin, mikrohidro dan energi surya.

Pemakaian sumber energi surya di Indonesia mempunyai prospek yang sangat baik, mengingat bahwa secara geografis sebagai negara tropis yang dilewati khatulistiwa mempunyai potensi energi surya yang cukup baik, dan dengan isolasi rata-rata harian yang besar dapat dimanfaatkan sebagai salah satu sumber energi yang murah dan tersedia sepanjang tahun.

Pemanfaatan energi surya secara tradisional sudah banyak dilakukan misalnya untuk pengering komoditi hasil-hasil pertanian, perkebunan, dan perikanan. Pada saat ini, pemanfaatan energi surya sudah dapat dilakukan dengan cara mengubahnya secara langsung menjadi energi listrik melalui konversi cahaya matahari oleh panel surya. Sebagai sumber arus, panel surya menghasilkan arus searah (DC) yaitu arus yang mengalir ke satu arah yang ditandai dengan adanya polaritas kutub positif dan kutub negatif, dapat dipakai langsung sebagai catudaya listrik untuk lampu penerangan, sistem pompa air, sistem komunikasi radio, sistem pemancar/penerima televisi dan lain sebagainya.

Pembangkit listrik yang mempergunakan konversi cahaya matahari dalam memanfaatkan energi surya atau lebih umum dikenal sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) mempunyai beberapa keuntungan yaitu, diantaranya :

a) Sumber energi yang digunakan sangat melimpah dan cuma-cuma.

b) Sistem yang dikembangkan bersifat modular sehingga dapat dengan mudah diinstalasi dan diperbesar kapasitasnya.

c) Perawatan mudah.

d) Tidak menimbulkan polusi suara dan bentuk polusi lainnya.

e) Dirancang bekerja otomatis sehingga dapat diterapkan di tempat terpencil.

f) Relatif aman.

g) Kehandalannya cukup tinggi.

1.2 Tujuan Penelitian

a) Mengetahui capital cost panel surya.

b) Mengetahui maintenance cost dan repair cost panel surya.

c) Mengetahui operasi dan teknik perawatan panel surya yang benar.

1.3 Manfaat Penelitian

a) Dapat dipergunakan pada orang-orang yang belum mengetahui tentang teknik perawatan dan nilai ekonomi yang dihasilkan panel surya.

b) Dapat menambah literatur (pustaka) tentang teknik perawatan dan nilai ekonomi yang dihasilkan menggunakan panel surya sebagai pembangkit listrik.

c) Dapat diterapkan pada masyarakat yang belum mendapatkan pasokan listrik sehingga dapat menyediakan listrik secara swadaya.

d) Dapat memicu masyarakat dan pemerintah untuk meneliti lebih dalam lagi sehingga menghasilkan panel surya yang murah.

Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat :

a) Menambah kepustakaan tentang teknologi tenaga surya.

b) Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan dan disempurnakan untuk produk teknologi tenaga surya yang dapat diterima masyarakat sehingga dapat meningkatkan kesejahteraan.

c) Mengurangi ketergantungan terhadap penggunaan listrik PLN.

1.4 Batasan Masalah

a) Unjuk kerja panel surya diletakkan di daerah Yogyakarta.

b) Panel surya yang digunakan dengan daya 50 Wp (watt peak).

c) Harga panel surya yang didapat merupakan hasil survei dari penjualan panel surya di Indonesia.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Surya

Surya adalah radiasi yang diproduksi oleh reaksi fusi nuklir pada inti matahari. Matahari mensuplai hampir semua panas dan cahaya yang diterima bumi untuk digunakan makhluk hidup. Surya sampai kebumi dalam bentuk paket- paket yang disebut photon.

Dalam kaitannya dengan panel surya, perangkat yang mengkonversi radiasi cahaya matahari menjadi listrik, terdapat dua paramater dalam surya yang paling penting: pertama intensitas radiasi, yaitu jumlah daya matahari yang datang kepada permukaan per luas area, dan karakteristik spektrum cahaya matahari.

Intensitas radiasi matahari di luar atmosfer bumi disebut konstanta surya, yaitu

sebesar 1365 W/m . Setelah disaring oleh atmosfer bumi, beberapa sepktrum

cahaya hilang, dan intensitas puncak radiasi menjadi sekitar 1000 W/m . Nilai ini adalah tipikal intensitas radiasi pada keadaan permukaan tegak lurus cahaya matahari dan pada keadaan cerah. Sebagai contoh apabila seseorang mengikuti pergerakan matahari dalam delapan jam, maka rata-rata intensitas radiasi surya

yang diterima per hari kira-kira 1000 (8/24) = 333 W/m . Pada permukaan yang

diam, nilai tipikal pada keadaan cerah yaitu antara 180-270 W/m . Data surya untuk kepentingan ekonomis umumnya direpresentasikan dalam unit insolation.

