Energi Surya dan kualifikasi PLTS

฀N฀RGI SURYA DAN P฀MBANGKIT LISTRIK T฀NAGA SURYA

TUGAS ke 5

฀isusun Untuk Memenuhi Salah Satu Tugas
Mata Kuliah Managemen Energi dan Teknologi

Oleh :
ZUMRODI
NPM. : 250120150017

MAGIST฀R ILMU LINGKUNGAN
UNIV฀RSITAS PADJADJARAN
2015

Tugas ke 5 Mata Kuliah Manangemen ฀nergi dan Teknologi
PSMIL Unpad 2015 Kelas Bappenas
A.

Bagian 1
1.

Sebutkan perbedaan fungsi dari ฀olar Cell dengan ฀olar Water฀Heating dan ฀olar
Furnaces.
2.
Bahan apa yang digunakan untuk membuat ฀olar Cell dan bagaiman prinsip kerja
฀olar Cell tersebut ?
3.
Apa yang dimaksud dengan efek photovoltaic ?
4.
Hal apa yang merupakan kendala operasi dari PLTS, dan hal apa yang
menentukan tingkat kehandalan dari suatu pembangkit ?
5.
Usaha apa yang dapat dilakukan untuk memperbesar tegangan dan meningkatkan
kemampuan arus yang dihasilkan oleh sejumlah ฀olar Cell ?

B. Bagian 2
Untuk keperluan suatu rumah tangga pada suatu daerah rural diperlukan Pembangkit Listrik
Tenaga Surya dengan uraian sebagai berikut:
NO
J฀NIS B฀BAN
WAKTU OP฀RASI

1
2
3
4
5

7 buah TL 10 Watt, 220 V
3 buah TL 40 Watt, 220 V
1 buah TV 35 Watt, 220 V
1 buah pompa air 300 Waat, 220 V
1 buah radio tape 30 Watt, 220 V

SIANG
 
 
3 Jam
4 Jam
4 Jam

MALAM

12 Jam
6 Jam
6 Jam
2 Jam
3 Jam

Kebutuhan tersebut akan disuplai dari dengan menggunakan Modul ฀olar Cell Photovoltaic
(PLTS) dengan data sebagai berikut :
฀
Luas efektif modul (Acm)
=
0,3376 m2
฀
฀aya maksimum modul (Pm)
=
18,7 W
฀
Efisiensi modul (ηm)
=
10 %

฀
Intensitas Cahaya rata rata (Iav)
=
4.450 W/m2
฀
Tegangan kerja arus searah (V฀C)
=
24 volt
฀
Tegangan kerja arus bolak balik (VAC)
=
220 volt
฀
Untuk kontinuitas pelayanan beban,
cadangan energi disediakan
(ditambahkan) dalam baterai 25 % kebutuhan energi keseluruhan.
Hitunglah :
a.
Kebutuhan energi keseluruhan .............
b.

Luas panel sel surya
............................
c.
Jumlah modul untuk panel surya ..............
d.
฀aya yang dibangkitkan oleh PLTS ..............

dalam Wh
(m2)
(buah)
(W)

Jawab
A.

Bagian 1

1.

Perbedaan fungsi dari Solar฀Cell฀dengan Solar฀Water฀Heating฀dan Solar฀Furnaces

2

฀

฀olar Cell
Sel surya (solar cell) merupakan suatu alat yang digunakan untuk merubah
cahaya langsung menjadi listrik. Pada saat cuaca cerah kita dapat memperoleh
daya yang cukup untuk menghidupkan satu buah bola lampu 1000 W dari 1 m2
solar panel. Alat ini pada awalnya dikembangkan dalam rangka untuk
menyediakan kebutuhan listrik untuk satelit. Sekarang kebanyakan kalkulator
sudah menggunakan Solar Cell sebagai sumber dayanya.

