APLIKASI SEL SURYA SEBAGAI ENERGI TERBARUKAN PEMBANGKIT LISTRIK PADA SOLAR HOME SYSTEM
DISUSUN OLEH
NIDYA DWISTYA ANGGRAENI ANGGRAENI (140310060003)
JURUSAN
FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PADJADJARAN 2010
ENERGI SURYA Kondisi bumi kita kian lama kian mengenaskan karena tercemarnya lingkungan dari efek rumah kaca ( greenhouse effect ) yang menyebabkan global warming, hujan asam, rusaknya lapisan ozon hingga hilangnya hutan tropis. Semua jenis polusi itu rata-rata akibat dari penggunaan bahan bakar fosil seperti minyak bumi, uranium, plutonium, batu bara dan lainnya yang tiada hentinya. Padahal kita tahu bahwa bahan bakar dari fosil tidak dapat diperbaharui, tidak seperti bahan bakar non non-fosil. -fosil. Dengan kondisi yang sudah sedemikian memprihatinkan, gerakan hemat energi sudah merupakan keharusan di seluruh dunia. Salah satunya dengan hemat bahan bakar dan menggunakan bahan bakar dari non-fosil yang dapat diperbaharui seperti tenaga angin, tenaga air, energi panas bumi, tenaga matahari, dan lainnya. Dunia pun pun sudah mulai merubah tren produksi dan penggunaan bahan bakarnya, dari bahan bakar fosil beralih ke bahan bakar non-fosil, terutama tenaga surya yang tidak terbatas. Karena 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. Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) akan lebih diminati karena dapat digunakan untuk keperluan apa saja dan di mana saja : bangunan besar, pabrik, perumahan, dan lainnya. Selain persediaannya tanpa batas, tenaga surya nyaris tanpa dampak buruk terhadap lingkungan dibandingkan bahan bakar lainnya. Di negara-negara industri maju seperti Jepang, Amerika Serikat, dan beberapa negara di Eropa dengan bantuan subsidi dari pemerintah telah diluncurkan program-program untuk memasyarakatkan listrik tenaga surya ini. Pemakaian energi surya di Indonesia mempunyai prospek yang sangat baik, mengingat bahwa secara geografis sebagai negara tropis, melintang garis katulistiwa berpotensi energi surya yang cukup baik. Hal ini terlihat dari radiasi harian yaitu sebesar 4,5 kWh/m2/hari. Berarti prospek penggunaan fotovoltaik di masa mendatang cukup cerah. Karena, kondisi geografis Indonesia yang banyak memiliki daerah terpencil sulit dibubungkan dibubungkan dengan jaringan listrik PLN. Maka a plikasi panel surya sebagai alternatif energi listrik baik digunakan di rumah-rumah/ rumah-rumah/ solar home system.
1.
Cara Pemanfaatan Energi Surya Sel surya/ solar cell , photovoltaic, atau fotovoltaik sejak tahun 1970-an telah telah
mengubah cara pandang kita tentang energi dan memberi jalan baru bagi manusia untuk memperoleh energi listrik tanpa perlu membakar bahan bakar fosil sebagaimana pada minyak bumi, gas alam atau batu bara, tidak pula dengan menempuh jalan reaksi fisi nuklir. Sel surya mampu beroperasi dengan baik di hampir seluruh belahan bumi yang tersinari matahari, seja k dari Maroko hingga Merauke, dari Moskow hingga Johanesburg, dan dari pegunungan hingga permukaan laut.
Sel surya dapat digunakan tanpa polusi, baik polusi udara maupun suara, dan di segala cuaca. Sel surya juga telah lama dipakai untuk memberi tenaga bagi semua satelit yang mengorbit bumi nyaris selama 30 tahun. Sel surya tidak memiliki bagian yang bergerak, namun mudah dipindahkan sesuai dengan kebutuhan. Semua keunggulan sel surya di atas disebabkan oleh karakteristik khas sel surya yang mengubah cahaya matahari menjadi listrik secara langsung .
2. Proses konversi Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini dimungkinkan karena bahan material yang menyusun sel surya berupa semikonduktor. Lebih tepatnya tersusun atas d ua 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 ( p = positif ) karena kelebihan muatan positif. Caranya, dengan menambahkan unsur lain ke dalam semkonduktor, maka kita dapat mengontrol jenis semikonduktor tersebut, sebagaimana diilustrasikan pada gambar di bawah ini.
Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan panas semikonduktor alami. 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. 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. Dari sini, tambahan elektron dapat diperoleh. Sedangkan, Si intrinsik sendiri tidak mengandung unsur tambahan. Usaha menambahkan unsur tambahan ini disebut dengan d oping yang
jumlahnya tidak lebih dari 1 % dibandingkan dengan berat Si yang hendak di-
d oping .