Hubungan antara rata-rata intensitas radiasi dan insolation dirumuskan dengan persamaan (2.1)

W MW

10 . hari jam

24 . radiasi

. m hari kWh . ^-3 ₂ = insolation

(2.1) Sebagai contoh untuk intensitas radiasi 250 W/m

, nilai insolation yaitu 6 kWh/hari/m

2 .

Radiasi surya dipancarkan dari matahari pada temperatur 6000 K, yang memberikan distribusi spektrumnya mirip dengan distribusi spektrum benda hitam (black body). Dengan melalui atmosfer bumi, radiasi surya diatenuasikan oleh berbagai partikel diantaranya molekul udara, aerosol, partikel debu, dll sehingga menghasilkan spektrum seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1.

Spektrum Pe manc ar ( µ W m

^-2 nm ^-1 )

Panjang Gelombang (nm) Gambar 2.1. Standar Spektrum Radiasi Surya.

Sumber : Solar Spectral Irradiance (AM 1,5 global)

2.2. Panel Surya

2.2.1. Umum

Panel surya adalah perangkat yang mengkonversi radiasi cahaya matahari menjadi listrik. Efek panel surya ini ditemukan oleh Becquerel pada tahun 1839, dimana Becquerel mendeteksi adanya tegangan foto ketika cahaya di Bell Telephone menemukan untuk pertama kali panel surya silikon berbasis p-n junction dengan efisiensi 6%. Sekarang ini, panel surya silikon mendominasi pasar panel surya dengan pangsa pasar sekitar 82% dan efisiensi dan komersil berturut-turut yaitu 24,7% dan 15%.

2.2.2. Prinsip Kerja Panel Surya

Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini dimungkinkan karena bahan material yang menyusun panel surya berupa semikonduktor. Lebih tepatnya tersusun atas dua jenis semikonduktor; yakni jenis n dan jenis p.

Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang memiliki kelebihan elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n = negatif).

Sedangkan semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut dengan (p = positif) karena kelebihan muatan positif. Caranya, dengan menambahkan unsur lain ke dalam semikonduktor, maka kita dapat mengontrol jenis semikonduktor tersebut, sebagaimana diilustrasikan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2. Prinsip Kerja Panel Surya

Sumber : Aspek sains dan teknologi sel surya, Juli 10, 2008

Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan panas semikonduktor alami seperti pada Gambar 2.3. Di dalam semikonduktor alami (disebut dengan semikonduktor intrinsik) ini, elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama. Kelebihan elektron atau hole dapat meningkatkan daya hantar listrik maupun panas dari sebuah semikoduktor.

Gambar 2.3. Semikonduktor Sebelum Disambung

Sumber : Aspek sains dan teknologi sel surya, Juli 10, 2008 Misal semikonduktor intrinsik yang dimaksud ialah silikon (Si).

Semikonduktor jenis p, biasanya dibuat dengan menambahkan unsur boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga) atau Indium (In) ke dalam Si. Unsur-unsur tambahan ini akan menambah jumlah hole. Sedangkan semikonduktor jenis n dibuat dengan menambahkan nitrogen (N), fosfor (P) atau arsen (As) ke dalam silikan (Si). Dari sini, tambahan elektron dapat diperoleh. Sedangkan, silikon (Si) intrinsik sendiri tidak mengandung unsur tambahan. Usaha menambahkan unsur tambahan ini disebut dengan doping yang jumlahnya tidak lebih dari 1 % dibandingkan dengan berat , silikon (Si) yang hendak di-doping.

Dua jenis semikonduktor n dan p ini jika disatukan akan membentuk sambungan p-n atau dioda p-n (istilah lain menyebutnya dengan sambungan metalurgi / metallurgical junction).

Sesaat setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan elektron-elektron dari semikonduktor n menuju semikonduktor p, dan perpindahan hole dari semikonduktor p menuju semikonduktor n. Perpindahan elektron maupun hole ini hanya sampai pada jarak tertentu dari batas sambungan awal seperti ditunjukkan pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4. Semikonduktor Sesaat Disambung

Sumber : Aspek sains dan teknologi sel surya, Juli 10, 2008

Elektron dari semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor p yang mengakibatkan jumlah hole pada semikonduktor p akan berkurang.

Daerah ini akhirnya berubah menjadi lebih bermuatan positif. Pada saat yang sama, hole dari semikonduktor p bersatu dengan elektron yang ada pada semikonduktor n yang mengakibatkan jumlah elektron di daerah ini berkurang. Daerah ini akhirnya lebih bermuatan positif.

Gambar 2.5. Daerah Deplesi

Sumber : Aspek sains dan teknologi sel surya, Juli 10, 2008

Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion region ) ditandai dengan huruf W seperti ditunjukkan pada Gambar 2.5.

Baik elektron maupun hole yang ada pada daerah deplesi disebut dengan pembawa muatan minoritas (minority charge carriers) karena keberadaannya di jenis semikonduktor yang berbeda.

