Pembangkit Listrik Tenaga Surya

1. Pengertian Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Pembangkit listrik yang mengubah energi surya menjadi energi listrik. Pembangkitan listrik bisa dilakukan dengan dua cara, yaitu secara langsung menggunakan photovoltaic dan secara tidak langsung dengan pemusatan energi surya. Photovoltaic mengubah secara langsung energi cahaya menjadi listrik menggunakan efek fotoelektrik. Pemusatan energi surya menggunakan sistem lensa atau cermin dikombinasikan dengan sistem pelacak untuk memfokuskan energi matahari ke satu titik untuk menggerakan mesin kalor.

Sistem pemusatan energi surya (concentrated solar power) CSP menggunakan lensa atau cermin dan sistem pelacak untuk memfokuskan energi matahari dari luasan area tertentu ke satu titik. Panas yang terkonsentrasikan lalu digunakan sebagai sumber panas untuk pembangkitan listrik biasa yang memanfaatkan panas untuk menggerakkan generator. Sistem cermin parabola, lensa reflektorFresnel, dan menara surya adalah teknologi yang paling banyak digunakan. Fluida kerja yang dipanaskan bisa digunakan untuk menggerakan generator (turbin uap konvensional hingga mesin Stirling) atau menjadi media penyimpan panas.

2. Potensi Energi Matahari di Indonesia

Indonesia sebagai negara tropis yang berada di sepanjang katulistiwa dikaruniai sumberdaya energi matahari yang besar sepanjang tahun. Berdasarkan data yang dihimpun oleh BPPT dan BMG diketahui bahwa intensitas radiasi matahari di Indonesia berkisar antara 2.5 hingga 5.7 kWh/m2. Beberapa wilayah Indonesia, seperti: Lampung, Jawa Tengah, Sulawesi Tengah, Papua, Bali, NTB, dan NTT mempunyai intensitas radiasi diatas 5 kWh/m2. Sedangkan di Jawa Barat, khusunya di Bogor dan Bandung mempunyai intensitas radiasi sekitar 2 kWh/m2 dan untuk wilayah Indonesia lainnya besarnya rata-rata intensitas radiasi adalah sekitar 4 kWh/m2. Detail intensitas radiasi matahari di beberapa wilayah Indonesia ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Radiasi Sinar Matahari di Indonesia (kWh/m2)

Untuk menghasilkan energi yang bisa dimanfaatkan, energi matahari disimpan dan dikumpulkan dalam suatu panel atau modul yang biasa disebut modul photovoltaic (solar array). Rangkaian beberapa modul photovoltaic (solar array) yang dihubungkan secara seri dan/atau paralel untuk mencapai nilai tegangan dan daya listrik yang diinginkan inilah yang disebut PLTS. Daya keluaran tiap modul surya akan berbeda yang tergantung pada teknologi modul surya dan kualitas produksinya. Sebagai contoh modul surya dari a-Si lebih unggul unjuk kerjanya terhadap peningkatan tempertur diatas temperatur standar dibandingkan dengan modul dari c-Si. Dengan demikian akhir-akhir ini ada kecenderungan untuk menilai unjuk kerja modul surya berdasarkan energi yang dihasilkan (kWh) dalam jangka waktu tertentu dibanding rating standar (kWp) atau dinyatakan dalam kWh/kWp. Secara teoritis, parameter yang sangat penting dalam menunjukkan efektivitas sel surya adalah efisiensi konversi yang menunjukkan berapa banyak sinar matahari yang jatuh pada permukaan sel yang dapat dikonversikan menjadi energi listrik.

3. Prinsip Kerja Tenaga Matahari

Gambar 2. Skema Prinsip Kerja Tenaga Matahari

Bahan sel surya sendiri terdiri dari 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. Sel surya merupakan suatu pn junction dari silikon kristal tunggal. Dengan menggunakan photo-electric effect dari bahan semikonduktor, sel surya dapat langsung mengkonversi sinar matahari menjadi listrik searah (dc).