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) yang dapat digambarkan sebagai berikut.
1. Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung.
2. Sesaat setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan elektronelektron 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.
3. 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.
4. Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi ( d epletion region) ditandai dengan huruf W. 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. 6. 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 (nomor 1 di atas ).
7. Adanya medan listrik mengakibatkan sambungan pn 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 E . Begitu pula dengan jumlah elektron yang berpindah dari smikonduktor n ke p, dikompensasi dengan mengalirnya kembali elektron ke semikonduktor n akibat tarikan medan listrik E . Dengan kata lain, medan listrik E mencegah seluruh elektron dan hole berpindah dari semikonduktor yang satu ke semiikonduktor yang lain. Pada sambungan p-n inilah proses konversi cahaya matahari menjadi listrik terjadi. Untuk keperluan sel 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 sel surya dapat terus terserap dan
masuk ke daerah deplesi dan semikonduktor p.
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 fotogenerasi elektron-hole (electron-hole photogeneration) yakni, terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat cahaya matahari.
Cahaya matahari dengan panjang gelombang (dilambangkan dengan simbol ³lambda´ sbgn di gambar atas ) yang berbeda, membuat fotogenerasi pada sambungan pn berada pada bagian sambungan pn 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 di sana. Spektrum biru dengan panjang gelombang yang jauh lebih pendek hanya terserap di daerah semikonduktor n. Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan pn terdapat medan listrik E , 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.
2.1 Jenis-Jenis Panel Surya Panel surya terdiri dari susunan sel surya yang dihubungkan secara seri. Sel sury berfungsi mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik. Sel surya umumnya dibuat dari silikon yang merupakan bahan semikonduktor. Daya yang dihasilkan sebuah panel surya bergantung pada radiasi matahari yang diterima, luas permukaan panel dan suhu panel. Daya yang dihasilkan semakin besar jika radiasi dan luas permukaan lebih besar, sedang kenaikan suhu mengakibatkan penurunan daya. Karena itu, pada saat pemasangan panel perlu diperhatikan untuk menyediakan jarak dengan atap agar udara dapat bersirkulasi di bawa panel (efek pendinginan). Panel Surya type terbaru mempunyai daya 130 Wattpeak per m2 . Wattpeak menunjukkan daya maksimum yang dihasilkan pada kondisi radiasi matahari 1000 W/m2 dan suhu panel 25 oC. Panel surya diproduksi dalam berbagai ukuran (daya terpasang). Konstruksi panel surya terdiri dari susunan sel surya, tutup kaca, bingkai Alumunium khusus dan soket. Panel surya memiliki usia yang relatif panjang yaitu minimal 20 tahun, dan umumnya suplier panel surya memberi garansi out put power hingga 10-25 tahun. saat intensitas cahaya berkurang (berawan, hujan, mendung ) arus listrik yang dihasilkan juga akan berkurang. Dengan menambah panel surya (memperluas ) berarti menambah konversi tenaga surya. Umumnya panel surya dengan ukuran tertentu memberikan hasil tertentu pula. Contohnya ukuran a cm x b cm menghasilkan listrik DC (Direct Current ) sebesar x Watt per hour/ jam. Efesiensi
Daya
Perubahan Daya Tahan Mono
Sangat Baik
Poly
Baik
Amorphous
Cukup Baik
Compound (GaAs)
Sangat Baik
Sangat Baik
Biaya
Baik
Keterangan
Kegunaan
Penggunaan
Pemakaian
Luas
Sangat
Sangat
Cocok
Baik
Baik
massal di masa depan
Cukup Baik
Baik
Sangat
Cukup
Baik
Baik
Bekerja
untuk
baik
produksi
Sehari-hari
Sehari-hari
dalam Sehari-hari
&
perangkat
pencahayaan fluorescent
komersial (kalkulator )
Berat & Rapuh
Pemakaian di luar angkasa
Polikristal ( Poly-crystalline) : Merupakan panel surya yang memiliki susunan kristal acak.