Dikarenakan adanya perbedaan muatan positif dan negatif di daerah deplesi, maka timbul dengan sendirinya medan listrik internal E dari sisi positif ke sisi negatif, yang mencoba menarik kembali hole ke semikonduktor p dan elektron ke semikonduktor n. Medan listrik ini cenderung berlawanan dengan perpindahan hole maupun elektron pada awal terjadinya daerah deplesi (Gambar 2.6).

Gambar 2.6. Medan listrik Internal

Sumber : Aspek sains dan teknologi sel surya, Juli 10, 2008 Adanya medan listrik mengakibatkan sambungan p-n berada pada titik setimbang, yakni saat di mana jumlah hole yang berpindah dari semikonduktor p ke n dikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik kembali kearah semikonduktor p akibat medan listrik. Begitu pula dengan jumlah elektron yang berpindah dari semikonduktor n ke p, dikompensasi dengan mengalirnya kembali elektron ke semikonduktor n akibat tarikan medan listrik. Dengan kata lain, medan listrik mencegah elektron dan hole berpindah dari semikonduktor yang satu ke semikonduktor yang lain.

Pada sambungan p-n inilah proses konversi cahaya matahari menjadi listrik terjadi. Untuk keperluan panel surya, semikonduktor n berada pada lapisan atas sambungan p yang menghadap kearah datangnya cahaya matahari, dan dibuat jauh lebih tipis dari semikonduktor p, sehingga cahaya matahari yang jatuh ke permukaan panel surya dapat terus terserap dan masuk ke daerah deplesi dan semikonduktor p seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7. Semikondutor n pada Lapisan Atas Ketika sambungan semikonduktor ini terkena cahaya matahari, maka elektron mendapat energi dari cahaya matahari untuk melepaskan dirinya dari semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor. Terlepasnya elektron ini meninggalkan hole pada daerah yang ditinggalkan oleh elektron yang disebut dengan elektron-hole photogeneration yakni, terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat cahaya matahari.

Gambar 2.8. Cahaya Matahari dengan Panjang Gelombang

Sumber : Aspek sains dan teknologi sel surya, Juli 10, 2008

Cahaya matahari dengan panjang gelombang (dilambangkan dengan simbol “lambda” seperti di Gambar 2.8) yang berbeda, membuat fotogenerasi pada sambungan p-n berada pada bagian sambungan p-n yang berbeda pula.

Spektrum merah dari cahaya matahari yang memiliki panjang gelombang lebih panjang, mampu menembus daerah deplesi hingga terserap di semikonduktor p yang akhirnya menghasilkan proses fotogenerasi. Spektrum daerah semikonduktor n, dikarenakan pada sambungan p-n terdapat medan listrik, elektron hasil fotogenerasi tertarik ke arah semikonduktor n, begitu pula dengan hole yang tertarik ke arah semikonduktor p.

Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka elektron akan mengalir melalui kabel. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan ke kabel, lampu tersebut menyala dikarenakan mendapat arus listrik, dimana arus listrik ini timbul akibat pergerakan elektron.

Gambar 2.9. Ilustrasi Proses Konversi Cahaya Matahari Menjadi Energi Listrik

Sumber : Aspek sains dan teknologi sel surya, Juli 10, 2008

Pada umumnya, untuk memperkenalkan cara kerja panel surya secara umum, ilustrasi pada Gambar 2.9 menjelaskan segalanya tentang proses konversi cahaya matahari menjadi energi listrik.

Gambar 2.10. Spektrum radiasi cahaya matahari Cahaya matahari yang terdiri dari photon-photon, jika menimpa permukaaan bahan panel surya (absorber), akan diserap, dipantulkan atau dilewatkan begitu saja (lihat Gambar 2.10), dan hanya photon dengan level energi tertentu yang akan membebaskan elektron dari ikatan atomnya, sehingga mengalirlah arus listrik. Level energi tersebut disebut energi band- gap yang didefinisikan sebagai sejumlah energi yang dibutuhkan untuk mengeluarkan elektron dari ikatan kovalennya sehingga terjadilah aliran arus listrik. Untuk membebaskan elektron dari ikatan kovalennya, energi photon harus sedikit lebih besar atau diatas daripada energi band-gap. Jika energi photon terlalu besar dari pada energi band-gap, maka ekstra energi tersebut akan dirubah dalam bentuk panas pada panel surya. Karenanya sangatlah penting pada panel surya untuk mengatur bahan yang dipergunakan, yaitu dengan memodifikasi struktur molekul dari semikonduktor yang dipergunakan.

2.2.3 Pasar Panel Surya Dunia

Pada tahun 2006, industri panel surya dunia telah mencapai 1.744 MW, mengalami kenaikan 19% dibandingkan tahun sebelumnya. Sedangkan dibandingkan tahun 2003, telah mengalami kenaikan lebih dari 2 kali lipat seperti terlihat pada Gambar 2.11.