Gambar 1.1 Kalkulator dengan sumber energi dari sel surya
฀

฀olar Water฀Heating
Surya termal adalah teknologi yang mengubah radiasi matahari menjadi energi
panas dengan menggunakan alat pengumpul panas atau yang biasa disebut
Kolektor surya. Kolektor surya merupakan piranti utama dalam system surya
termal yang berfungsi mengumpulkan dan menyerap radiasi sinar matahari dan

mengkonversinya menjadi energi panas.
Ketika cahaya matahari menimpa absorber pada kolektor surya, sebagian cahaya
akan dipantulkan kembali ke lingkungan, sedangkan sebagian besarnya akan
diserap dan dikonversi menjadi energi panas, lalu panas tersebut dipindahkan
kepada fluida yang bersirkulasi di dalam kolektor surya untuk kemudian
dimanfaatkan pada berbagai aplikasi yang membutuhkan panas.
Kolektor surya pada umumnya memiliki komponen-komponen utama, yaitu : (1)
Cover, berfungsi untuk mengurangi rugi panas secara konveksi menuju
lingkungan; (2) Absorber, berfungsi untuk menyerap panas dari radiasi cahaya
matahari; (3) Kanal, berfungsi sebagai saluran transmisi fluida kerja. (4) Isolator,
berfungsi meminimalisasi kehilangan panas secara konduksi dari absorber
menuju lingkungan; dan (5) Frame, berfungsi sebagai struktur pembentuk dan
penahan beban kolektor.

3

Gambar 1. Solar Water Heater.
Alat ini menggunakan panas dari matahari untuk memanaskan air dalam gelas
panel diatas atap rumah. Air dipompakan melalui pipa pipa dalam suatu panel.
Pipa di cat dengan cat hitam sehingga dapat menyerap panas bila cahaya

matahari mengenainya. Cara seperti ini sangat membantu sekali dalam pembuatan
sistem pemanasan sentral.
฀

฀olar Furnaces
Prinsip kerja kompor parabola ini mirip dengan kolektor parabola/konsentrator.
Kompor parabola terdiri atas sekumpulan cermin pemantul yang disusun
berbentuk para bola dan dilengkapi dengan tempat panci di titik focus parabola
yang berfungsi sebagai receiver. Cermin parabola akan memfokuskan sinar
radiasi surya ke arah panci untuk memasak makanan yang ada di dalam panci
฀olar Furnances atau Tungku Surya menggunakan luasan yang sangat luas dari
susunan kaca untuk mengumpulkan energi cahaya matahari kedalam ruangan
yang sempit sebagai fokusnya dan menghasilkan temperatur yang sangat tinggi.
฀i Odellio, Perancis terdapat satu Solar Tungku ini sebagai tempat eksperimen
ilmiah yang dapat mencapai temperatur 33.000 ° C

Gambar 1.3 Contoh solar furnace/tungku surya
2.

Bahan apa yang digunakan untuk membuat Solar฀ Cell฀ dan bagaiman prinsip

kerja Solar฀Cell฀tersebut ?
Energi radiasi surya dapat dirubah menjadi arus listrik searah dengan menggunakan
lapisan2 tipis dari silikon (Si) murni atau bahan semikondutor lainnya, seperti pada
4

gambar dibawah ini. Solar Cell atau Sel Surya Photovoltaic merupakan suatu alat yang
dapat merubah energi sinar matahari secara langsung menjadi energi listrik.

Gambar 2.1 Sel surya
Menurut azasnya sel tersebut merupakan suatu dioda semi konduktor yang bekerja
menurut proses khusus yang dinamakan proses tak seimbang (non equilibrium process)
dan berlandaskan efek photovoltaic (efek yang dapat mengubah langsung cahaya
matahari menjadi energi listrik), dimana prinsip ini ditemukan oleh Bacquerel
berkebangsaan Perancis pada tahun 1839.
Solar Cell dapat menghasilkan tegangan antara 0,5 dan 1 volt tergantung intensitas
cahaya dan zat semi konduktor yang dipakai. Solar Cell yang pada umumnya
mempunyai ketebalan minimum 0.3 mm terbuat dari irisan bahan semi konduktor
dengan kutup positip dan negatip, dimana prinsip kerjanya dengan memanfaatkan efek
photovoltaic seperti yang diterangkan di atas.
Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk

meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan
panas semikonduktor alami. ฀i 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.
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 Si. ฀ari sini, tambahan elektron dapat diperoleh. Sedangkan,
Si intrinsik sendiri tidak mengandung unsur tambahan. Usaha menambahkan unsur
tambahan ini disebut dengan doping yang jumlahnya tidak lebih dari 1 % dibandingkan
dengan berat Si yang hendak di-doping.