Type Polikristal memerlukan luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan jenis monokristal untuk menghasilkan daya listrik yang sama, akan tetapi dapat menghasilkan listrik pada saat mendung. Monokristal ( M ono-crystalline) : Merupakan panel yang paling efisien, menghasilkan daya
listrik persatuan luas yang paling tinggi. Memiliki efisiensi sampai dengan 15%. Kelemahan dari panel jenis ini adalah tidak a kan berfungsi baik ditempat yang cahaya mataharinya kuran (teduh), efisiensinya akan turun drastis dala m cuaca berawan. Amorphous Amorphous
silicon (a-Si) telah digunakan sebagai bahan sel surya photovoltaik pada
kalkulator. Meskipun kemampuannya lebih rendah dibandingkan sel surya jenis c-Si, hal ini tidak penting pada kalkulator, yang memerlukan energi yang kecil. Thin F ilm P h otovoltaic
Merupakan panel surya ( dua lapisan ) dengan struktur lapisan tipis mikrokristal-silicon dan amorphous dengan efisiensi modul hingga 8.5% sehingga untuk luas permukaan yang diperlukan per watt daya yang dihasilkan lebih besar daripada monokristal & polykristal. Inovasi terbaru adalah Thin Film Triple Junction PV (dengan tiga lapisan ) dapat berfungsi sangat efisien dalam udara yang sangat berawan dan dapat menghasilkan daya listrik sampai 45% lebih tinggi dari panel jenis lain dengan daya yang ditera setara.
3.
Aplikasi tenaga surya Tenaga surya yang diserap bumi adalah sebanyak 120 ribu terawatt.Pada prinsipnya
tenaga surya sebagai pembangkit listrik dengan dua cara: y
Produksi uap dengan ladang cermin yang digunakan untuk menggerakkan turbin.
Pembangkit listrik tenaga surya besar. y
Mengubah
sinar
surya
menjadi
listrik
dengan
panel
surya
/ solar
cell
photovoltaik. Pembangkit listrik tenaga surya portabel / kecil.
Tenaga surya dapat diaplikasikan sebagai berikut: 1. Tenaga surya untuk penerangan di rumah. 2. Tenaga surya untuk penerangan lampu jalan (PJU ) 3. Tenaga surya untuk penerangan lampu taman 4. Tenaga surya sebagai sumber listrik untuk kamera CCTV. 5. Tenaga surya sebagai sumber listrik untuk instalasi wireless (WIFI ), radio pemancar, perangkat komunikasi. 6. Tenaga surya untuk perangkat signal kereta api, kapal. 7. Tenaga surya untuk rumah walet, irigasi, pompa air. 8. Tenaga surya sebagai portable power supply 9. Tenaga surya sebagai pemanas untuk menggerakkan turbin sebagai pembangkit listrik tenaga surya seperti di Nevada Amerika. 10.
Tenaga surya sebagai sumber tenaga untuk perangkat satelit.
Keuntungan Panel Surya sebagai PLTS adalah Mampu menyuplai listrik untuk lokasi yang belum dijangkau jaringan listrik PLN
y
sehingga dapat digunakan untuk daerah yang terpenci. Listrik surya merupakan solusi yang cepat, karena proses instalasi yang relatif cepat
y
untuk menghasilkan listrik penerangan dll. Tenaga Surya merupakan energi yang sangat bersih, karena sifatnya secara fisika dapat
y
Meng-absorbsi UV radiasi (dari matahari ), tidak menghasilkan emisi sedikitpun, tidak menimbulkan suara berisik dan tidak memerlukan bahan bakar yang perlu dibeli setiap harinya. Sistem tenaga Surya sudah terbukti handal lebih dari 50 tahun mendukung program
y
luar angkasa, dimana tidak ada sumber energi lain, tidak juga juga nuklir, yang mampu bertahan dalam keadaan extrim di luar a ngkasa. Panel Surya merupakan salah satu alat yang dapat memanfaatkan potensi energi radiasi
y
matahari sebesar 4,8 Kwh/ m2 / hari (* Data BPPT tahun 2005 ) yang merupakan potensial daya yang cukup besar dan belum maksimal dimanfaatka n di Indonesia. Panel Surya mempunyai kesan modern dan futuristik, tetapi juga mempunyai kesan
y
peduli lingkungan dan bersih. Sangat cocok untuk dunia arsitektur modern yang memadukan unsur-unsur penting tersebut.
3.1
Aplikasi Panel surya pada Rumah/Solar Home System S olar
Home S istem adalah sistem pembangkit listrik yang berdiri sendiri, cocok
untuk aplikasi residen seperti peralatan rumah, penerangan, komputer, dan pipa air yang terbuat dari solar panel, solar charge controller, inverter dan baterai. Sistem ini merupakan pembangkit listrik yang ramah lingkungan, tidak menghasilkan radiasi elektromagnetik, serta mudah dalam instalasi dan perawatannya. Jumlah energi yang dihasilkan bergantung pada intensitas cahaya matahari dan jumlah modul surya yan dipasang.