Sedangkan produksi panel surya dunia telah mencapai angka 2.204 MW tahun 2006, meningkat dari 1,656 MW tahun sebelumnya. Perusahaan Germany masih mendominasi produksi panel surya global dengan menguasai

55% panel surya yang beredar di dunia saat ini. Hal ini menunjukkan bahwa pasar panel surya dunia semakin kompetitif dan terus mengalami kenaikan pasar yang signifikan. Hal ini membuktikan bahwa kebutuhan panel surya dunia akan terus meningkat dan implikasinya akan menurunkan harga dari panel surya itu sendiri.

Kapasitas (MW)

Gambar 2.11. (a) Status PV (panel surya) yang terinstall sampai tahun 2003 beserta tipe panel surya.

(b) Status Instalasi PV sampai tahun 2006.

Sumber : Marketbuzz 2007 Sekarang ini pasar panel surya masih didominasi oleh panel surya silikon, baik mono maupun multi-crystal silikon. Dari total 2.204 MW produksi panel surya pada tahun 2006, 0,22 GW merupakan teknologi panel surya berbasisi non-silikon. Pasar panel surya non-silikon diperkirakan akan naik menjadi 13% dari total produksi panel surya 10 tahun yang akan datang. Kenaikan pasar panel surya non-silikon ini diakibatkan oleh kebutuhan akan panel surya berbasis tanpa silikon, efisiensi lebih tinggi, harga yang lebih murah, dan juga proses produksinya yang lebih simpel. Panel surya non-silikon ini diantaranya panel surya berbasis lapisan tipis atau thin film panel surya, panel surya organik & polimer, dan dye-sensitized panel surya.

2.2.4 Potensi Pengembangan Panel Surya di Indonesia

Sebagai negara tropis, limpahan cahaya matahari di Indonesia sangat

2 melimpah. Potensinya surya di Indonesia yaitu sekitar 4,8 kWh/m /hari.

Namun berdasarkan data dari Departemen dan Sumber Daya Mineral Indonesia, tahun 2005 kapasitas panel surya yang terpasang di Indonesia baru 8 MW. Nilai ini masih sangat kecil bila dibandingkan potensi tersebut.

Padahal pemanfaatan surya misalnya dalam bentuk Solar Home System untuk daerah-daerah terpencil merupakan solusi andal untuk elektrifikasi desa-desa tersebut. Karena bagaimanapun tingkat elektrifikasi suatu bangsa menentukan derajat pengetahuan suatu bangsa, karena dengan listrik akan membuka jalan akses kepada masyarakat global dimana lintas informasi dan ilmu pengetahuan berjalan dengan sangat cepat.

Pemerintah Indonesia sendiri merencanakan bahwa pada tahun 2025, yang terbarukan berkontribusi sekitar 4% terhadap total konsumsi lokal dimana 0,02% berasal dari energi surya. Untuk mewujudkan hal tersebut perlu dilakukan investasi baik dalam hal riset maupun untuk produksi massal melalui misalnya subsidi bagi perusahaan yang berminat menembangkan panel surya dan juga konsumen pemakaian panel surya.

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Skema Penelitian

Pengumpulan Data Desain :

Biaya Investasi

Biaya Perawatan -

Aplikasi Perawatan

Kesimpulan

3.2 Tempat dan Waktu Penelitian

Tempat penelitian dilakukan di STTL (Sekolah Tinggi Teknik Lingkungan) Gedong Kuning, Yogyakarta. Pengambilan data dilakukan selama tujuh jam dalam sehari yaitu pada pukul 10.00 – 17.00 dan dilakukan selama 41 hari yaitu pada tanggal 5 September – 16 Oktober 2008.

3.3 Persiapan Bahan

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian :

Panel Surya 50 Wp (watt peak) yang berfungsi untuk menyerap energi yang dihasilkan oleh radiasi cahaya matahari seperti pada Gambar 3.1.
BCR (Battery Charge Regulator) yang berfungsi untuk mengisi dan memutus pengisian baterai secara otomatis seperti pada Gambar 3.2.
Aki/baterai 12 volt 70 ampere dengan tipe deep cycle yang berfungsi sebagai penyimpan listrik seperti pada Gambar 3.3.
Inverter untuk mengubah arus DC menjadi AC seperti pada Gambar 3.4.
Tiga buah lampu TL yang dihubungkan secara paralel seperti pada Gambar 3.5.
Multimeter digital yang berfungsi untuk mengukur tegangan dan arus.

Gambar 3.1. Panel Surya dengan daya 50 Wp (Watt Peak)Gambar 3.2 BCR (Battery Charge Regulator)Gambar 3.3 Baterai 12 volt 70 Ah deep cycleGambar 3.4 InverterGambar 3.5 Lampu TL 12 V, 10 W

3.4 Peralatan Pendukung

Peralatan yang digunakan dalam perawatan panel surya adalah : a.