5

Gambar 2.2 Pergerakan elektron dalam semikonduktor
฀ua 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) yang dapat digambarkan sebagai berikut.

3.

Apa yang dimaksud dengan efek photovoltaic฀?
Apabila suatu bahan semikonduktor seperti misalnya bahan silikon diletakkan dibawah
penyinaran matahari, maka bahan silikon tersebut akan melepaskan sejumlah kecil
listrik yang biasa disebut efek fotolistrik. Efek fotolistrik adalah pelepasan elektron dari
permukaan metal yang disebabkan penumbukan cahaya. Effek ini merupakan proses
dasar fisis dari fotovoltaik merubah energi cahaya menjadi listrik.
Cahaya matahari terdiri dari partikel-partikel yang disebut sebagai “photons” yang
mempunyai sejumlah energi yang besarnya tergantung dari panjang gelombang pada
“solar spectrum”. Pada saat photon menumbuk sel surya maka cahaya tersebut akan
dipantulkan atau diserap atau mungkin hanya diteruskan. Cahaya yang diserap
membangkitkan listrik. Pada saat terjadinya tumbukan energi yang dikandung oleh
photon ditransfer pada elektron yang terdapat pada atom sel surya yang merupakan
bahan semikonduktor.
฀engan energi yang didapat dari photon, elektron melepaskan diri dari ikatan normal
bahan semikonduktor dan menjadi arus listrik yang mengalir dalam rangkaian listrik
yang ada. ฀engan melepaskan dari ikatannya, elektron tersebut menyebabkan
terbentuknya lubang atau “hole”.

6

Gambar 3.1 Ilustrasi semikonduktor dalam efek fotovoltaik
4.

Hal apa yang merupakan kendala operasi dari PLTS, dan hal apa yang
menentukan tingkat kehandalan dari suatu pembangkit :
Beberapa hal yang menjadi kendal PLTS :
a.

Memiliki ketergantungan pada cuaca. Saat mendung kemampuan panel surya
menangkap sinar matahari tentu akan berkurang. Akibatnya, PLTS tidak bisa
digunakan secara optimal. Karena saat mendung kemampuan PLTS menyimpan
energi berkurang sekitar 30%.

b.

Harga modul surya (skala kecil) masih mahal sehingga biaya pembangkitan yang
dihasilkan juga mahal. Yaitu mencapai Rp. 11 milyar per MW. Jika PLTS nanti
kapasitasnya 30 MW, berarti biaya yang dibutuhkan Rp 330 Milyar.

c.

Memerlukan area yang luas untuk pemasangan modul surya untuk mendapatkan
daya keluaran yang tinggi.

d.

Modul surya memiliki efisiensi konversi yang rendah dibandingkan jenis
pembangkit lainnya.

e.

Solar panel mengambil sedikit ruang atap dan tidak menyenangkan untuk dilihat.

Kehandalan merupakan suatu indikator tingkat kemampuan, kelancaran, ketahanan
maupun keamanan suatu pembangkit dalam operasinya untuk memproduksi tenaga
listrik sesuai keperluan / target yang telah direncanakan. Hal yang Menentukan Tingkat
Kehandalan ฀ari Suatu Pembangkit Listrik Tenaga Surya, adalah :
a.

฀aya mampu yang tersedia

b.

Fluktuasi dan kondisi beban

c.

Alat pengaman (proteksi)

d.

Mutu pemeliharaan

Untuk mendukung kehandalan yang optimal maka perlu melaksanakan pemeliharaan
terhadap pembangkit. Semakin tinggi tingkat pemeliharaan dan perhatian terhadap
pembangkit tersebut, semakin tinggi pula kehandalannya. Kendala operasi dari solar
power supply sangat terpengaruh oleh keadaan cuaca, karena besarnya arus dan
7

tegangan output berbanding lurus dengan penyinaran cahaya pada cell serta
rendahnya effisiensi dari cell. Solar power supply harus ditempatkan pada tempat
tempat yang dapat menampung sinar matahari secara maksimum sejak matahari terbit
sampai tenggelam (pada area terbuka).
5.