Keuntungan menggunakan Solar Home System : y
Instalasi mudah : Menggunakan peralatan sederhana dan tidak perlu keahlian khusus
y
Pengoperasian mudah : Bekerja tanpa bahan bakar dan tidak memerlukan pengoperasian khusus.
y
Daya tahan lama : Bekerja secara terus menerus dengan baik selama lebih dari 25 tahun. Ramah Lingkungan : Tidak mengakibatkan polusi dan tidak menghasilkan
gelombang elektromagnetik
Dalam penggunaan panel surya / solar cell untuk membangkitkan listrik di rumah, ada beberapa hal yang perlu kita pertimbangkan karena karakteristik dari panel surya / solar cell: y
Panel surya / solar cell memerlukan sinar matahari. Tempatkan panel surya / solar cell pada posisi dimana tidak terhalangi oleh objek sepanjang pagi sampai sore.
y
Panel surya - solar cell menghasilkan listrik arus searah DC.
y
Untuk efisiensi yang lebih tinggi, gunakan lampu DC seperti lampu LED.
y
Instalasi kabel baru khusus untuk arus searah DC untuk perangkat berikut ini misalnya: lampu penerangan berbasis LED (Light Emiting Diode ), kamera CCTV, wifi (wireless fideliity), dll.
y
Atap cukup kuat menahan beban panel dan angin
y
Penempatan panel memungkinkan pembersihan dan perbaikan.
y
Tersedia jarak dengan atap untuk sirkulasi udara di bawah panel surya
Keseluruhan cara kerja di atas diatur oleh
S olar
Charge Controller.
S olar
charge
controller , adalah komponen penting dalam Pembangkit Listrik Tenaga Surya.
S olar
charge
controller berfungsi untuk: y
Charging mod e : Mengisi baterai (kapan baterai diisi, menjaga pengisian kalau baterai
penuh). y
O peration
mod e: Penggunaan baterai ke beban (pelayanan baterai ke beban diputus
kalau baterai sudah mulai 'kosong' ).
Rata-rata produk panel solar cell yang ada dipasaran menghasilkan tegangan 12 s/d 18 VDC dan ampere antara 0.5 s/d 7 Ampere. Modul juga memiliki kapasitas beraneka ragam mulai kapsitas 10 Watt Peak s/d 200 Watt Peak, juga memiliki type cell monocrystal dan polycrystal. Komponen inti dari sistem PLTS ini meliputi peralatan : Modul Solar Cell, Regulator / controller, Battery / Aki, Inverter DC to AC, Beban / Load.
3.1.1
Panel Surya / Solar Cell untuk Listrik AC
Bila kita berkeinginan untuk menggunakan energi sel surya untuk peralatan rumah lainnya, ikuti contoh perhitungan berikut ini. Bila kita membutuhkan daya listrik Alternating Current sebesar 2000W selama 10 jam per hari ( 20KWh/hari ) maka dibutuhkan 24 panel sel surya dgn kapasitas masing-masing 210WP dan 30 aki @12V 100Ah. Ini berdasarkan perhitungan energi surya dari jam 7 pagi s/d jam 5 sore ( 10 jam ) dan asumsi konversi energi minimal 4 jam sehari. Energi surya Jumlah panel sel surya Kapasitas panel sel surya Perhitungan Hasil 4 jam
24 panel
210 Watt
4 x 24 x 210 20.160 Watt hour
Dasar perhitungan jumlah aki adalah 2 x 3 x kebutuhan listriknya. Adanya faktor pengali 3 untuk mengantisipasi bila hujan/mendung terus-menerus selama 3 hari berturut-turut. Sedangkan faktor pengali 2 disebabkan battery tidak boleh lebih dari 50% kehilangan kapasitasnya bila ingin battery-nya tahan lama, terutama untuk battery kering seperti type gel dan AGM. Dengan kata lain diusahakan agar DOD ( Depth of Discharge ) tidak melampaui 50% karena sangat mempengaruhi life time dari battery itu sendiri. Jumlah Aki Voltage 100
3.1.2
Ampere
Perhitungan
Hasil
12 Volt 100 Ampere hour 100 x 12 x 100 120.000 Watt hour
Kabel Instalasi
Kabel untuk menghubungkan komponen perangkat dalam implementasi pembangkit listrik tenaga surya sebaiknya memperhatikan spesifikasi perkabelan untuk mengurangi loss (kehilangan) daya, pemanasan pada kabel, dan kerusakan pada perangkat. Untuk menghubungkan perangkat charge controller dan panel surya / solar cell perhatikan spesifikasi kabel, karena dalam dengan tegangan 12 Volt, spesifkasi kabel yang sesuai dapa mengurangi loss 3% ataupun mengurangi penurunan tegangan. Kabel memiliki resistansi (dalam ohm), semakin besar kabel, resistansi nya semakin kecil. Pada tegangan 12 Volt, pengurangan tegangan terjadi pada kabel yang panjang, sehingga mengurangi efisiensi dari instalasi pembangkit listrik tenaga surya kita.