Kain Basah Alat ini digunakan untuk membersihkan permukaan panel surya sehingga panel surya tersebut dapat bekerja secara optimal.

Air Destilasi Murni Alat ini digunakan untuk menambahkan larutan elektrolit baterai jika larutan elektrolit baterai berkurang atau berada pada batas minimum.

Gergaji Alat ini digunakan untuk menebang dahan, ranting, cabang atau batang tumbuhan. Bila ada tumbuhan/pohon yang menghalangi panel surya, agar panel surya dapat bekerja secara optimal.

3.5 Pengolahan dan Analisis Data

Setelah mengumpulkan data maka dilakukan pengolahan data sebagai berikut :

a) Mengetahui capital cost panel surya.

b) Mengetahui maintenance cost dan repair cost panel surya.

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Tinjauan Ekonomi

Suatu metode yang lazim digunakan dalam studi ekonomi teknik untuk mengevaluasi investasi yang potensial adalah pembiayaan sepanjang umur (life

cycle coasting ). Dalam metode ini melibatkan tiga komponen penting antara lain :

Biaya modal.

2. Biaya perawatan alat.

3. Penghematan biaya listrik yang akan datang. Dalam pembiayaan sepanjang umur, jumlah biaya modal dan biaya perawatan yang dinyatakan dalam rupiah, dibandingkan dengan nilai sekarang (present

worth ) dari penghematan yang diperkirakan dapat diperoleh dari investasi selama

peralatan tersebut dipakai. Selisihnya disebut pendapatan sepanjang umur (life cycle earning ) atau kerugian.

Tujuan dari metode ini adalah untuk menentukan apakah penanaman modal awal yang besar dapat diharapkan melebihi manfaat penghematan listrik dimasa yang akan datang. Karena peralatan surya diharapkan pada kondisi lingkungan yang keras, dan karena akses terhadap peralatan tersebut mungkin sulit, maka pergaruh pergeluaran biaya perawatan dikemudian hari hendaknya tidak diperkecil.

Dalam analisis ini, tanpa pertimbangan dari bantuan pemerintah dan kredit pajak dan juga pengaruh investasi pada pendapatan, termasuk pengurangan pajak pembayaran bunga pinjaman, ataupun tunjangan depresiasi. Karena sasaran yang hendak dicapai adalah guna mengevaluasi kebenaran dari peralatan surya dibandingkan dengan teknologi energi terbarukan yang dikonversi ke energi listrik, oleh karena itu akan dilakukan analisis dari energi terbarukan berdasarkan data yang diperoleh dari berbagai macam sumber, sehingga dapat diadakan perbandingan untuk biaya bahan bakar tersebut secara baik dan efektif.

4.2 Biaya Investasi Awal, Biaya Perbaikan dan Biaya Perawatan Perhitungan biaya instalasi (capital cost) panel surya dengan daya 50 Wp.

Untuk memperhitungkan biaya instalasi panel surya, ini sebuah contoh ilustratif. Hal pertama yang harus dilakukan adalah memperhitungkan biaya investasi awal seperti dalam Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Perhitungan Biaya Investasi Awal

Deskripsi Jumlah Biaya satuan Subtotal

Panel surya 50W

1 Rp. 3.500.000,- Rp. 3.500.000,- BCR

1 Rp. 1.000.000,- Rp. 1.000.000,- Kabel (meter)

30 Rp. 10.000,- Rp. 300.000,- Baterai 70Ah (deep cycle)

1 Rp. 1.000.000,- Rp. 1.000.000,- Lampu TL 12 V, 10 W

3 Rp. 25.000,- Rp. 75.000,- Rangka

1 Rp. 500.000,- Rp. 500.000,- Lain-lain Rp. 500.000,- Rp. 500.000,-

Total Rp. 6.875.000,- Perhitungan biaya investasi relatif mudah ketika sistem sudah didimensikan. Selain biaya invetasi, juga perlu adanya biaya perbaikan (repair cost) atau biaya pengantian alat-alat pendukung panel surya. Dikarenakan umur alat-alat pendukung bervariasi, maka dibutuhkan alat-alat pendukung penganti seperti pada

Tabel 4.2. Sebagai catatan bahwa biaya perbaikan diasumsikan untuk jangka waktu 20 tahun. Untuk kesederhanaan, biaya angkut dan instalasi sebaiknya

diabaikan.