Usaha yang dapat dilakukan untuk memperbesar tegangan dan meningkatkan
kemampuan arus yang dihasilkan oleh sejumlah Solar฀Cell.
Satu sel surya fotovoltaik akan memberikan tegangan sekitar 0,5V keluaran, angka ini
sangat rendah untuk sebuah pemakaian komersial. Maka untuk itu, sejumlah sel
fotovoltaik dihubungkan secara seri menjadi sebuah modul fotovoltaik. Konfigurasi
standar dari sebuah modul adalah terdiri atas 36 atau 40 buah sel fotovoltaik dengan
dimensi 10x10 cm yang dihubungkan secara seri. Ini berarti bahwa akan terjadi suatu
tegangan 18 V, yang cukup untuk mengisi sebuah baterai 12V nominal.
Sel Fotovoltaik yang dihubungkan secara seri dibungkus untuk membentuk sebuah
kesatuan mekanik. Kesatuan seperti ini dinamakan sebuah modul fotovoltaik. Modul
memberikan perlindungan yang layak terhadap pengaruh-pengaruh pengkaratan, hujan
dan lain-lainnya.
Modul standar dapat dipergunakan untuk bermacam-macam pemakaian, juga untuk
sistem-sistem dengan baterai atau tanpa baterai. Jika suatu aplikasi khusus memerlukan
suatu tegangan / arus yang lebih tinggi yang akan dibekali oleh sebuah modul, maka
modul dapat digabungkan secara seri, dan membentuk suatu susunan pararel untuk
mendapatkan tegangan atau arus yang dibutuhkan.
Untuk memperbesar tegangan yang dihasilkan maka beberapa solar cell di
hubungankan secara seri, dan untuk menaikkan kemampuan arus maka masing-masing
rangkaian seri tersebut diparalelkan.
Susunan dari beberapa solar sel dinamakan
modul฀ dan susunan beberapa modul disebut array atau panel.
Untuk mendapatkan arus listrik yang lebih besar dari pada keluaran arus listrik dari
setiap modul surya, maka modul surya dihubungkan secara parallel, dengan cara
menghubungkan kutub-kutub yang sama (kutub negatif saling dihubungkan dan kutub
positif juga saling dihubungkan).
Apabila masing-masing modul surya mempunyai tegangan kerja 15 Volt dan
menghasilkan arus listrik sebesar masing-masing 3 Ampere, kemudian ketiganya
dihubungkan secara parallel maka akan didapatkan arus listrik total sebesar 9 Ampere
sedangkan tegangan total akan sama dengan tegangan masing-masing modul surya
yaitu 15 Volt.

8

Gambar 5.1 : ฀usunan Paralel Modul
Untuk mendapatkan tegangan yang diinginkan, beberapa modul surya dihubungkan
secara seri yaitu dengan cara menghubungkan kutub positif dan kutub negatif.
Tegangan total yang didapatkan dengan cara menghubungkan seri tiga buah modul
masing–masing mempunyai tegangan 5 Volt adalah merupakan jumlahan ketiganya
yaitu 15 Volt. Akan tetapi arus listrik total yang dihasilkan adalah sama dengan masing
arus setiap modul yaitu 3 Ampere.

Gambar 5.2 : ฀usunan ฀eri Modul ฀urya

B.

Bagian 2
a.
Kebutuhan energi keseluruhan (E dalam Wh)
9

E

= ∑ n. P.t
= (7x10x12)+(3x40x6)+(1x35x9)+(1x300x6)+(1x30x7)
= 3885 Wh
Energi cadangan sebesar 25% dari pemakaian
Ecad = 3885x25%
= 971,25 Wh
Pemakaian energi listrik keseluruhan
Etot
= E + Ecad
= 3920+980,25
= 4856,25 Wh
b.

Luas panel sel surya ( Aa dalam m2)
Aa
= E / (Iav x ηm)
= 4856,25 / (4.450 x 10%)
= 10,91
= 11 M2 (pembulatan)

c.

Jumlah modul untuk panel surya (buah)
Aa
= Aa / Acm
= 11 / 0,3376
= 32,33
= 32 buah

d.

฀aya yang dibangkitkan oleh PLTS (W)
P
= n x Pm
= 32 x 18,7 W
= 596 W

Bandung, 26 Oktober 2015

10