3.1.3
Inverter DC ke AC
Inverter adalah perangkat elektrik yang digunakan untuk mengubah arus listrik searah (DC) menjadi arus listrik bolak balik (AC ). Inverter mengkonversi DC dari perangkat seperti
batere, panel surya / solar cell menjadi AC.
Penggunaan inverter dari dalam Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS ) adalah untuk perangkat yang menggunakan AC (Alternating Current ). Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan inverter: y
Kapasitas beban dalam Watt, usahakan memilih inverter yang beban kerjanya mendekati dgn beban yang hendak kita gunakan agar effisiensi kerjanya maksimal
y
Input DC 12 Volt atau 24 Volt
y
S inewave
3.1.4
ataupun square wave outuput AC
Baterai untuk Sel Surya
Baterai adalah alat penyimpan tenaga listrik arus searah ( DC ). Ada beberapa jenis baterai / aki di pasaran yaitu jenis aki basah/ konvensional, hybrid dan MF ( Maintenance Free ).
4. Monitor Arus Panel Surya, Tegangan Batere, Performansi Sistem
Perencanaan pembangkit listrik tenaga surya memperhatikan hal sebagai berikut: y
Jumlah daya yang dibutuhkan dalam pemakaian sehari-hari (Watt ).
y
Berapa besar arus yang dihasilkan panel surya / solar cell (dalam Ampere hour ), dalam hal ini memperhitungkan berapa jumlah panel surya / solar cell yang haru dipasang.
y
Berapa unit baterai yang diperlukan untuk kapasitas yang diinginkan dan pertimbangan penggunaan tanpa sinar matahari. (Ampere hour ).
Sistem Pembangkit Listrik Panel Surya, membangkitkan arus listrik dan menyimpan ke dalam baterai. Diperlukan perangkat pengukur untuk monitoring arus yang dihasilkan panel surya / solar cell, dan penggunaan oleh beban. Dalam hal ini adalah arus dari baterai yan digunakan oleh beban.
5.
Pemeliharaan Panel Surya
Pada umumnya panel surya / solar cell tidak membutuhkan pemeliharan yang rutin seperti genset. Genset umumnya diharuskan untuk dihidupkan satu kali seminggu, pemeriksaan oli, pemeriksaan batere, dll. Pemeliharaan panel surya / solar cell: y
Dibersihkan berkala untuk tidak mengurangi penyerapan intensitas matahari.
y
Mengatur letak dari panel surya / solar cell supaya mendapatkan sinar matahari langsung dan tidak terhalangi objek (pohon, jemuran, bangunan, dll )
6.
Perkiraan Biaya Panel Surya Solar Cells
Bila membicarakan penggunaan tenaga surya untuk pembangkit listrik sendiri, berapakah harga panel surya. Harga panel surya t ergantung dari beberapa faktor: y
Type panel/ teknologi/ efisiensi Ukuran panel dan daya dalam Watt yang dihasilkan per jam
y
Perkiraan harga panel untuk 50 Watt Peak adalah sekitar Rp. 2.500.000 di Jakarta. Jadi harga per Watt Peak adalah sekitar Rp. 50.000 (per Agustus 2009 ).
Harga tersebut akan terus turun karena beberapa faktor: y
Jumlah pengguna yang semakin besar (karena kesadaran penggunaan energi hijau )
y
Produksi panel surya / solar cell semakin banyak
y
Harga minyak dan batu bara yang semakin mahal
y
Perkembangan teknologi sel surya (solar cell )
Harga, inilah yang menjadi kendala utama, investasi awalnya cukup besar, tetapi
kalau dihitung dengan penggunaan listrik dari PLN untuk beberapa tahun, tentu bisa sangat hemat, umur ekonomis Solar Panel bisa lebih dari 10 tahun, yang agak singkat Battery (kurang lebih 2 tahun) dan DC to AC Converter (tergantung kualitas perangkatnya ). Untuk 50 Watt Peak (wp), dipasaran dijual paket lengkap seharga Rp. 3 juta - Rp. 4 juta. Untuk 100 wp Rp. 4 juta - Rp. 6 juta. Harga Battery bervariasi tergantung merk, biasanya untuk 100 AH sekitar Rp. 1 juta, demikian juga dengan DC-AC Converter harga nya tergantung kapasitas (watt) dan merknya.