Tabel 4.2 Perhitungan Biaya Perbaikan

Jenis Alat Jumlah Biaya Satuan Subtotal

BCR

1 Rp. 1.000.000,- Rp. 1.000.000,- Kabel

1 Rp. 300.000,- Rp. 300.000,- Baterai

3 Rp. 1.000.000,- Rp. 3.000.000,- Lampu

15 Rp. 25.000,- Rp. 375.000,- Rangka

1 Rp. 500.000,- Rp. 500.000,- Lain-lain

2 Rp. 500.000,- Rp. 1.000.000,-

Total Rp. 6.175.000,- Biaya Perbulan Rp. 25.800,-

Setelah mengetahui biaya investasi dan biaya perbaikan panel surya, juga perlu adanya biaya perawatan (maintenance cost). Sebagai catatan bahwa biaya perawatan untuk jangka waktu 20 tahun yang dimisalkan tersebut merupakan suatu penuntun dan harus dimodifikasi untuk menunjukkan perkiraan biaya perawatan dalam penggunaan panel surya. Untuk merawat panel surya dibutuhkan alat-alat seperti pada Tabel 4.3, agar panel surya dapat beroperasi dengan baik.

Tabel 4.3 Biaya Perawatan Panel surya

Jenis Alat Jumlah Biaya Satuan Subtotal

Kain

4 Rp. 5.000,- Rp. 20.000,- Air Aki

4 Rp. 5.000,- Rp. 20.000,- Gergaji

1 Rp. 35.000,- Rp. 35.000,- Multimeter

1 Rp. 85.000,- Rp. 85.000,- Kuas

2 Rp. 5.000,- Rp. 10.000,- Cat

2 Rp. 25.000,- Rp. 50.000,- Pelindung Cat

1 Rp. 35.000,- Rp. 35.000,-

Total Biaya Rp. 255.000,- Biaya Perbulan Rp. 1.100,-

Biaya penggunaan panel surya secara ekonomis tergolong mahal, namun dengan biaya perawatan yang rendah sehingga dengan umur pemakaian panel surya mencapai 15 – 20 tahun lebih ekonomis.

Sebagai pembanding juga perlu adanya biaya investasi panel surya 50 Wp yang dihasilkan dari berbagai sumber penjualan panel surya di Indonesia. Dalam hal ini, panel surya juga digunakan sebagai listrik rumah tangga. Cara ini diharapkan adanya perbandingan yang berguna untuk berbagai sumber penjualan panel surya di Indonesia. Angka-angka biaya investasi untuk penjualan panel surya selengkapnya dapat dilihat dalam Tabel 4.4.

Tabel 4.4 Harga Paket Panel Surya 50 Wp dan Peralatan Pendukungnya

Sumber Harga Penjualan

Iklan Max Rp. 7.700.000,- RDI Management Learning Rp. 6.450.000,-

Bursa Energi Rp. 5.750.000,- Pikiran Rakyat Rp. 9.250.000,-

4.3 Operasi dan Pemeliharaan

4.3.1 Operasi

Sistem pengaman SHS telah dirancang sedemikian rupa sehingga dapat bekerja secara otomatis, walaupun demikian dalam pelaksanaannya tetap perlu diperhatikan pedoman pemakaian beban yang telah ditetapkan agar sistem dapat bekerja dengan lebih handal dan umur peralatan dapat lebih bertahan lama. Adapun beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam mengopersikan SHS tersebut adalah : 1.

Jumlah energi listrik yang dihasikan oleh SHS terbatas, sehingga jumlah pemakaian beban per hari perlu disesuaikan.

2. Jenis beban lampu dan peralatan lain harus disesuaikan dengan tegangan kerja sistem yaitu 12 V.

3. Perlu diperhatikan indikator lampu peraga yang terdapat pada BCR misalnya : apabila lampu merah pada alat pengatur energi baterai menyala, berarti lampu kapasitas baterai dalam keadaan kosong.

4. Apabila baterai dalam keadaan kosong, dan karena satu dan lain hal sistem pengaman tidak bekerja secara otomatis, maka seluruh beban harus dipadamkan sampai lampu merah di BCR tersebut padam kembali.

5. Apabila beban tidak lagi dipergunakan, saklar beban atau lampu TL harus pada posisi padam (off), dan bila ada beban lain melalui stop kontak maka sebaiknya kabel yang berhubungan lansung dengan stop kontak dicabut atau dilepaskan.

4.3.2 Pemeliharaan

Pemeliharaan SHS dapat dibagi atas dua kategori yaitu pemeliharaan umum yang dilakukan secara berkala dan pemeliharaan teknis yang dilakukan apabila terjadi kerusakan pada SHS atau untuk mengetahui dan memantau unjuk kerja sistem pada kondisi tertentu.

4.3.2.1 Pemeliharaan Umum

Setiap melaksanakan pemeriksaan pada pemeliharaan umum, perlu untuk mencatat kondisi peralatan. Adapun pemeliharaan umum yang dilakukan secara berkala ini meliputi: 1)

Membersihkan permukaan panel surya dari kotoran Pembersihan permukaan panel surya ini dilaksanakan enam bulan sekali atau apabila panel surya tampak kotor, untuk lokasi yang cukup berdebu dapat dilakukan dua atau tiga bulan sekali.