Pada gambar 2.2 apabiila sel surya itu dikenakan pada sinar matahari, maka timbul yang dinamakan elektron dan hole. Elektron-elektron dan hole-hole yang timbul di sekitar pn junction bergerak berturut-turut ke arah lapisan n dan ke arah lapisan p. Sehingga pada saat elektron-elektron dan hole-hole itu melintasi pn junction, timbul beda potensial pada kedua ujung sel surya. Jika pada kedua ujung sel surya diberi beban maka timbul arus listrik yang mengalir melalui beban. Ketika arus listrik mengalir akan melewati charge controller yaitu peralatan yang berfungsi untuk mengatur tegangan dan arus yang dikeluarkan, setelah melwati peralatan charge controller akan ditampung di battery dengan arus DC. Setelah ditampung di bateray akan di distribusikan ke peralatan selanjutnya yaitu inverter, peralatan inverter ini berfungsi mengubah tegangan DC menjadi tegangan AC atau sebaliknya tapi disini hanya mengubah DC menjadi tegangan AC. Setelah di inverter akan distribusikan ke beban atau pengguna.

4. Manfaat Energi Matahari

energi surya atau matahari telah dimanfaatkan di banyak belahan dunia dan jika dieksplotasi dengan tepat, energi ini sangat berpotensi mampu menyediakan kebutuhan konsumsi energi dunia saat ini dalam waktu yang lebih lama. Matahari dapat digunakan secara langsung untuk memproduksi listrik atau untuk memanaskan bahkan untuk mendinginkan. Potensi masa dapat energi surya hanya dibatasi oleh keinginan kita untuk menangkap kesempatan. Ada banyak cara untuk memanfaatkan energi dari matahari. Tumbuhan mengubah sinar matahari menjadi energi kimia dengan menggunaakan fotosintesis. Kita memanfaatkan energi ini dengan memakan dan membakar kayu.

Ada dua tipe dasar tenaga matahari adalah :

• sinar matahari
• photovoltaic

Photovoltaic tenaga matahari adalah suatu pembangkit yang melibatkan listrik dari cahaya. Rahasia dari proses ini adalah penggunaan bahan semi konduktor yang dapat disesuaikan untuk melepas elektron. Secara global, matahari menyediakan 10.000 kali energi manusia, yang artinya energi ini dapat memanfaatkan siapapun secara gratis.

Bahan semi konduktor yang paling umum dipakai dalam sel photovoltaic adalah silicon, sebuah elemen yang umum ditemukan dipasir. Semua sel photovoltaic mempunyai paling tidak dua lapisan semi konduktor, satu bermuatan positif dan satu bermuatan negatif. Ketika cahaya bersinar pada semi konduktor, Leasing listrik menyeberang sambungan diantara dua lapisan menyebabkan listrik mengalir, membangkitkan arus DC, makin kuat cahaya, makin kuat aliran listrik. Sistem photovoltaic tidaklah membutuhkan cahaya matahari yang terang untuk beroperasi. Jadi sistem ini juga membangkitkan listrik disaat hari mendung atau tidak ada sinar matahari, dengan energi keluar yang sebanding ke Bart jenis awan berdasarkan pantulan sinar matahari dari awan, hari hari mendung dapat menghasilkan angka energi yang lebih tinggi dibandingkan saat langit biru yang sedang benar benar cerah. Saat ini, sudah menjadi hal umum peranti kecil, seperti kalkulator, menggunakan solar sel yang sangat kecil. Photovoltaic Juga digunakan untuk mrnyediakan listrik di wilayah yang tidak terdapat jaringan pembangkit tenaga listrik .

5. Komponen Tenaga Matahari (Solar Cell)

Photovoltaic Modul

Modul PhotoVoltaic atau biasa disebut modul surya adalah perangkat yang terdiri dari bahan semikonduktor seperti silikon, galium arsenide dan kadmium telluride, dll yang mengubah sinar matahari langsung menjadi listrik. Ketika solar cell menyerap sinar matahari, elektron-elektron bebas dan lubang-lubang membuat sambungan positif / negatif, dan ketika dihubungkan dengan beban DC, maka arus listrik akan mengalir ke beban tersebut.

Jenis-jenis sel surya, dilihat dari bahan pembuatannya terdiri dari :

a. Crystalline Silicon PV Module (c-Si)

Terdiri dari single crystalline silicon atau dikenal sebagai silikon monocrystalline dan multi-criytallline silikon, juga disebut silikon polikristalin. Module PV The polycrystalline silicon memiliki efisiensi konversi yang lebih rendah dari module PV single crystalline silicon tetapi keduanya memiliki efisiensi konversi tinggi yang rata-rata sekitar 10-12%.

b. Amorphous Silicon PV Module PV

modul Amorphous Silicon (a-Si) atau modul PV film tipis silikon menyerap cahaya lebih efektif daripada Module PV crystalline silicon, sehingga dapat dibuat lebih tipis. Cocok untuk semua aplikasi dengan efisiensi tinggi dan dengan biaya rendah adalah penting. Efisiensi dari module PV Amorphous Silicon adalah sekitar 6%.