PENUTUP 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. Oleh karena itu, penyediaan sumber energi alternatif seperti energi surya melalui pemanfaatan sel fotovoltaik merupakan sebuah prospek yang menjanjikan untk dikembangkan lebih lanjut, mengingat pemakaian primer minyak bumi dan gas alam masih merupakan sumber energi utama. Selain ramah lingkungan, sumber energi dari matahari tidak memerlukan perawatan khusus secara periodik, yang selanjutnya a kan mengurangi biaya produksi. Salah satu kegunaan sel surya dalam panel surya adalah pengganti energi listrik yang di pasok dari PLN, dengan panel surya sehingga menghasilkan energi listrik mandiri atau yang biasa disebut S olar Home S ystem. Kelemahan sistem fotovoltaik yang hanya dapat digunakan setengah hari dapat disiasati dengan menggunakan sumber energi alternatif ramah lingkungan lainnya, seperti energi angin, air laut maupun biomassa (sistem hibrida ). Dengan cara seperti ini, pasokan listrik akan dapat terus terpenuhi. Untuk itulah perlu diusahakan menekan harga fotovoltaik misalnya dengan cara sebagai berikut. Pertama menggunakan bahan semikonduktor lain seperti Kadmium Sulfat dan Galium Arsenik yang lebih kompetitif. Kedua meningkatkan efisiensi sel surya dari 10% menjadi 15%. Dan juga harga yang masih relatif mahal pada saat pertama kali pemasangannya. Harga, inilah yang menjadi kendala utama, investasi awalnya
cukup besar, tetapi kalau dihitung dengan penggunaan listrik dari PLN untuk beberapa tahun, tentu bisa sangat hemat, umur ekonomis Solar Panel bisa l ebih dari 10 tahun.
DAFTAR PUSTAKA
Holladay, April.
S olar E nergy.
Microsoft Encarta 2006 [DVD]. Redmond, WA:
Microsoft Corporation, 2005. http://energisurya.wordpress.com/ diambil pada 26 Oktober 2010 http://www.panelsurya.com/ diambil pada 26 Oktober 2010 http://energisurya.wordpress.com/ diambil pada 26 Oktober 2010 http://anggoero.blogspot.com/2010/03/panel-surya-sel-surya.html diambil pada 26 Oktober 2010
Solar charge controller, adalah komponen penting dalam Pembangkit Listrik Tenaga Surya. Solar charge controller berfungsi untuk: y
Charging mode: Mengisi baterai (kapan baterai diisi, menjaga pengisian kalau baterai penuh).
y
Operation mode: Penggunaan baterai ke beban (pelayanan baterai ke beban diputus kalau baterai sudah mulai 'kosong' ).
Charging Mode Solar Charge Controller Dalam charging mode, umumnya baterai diisi dengan metoda three stage charging: y
Fase bulk: baterai akan di-charge sesuai dengan tegangan setup (bulk - antara 14.4 14.6 Volt ) dan arus diambil secara maksimum dari panel surya / solar cell. Pada saat baterai sudah pada tegangan setup (bulk ) dimulailah fase absorption.
y
Fase absorption: pada fase ini, tegangan baterai akan dijaga sesuai dengan tegangan bulk, sampai solar charge controller timer (umumnya satu jam) tercapai, arus yang dialirkan menurun sampai tercapai kapasitas dari baterai.
y
Fase flloat: baterai akan dijaga pada tegangan float setting (umumnya 13.4 - 13.7 Volt). Beban yang terhubung ke baterai dapat menggunakan arus maksimun dari panel surya / solar cell pada stage ini.
Sensor Temperatur Baterai
Untuk solar charge controller yang dilengkapi dengan sensor temperatur baterai. Tegangan charging disesuaikan dengan temperatur dari baterai. Dengan sensor ini didapatkan optimun dari charging dan juga optimun dari usia baterai. Apabila solar charge controller tidak memiliki sensor temperatur baterai, maka tegangan charging perlu diatur, disesuaikan dengan temperatur lingkungan dan jenis baterai. Mode Operation Solar Charge Controller Pada mode ini, baterai akan melayani beban. Apabila ada over-discharge ataun over-load, maka baterai akan dilepaskan dari beban. Hal ini berguna untuk mencegah kerusakan dari baterai.