Cara pembersihannya dapat menggunakan kain basah yang dipoleskan pada permukaan panel surya yang kotor tersebut sampai permukaan menjadi bersih kembali. Bila panel surya terletak di atas atap atau pada tempat yang tinggi maka diperlukan tangga atau tongkat panjang sehingga permukaan panel surya dapat dicapai oleh kain basah tersebut seperti pada Gambar 4.1.

Perlu diperhatikan bahwa pada saat membersihkan permukaan panel surya jangan sampai tergores benda tajam atau terkena benda keras sehingga menyebabkan gelas menjadi retak atau pecah.

Gambar 4.1. Membersihkan Permukaan Panel Surya

2) Memeriksa larutan elektrolit baterai

Apabila larutan elektrolit baterai berkurang atau berada pada batas minimum, maka perlu agar segera ditambah dengan air aquades (air destilasi murni) yang umum dipakai seperti pada saat menambah air baterai mobil (botol berwarna biru atau putih) sehingga mencapai batas maksimumnya kembali seperti pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2. Memeriksa Larutan Elektrolit Baterai

3) Pemeriksaan kondisi lingkungan

Yang dimaksud dengan memeriksa kondisi lingkungan di sini adalah memperhatikan bila ada tumbuhan/pohon yang menghalangi panel surya dari penyinaran matahari mulai dari pagi sampai dengan sore hari. Apabila hal ini terjadi maka dapat segera dilakukan pembebasan halangan tersebut, misalnya dengan menebang dahan, ranting, cabang atau batang tumbuhan tersebut. 4)

Pemeriksaan kondisi beban Apabila bola lampu TL sudah dalam keadaan rusak (pinggirnya hitam), dan sulit untuk menyala, disarankan untuk segera diganti. Perlu diingat bahwa dalam penggantian lampu tersebut, saklar harus pada posisi padam (off), dan ketika menyalakan kembali lampu TL harus selalu dalam keadaan terpasang dengan baik, hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya kerusakan pada inverter lampu seperti pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3 Pemeriksaan Kondisi Beban

4.3.2.2 Pemeliharaan Teknis

Pada pemeliharaan teknis, perlu dilakukan beberapa pengukuran untuk mengetahui kinerja dan fungsi dari panel surya yang mencakup:

1) Pengukuran kinerja panel surya.

Pengukuran kinerja panel surya dilakukan pada saat kondisi langit cerah di siang hari. Ada beberapa hal yang perlu dilakukan dalam mengukur untuk kerja panel surya ini yaitu :

Mengukur tegangan rangkaian terbuka (Voc) dari panel surya dengan menggunakan voltmeter. Pada cuaca cerah, nilai tegangan Voc yang terukur seharusnya lebih besar dari 0,48 kali jumlah sel surya seperti pada Gambar 4.3.

Gambar 4.4. Mengukur Tegangan Rangkaian Terbuka

Mengukur arus hubungan singkat (Isc) dari panel surya dengan menggunakan amperemeter. Pada cuaca cerah, nilai arus Isc yang terukur seharusnya lebih besar dari 70% arus yang ada pada spesifikasi teknisnya seperti pada Gambar 4.5.

Gambar 4.5. Mengukur Arus Hubungan Singkat

2) Pengukuran kinerja baterai.

Dalam mengukur kinerja baterai, perlu dilakukan hal-hal sebagai berikut:

Untuk menjaga keamanan BCR maka salah satu kabel terlebih dahulu dilepaskan dari panel surya serta salah satu kabel yang menghubungkan baterai – BCR dilepaskan, dan tunggu beberapa saat. Selanjutnya dilakukan pengukuran tegangan baterai dalam kondisi rangkaian terbuka, jika baterai dalam kondisi kapasitas penuh, maka nilai tegangan tersebut akan lebih besar dari 12,6 V.
Pengukuran specific grafity (SG) baterai dilakukan dengan menggunakan hydrometer, jika baterai dalam kondisi penuh maka nilai SG dapat mencapai 1,26.
Pengukuran arus pengisian dilakukan dengan menggunakan amperemeter seraca seri (kabel merah (+) amperemeter dihubungkan dengan terminal baterai (+) baterai) dan dalam keadaan salah satu kabel baterai masih terhubung pada baterai BCR. Nilai arus pengisian ini akan lebih besar dari 2 A pada saat kondisi cuaca cerah.
Level larutan elektrolit dalam baterai dipastikan dalam keadaan maksimum.

3) Pengukuran unjuk kerja BCR.

Pengukuran tegangan jatuh pada ketiga terminal BCR dengan menggunakan voltmeter pada keadaan tanpa beban/beban padam,

tegangan minimal yang terukur harus sekitar 12,5 V dengan ketentuan tegangan di terminal panel surya lebih besar dari tegangan di terminal baterai dan juga lebih besar dari tegangan di terminal beban.