c. Hybrid Silicon PV Module

Sebuah kombinasi dari silikon single crystalline yang dikelilingi oleh lapisan tipis Amorphous silicon yang memberikan sensitivitas yang sangat baik untuk tingkat cahaya rendah atau cahaya tidak langsung.Hybrid Silicon PV Module memiliki efisiensi konversi yang tertinggi yaitu sekitar 17%. Bahan semikonduktor saat ini yang paling sering digunakan untuk produksi Solar cell adalah silikon, dimana memiliki beberapa keuntungan diantaranya ; dapat dengan mudah ditemukan di alam, tidak mencemari, tidak merusak lingkungan dan dapat dengan mudah mencair, di tanganni dan dibentuk menjadi bentuk silikon monocrystalline , dll. Pada umumnya Solar cell dikonfigurasi sebagai sambungan a large-area p-n daerah yang terbuat dari silikon.

Besaran arus listrik yang dapat dikonversi dari energi matahari menjadi arus listrik diukur dalam satuan wattpeak (WP), artinya kalau modul surya berukuran 100 WP, maka dalam satu jam akan mengeluarkan arus sebesar 100 watt. Apabila arus yang dibutuhkan lebih besar dari keluaran modul surya, maka modul surya dipasang beberapa unit membentuk suatu array.

Solar Charge Controller

Solar Charge Controller adalah suatu alat kontrol yang berfungsi untuk mengatur tegangan dan arus yang dikeluarkan dari modul surya, malakukan proses pengisian battery, mencegah battery dari pengisian yang berlebihan, juga mengendalikan proses discharge. Yang perlu diperhatikan dalam menggunakan charge controller ini adalah besarnya tegangan dan daya yang dikeluarkan modul surya dan yang dapat diterima battery. Satuan untuk tegangan adalah Volt, sedangkan kuat arus dalam ampere, misalnya 12volt/10A.

Battery

Batteray adalah komponen PLTS Battery yang berfungsi untuk menyimpan sementara energi listrik yang dihasilkan modul surya atau disebut juga dengan panel surya, batteray pada PLTS mengalami proses siklus mengisi dan mengosongkan, tergantung dari ada tidaknya sinar matahari. Selama ada sinar matahari, panel surya akan menghasilkan listrik. Apabila energi listrik yang dihasilkan tersebut melebihi kebutuhan bebannya, maka energi listrik tersebut akan segera dipergunakan untuk mengisi baterai. Sebaliknya, selama matahari tidak ada maka permintaan energi listrik akan disuplai oleh baterai. Proses pengisian ini disebut satu siklus baterai.

Kapasitas baterai umumnya dinyatakan dalam Ampere Hour (Ah). Nilai Ampere Hour pada baterai ini yaitu menunjukan nilai arus yang dapat dilepaskan, dikalikan dengan nilai waktu untuk pelepasan terbut. Berdasarkan hal tersebut maka secara teoritis, baterai 12v, 200 Ah dapat memberikan baik 200 A selama sattuu jam, 50 A selama 4 jam, 4 A untuk 50 jam , atau 1A untuk 200 jam. Pada saat mendesain kapasitas baterai yang akan dipergunakan dalam System PLTS, penting juga untuk menentukan ukuran hari-hari otonomi (das of autonomy). (Polarpowerinc,2011).

Suatu ketentuan yang membatasi tingkat kedalaman pengosongan maksimum, diberlakukan pada baterai. Tingkat kedalaman pengosongan baterai biasanya dinyatakan dalam persentase. Misalnya, suatu baterai memiliki DOD 80%, yang artinya bahwa hanya 80% dari energi yang tersedia dapat dipergunakan dan 20% tetap berada dalam cadangan. Pengaturan DOD berperan dalam menjaga usia pakai (Life Time) dari baterai tersebut. Semakin dalam DOD pada suatu Baterai, maka semakin pendek juga pula siklus hidup baterai tersebut.

Inverter

Inverter adalah peralatan Listrik atau elektronika yang berfungsi untuk mengubah arus DC dari panel surya atau baterai menjadi arus AC. Pemilhan inverter yang tepat untuk aplikasi tertentu, tergantung pada kebutuhan beban. Efisiensi inverter pada saat pengoperasian adalah sebesar 90% (Foster dik,2010).