Lanjutan kabel instalasi Untuk itu perhatikan tabel gauge kabel standard Amerika (AWG ) berikut ini: Diameter kabel yang kecil memiliki nomor wire gauge yang besar. Tabel itu adalah untuk ukuran kabel tunggal. Salah satu contoh saja, kabel UTP cat 5 adalah 24 AWG. Diameter
Resistansi
(mm)
(/km)
0000 (4/0)
11.68
0.16
000 (3/0)
10.4
0.2
00 (2/0)
9.27
0.26
0 (1/0)
8.25
0.32
1
7.35
0.41
2
6.54
0.51
3
5.83
0.65
4
5.19
0.82
5
4.62
1.03
6
4.12
1.3
7
3.67
1.63
8
3.26
2.06
9
2.91
2.6
10
2.59
3.28
11
2.31
4.13
AWG
12
2.05
5.21
13
1.83
6.57
14
1.63
8.29
15
1.45
10.45
16
1.29
13.17
17
1.15
16.61
18
1.02
20.95
19
0.91
26.42
20
0.81
33.31
21
0.72
42
22
0.64
52.96
23
0.57
66.79
24
0.51
84.22
25
0.46
106.2
Sebagai contoh, tiga panel surya / solar cell dengan masing-masing arus 6 ampere dihubungkan sepanjang 30 feet (1 feet adalah 30 cm ) dari charge controller. Berarti ada 18 Ampere arus melalui kabel. Tabel di bawah ini adalah tabel arus (baris kolom ) dan tabel gauge kabel (baris atas ) yang disarankan. Untuk melihat kabel yang sesuai, pilih sesuai dengan jarak (lebih besar lebih baik ) dan nomor AWG kecil. #12
#10
#8
#6
#4
#3
#2
#1
#1/0
#2/0
4
22.7
36.3
57.8
91.6
146
184
232
292
369
465
6
15.2
24.2
38.6
61.1
97.4
122
155
195
246
310
8
11.4
18.2
28.9
45.8
73.1
91.8
116
146
184
233
10
9.1
14.5
23.1
36.7
58.4
73.5
92.8
117
148
186
12
7.6
12.1
19.3
30.6
48.7
61.2
77.3
97.4
123
155
14
6.5
10.4
16.5
26.2
41.7
52.5
66.3
83.5
105
133
16
5.7
9.1
14.5
22.9
36.5
45.9
58
73
92
116
18
5.1
8.1
12.9
20.4
32.5
40.8
51.6
64.9
81.9
103
20
4.6
7.3
11.6
18.3
29.2
36.7
46.4
58.4
73.8
93.1
25
3.6
5.8
9.3
14.7
23.4
29.4
37.1
46.8
59.1
74.5
30
3.1
4.8
7.7
12.2
19.5
24.5
30.9
38.9
49.2
62.1
35
2.6
4.2
6.6
10.5
16.7
20.9
26.5
33.4
42.2
53.2
40
2.3
3.6
5.8
9.2
14.6
18.4
23.2
29.2
36.9
46.5
Sesuai dengan tabel diatas, kita akan menggunakan kabel AWG 4, untuk mencapai pengurangan tegangan kurang dari 3%. Tabel diatas adalah untuk 12 Volt, untuk 24 Volt, bagi jarak dengan 2, untuk 48 Volt, bagi jarak dengan angka 4. Untuk menghubungkan charge controller dengan baterai, gunakan gauge kabel yang sama, dengan alasan, arus antara charge controller ke baterai, dan arus panel surya / solar cell ke charge controller, hampir sama. Pada umumnya panel surya / solar cell tidak membutuhkan pemeliharan yang rutin seperti genset. Genset umumnya diharuskan untuk dihidupkan satu kali seminggu, pemeriksaan oli, pemeriksaan batere, dll. Pemeliharaan panel surya / solar cell: y
Dibersihkan berkala untuk tidak mengurangi penyerapan intensitas matahari.
y
Mengatur letak dari panel surya / solar cell supaya mendapatkan sinar matahari langsung dan tidak terhalangi objek (pohon, jemuran, bangunan, dll )
8. Perkiraan Biaya Panel Surya Solar Cells Jadi kalau dari tadi kita membicarakan penggunaan tenaga surya untuk pembangkit listri sendiri / mandiri, berapakah harga panel surya / solar cell? Harga
panel
*
surya Type
/
solar
cell
tergantung
panel/
dari
teknologi/
beberapa
faktor: efisiensi
* Ukuran panel dan daya dalam Watt yang dihasilkan per jam Perkiraan harga panel untuk 50 Watt Peak adalah sekitar Rp. 2.500.000 di Jakarta. Jadi harga per Watt Peak adalah sekitar Rp. 50.000 (per Agustus 2009 ). Harga tersebut akan terus turun karena beberapa faktor: y
Jumlah pengguna yang semakin besar (karena kesadaran penggunaan energi hijau )
y
Produksi panel surya / solar cell semakin banyak
y
Harga minyak dan batu bara yang semakin mahal
y
Perkembangan teknologi sel surya (solar cell )
Harga solar cells panel per Agustus 2010 adalah Rp. 32.500 untuk satu Watt Peak.