Indikator lampu peraga pada BCR diperiksa pada keadaan kondisi baterai kosong atau baterai penuh jika ada seperti pada Gambar 4.6.

Gambar 4.6. Lampu Indikator

Pengukuran tegangan dan SG elektrolit baterai, jika baterai dalam kondisi kapasitas penuh, maka dengan penggunaan BCR jenis regulator seri, tegangan panel surya yang terukur akan mendekati

17 V. Bila digunakan BCR jenis regulator shunt tegangan panel surya yang terukur akan mendekati nol. Indikator lampu peraga yang menyatakan baterai dalam kondisi penuh harus menyala.

Jika ternyata baterai dalam kondisi kosong, maka indikator lampu peraga BCR yang menyatakan bahwa baterai dalam keadaan

4) Pengukuran blocking diode.

Keselamatan dan keamanan dalam pemakaian SHS perlu diperhatikan oleh setiap pengguna terutama dari gejala kemungkinan gangguan pada komponen sistem, efek bunga api pada kerusakan di kabel, kecelakaan akibat terkena cairan elektrolit baterai, dan lain-lain

Beberapa hal yang perlu diperhatikan untuk keselamatan dalam bekerja dengan SHS di antaranya:

Bekerja tidak sendirian, mengerti prinsip kerja sistem, mengikuti prosedur dan tempat kerja dalam keadaan bersih.
Mempersiapkan peralatan yang ada dan digunakan dengan benar.
Berhati-hati terhadap bahaya dan tahu cara pencegahannya seperti: _o

Bahaya sengatan listrik yang dapat menyebabkan kontraksi otot _o dan kebakaran.

Bahaya baterai yang terjadi karena sengatan listrik ketika _o terjadi hubungan singkat.

Luka bakar karena asam sulfat, ledakan gas dan kebakaran. Persyaratan dan ketentuan pengukuran yang dilakukan di sini hampir sesuai dengan pelaksanaan pemeriksaan akhir ketika melakukan instalasi, dengan beberapa penyederhanaan sehingga dimungkinkan pemakai untuk dapat melaksanakan sendiri dengan baik.

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian dan perhitungan diatas dapat disimpulkan bahwa : 1.

Biaya investasi 1 unit sistem SHS 50 Wp panel sebesar Rp. 6.875.000,-.

2. Biaya penggantian 1 unit sistem SHS 50 Wp sebesar Rp. 25.800,- perbulan dan biaya perawatan 1 unit sistem SHS 50 Wp sebesar Rp. 1.100,- perbulan untuk jangka waktu 20 tahun operasi.

3. Pengoperasian dan perawatan 1 unit sistem SHS 50 Wp dapat lebih optimal, jika pengoperasian dan perawatan maupun perbaikan/penggantian 1 unit sistem SHS 50 Wp mengikuti standar operasi.

5.2 Saran

Adapun saran untuk pihak yang akan mengembangkan penelitian pada bidang ini adalah :

1. Pemerintah maupun lembaga pendidikan perlu mendorong dan menggalakkan penelitian-penelitian maupun aplikasi dari sel surya.

2. Pemerintah maupun lembaga pendidikan perlu melakukan penelitian terhadap sel surya agar tercipta sel surya dengan harga yang terjangkau sehingga dapat dinikmati oleh semua kalangan.

DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, W. 1995. Teknologi Rekayasa Surya. Jakarta : Pradnya Paramita.

Balzar, A., Stumpf, P., Eckhoff, S., Ackermann, H., Grupp, M. 1996. A Solar

Cooker Using Vacuum Tube Collectors With Integrated Heat Pipes. Solar Energy 58(1-3), pp.63-68.

Doraswami, A. 1994. A Significant Advance in Solar Cooking. Energy for Sustainable Development , vol. 1, no. 2. Green, M. A. 2001. “Panel surya Efficiency Tables (Version 18)”, Prog.

Photovolt. Res. Appl ., 9, 287-9 Holman, J.P. 1994. Perpindahan Kalor. Jakarta: Erlangga.

Kumar Rakesh, Adhikari, R.S., Garg, H.P., Kumar Ashvini. 2001. Thermal

Performance of A Solar Pressure Cooker Based on Evacuated Tube Solar Collector. Applied Thermal Engineering , 21, pp.1699-1706.

Shah, A., et al. 1999. “Photovoltaic Technology: The Case for Thin-Film Panel suryas”, Science, 30 July, 285, 692-8. Sharma, S.D., Sagara Kazunobu. 2004. Solar Cooker for Evening Cooking Using

Latent Heat Storage Material Based on Evacuated Tube Solar Collector ,

6th Greg P. Smestad, 2002, “Optoelektronics of Panel suryas”, SPIE PRESS.

ASPEK EKONOMI DAN PERAWATAN PADA SOLAR HOME SYSTEM 50 Wp