Lanjutan NO.7 Ampere meter untuk mengukur charging panel surya / solar cell. Volt meter di gunakan untuk
mengukur tegangan baterai, mengindikasikan berapa jumlah discharge dari baterai. Pengukuran nya adalah sebagai berikut: % Full Charge Tegangan 100%
12.7
90%
12.6
80%
12.5
70%
12.3
60%
12.2
50%
12.1
40%
12.0
30%
11.9
20%
11.8
10%
11.7
Discharge
11.6 atau kurang
Pada saat pengukuran perhatikan supaya pada saat tidak terjadi charging maupu discharging. Jadi sebaiknya pengukuran dilakukan pagi hari pada saat belum ada chargin dan tidak ada penggunaan. Baterai yang sering digunakan lebih dari 40% - 50% akan mengurangi lifetime. Jadi dalam perencanaan perhatikan penggunaan daya dan perhitungan baterai adalah 2 kali lipat dar daya tersebut. Gunakan digital meter, karena lebih akurat. Harga digital meter sekitar Rp. 300.000 - Rp. 750.000. Kemudian untuk digital multi meter harganya bervariasi mulai dari 2 juta rupiah keatas.
Monitor Arus Panel Surya, Tegangan Batere, Performansi Sistem
Perencanaan pembangkit listrik tenaga surya memperhatikan hal s ebagai berikut: y
Jumlah daya yang dibutuhkan dalam pemakaian sehari-hari (Watt ).
y
Berapa besar arus yang dihasilkan panel surya / solar cell (dalam Ampere hour ), dalam hal ini memperhitungkan berapa jumlah panel surya / solar cell yang harus dipasang.
y
Berapa unit baterai yang diperlukan untuk kapasitas yang diinginkan dan pertimbangan penggunaan tanpa sinar matahari. (Ampere hour ).
Sistem Pembangkit Listrik Panel Surya, membangkitkan arus listrik dan menyimpan ke dalam baterai. Diperlukan perangkat pengukur untuk monitoring arus yang dihasilkan panel surya / solar cell, dan penggunaan oleh beban. Dalam hal ini adalah arus dari baterai yan digunakan oleh beban. Ampere meter untuk mengukur charging panel surya / solar cell. Volt meter digunakan untuk mengukur tegangan baterai, mengindikasikan berapa jumlah discharge dari baterai. Pengukuran nya adalah sebagai berikut: % Full Charge Tegangan 100%
12.7
90%
12.6
80%
12.5
70%
12.3
60%
12.2
50%
12.1
40%
12.0
30%
11.9
20%
11.8
10%
11.7
Discharge
11.6 atau kurang
Pada saat pengukuran perhatikan supaya pada saat tidak t erjadi charging maupun discharging. Jadi sebaiknya pengukuran dilakukan pagi hari pada saat belum ada charging dan tidak ad penggunaan. Baterai yang sering digunakan lebih dari 40% - 50% akan mengurangi lifetime. Jadi dalam
perencanaan perhatikan penggunaan daya dan perhitungan baterai adalah 2 kali lipat dar daya tersebut. Gunakan digital meter, karena lebih akurat. Harga digital meter sekitar Rp. 300.000 - Rp. 750.000. Kemudian untuk digital multi meter harganya bervariasi mulai dari 2 juta rupiah keatas. Gambar di bawah ini sedikit menggambarkan berapa porsi anggaran yang dibutuhkan pada saat pemasangan dan perbandingannya pada 20 tahun kemudian. Asumsi memakai 1300 Watt menggunakan baterei 35 Ah. Literatur ini menggunakan negara Meksiko sebagai contohnya.
Di sana terlihat bahwa komponen baterei yang memiliki masa pakai optimum yang terbatas (sekitar 4 tahun), memerlukan perhatian khusus terutama karena adanya penambahan biaya ekstra untuk penggantian baterei baru. 8.1
Biaya perangkat dan pelayanan pendukung.
Memanfaatkan sel surya untuk keperluan apapun membutuhkan perangkat pendukung yang disebut
Balance
of S ystem (BOS) yang biasanya terdiri atas baterei, inverter, biaya
pemasangan serta infrasturktur (lihat gambar berikut). Di sini peran BOS sangat penting sehinga semua ini (Sel surya + BOS ) disebut dengan sistem fotovoltaik. Baterei serta pegontrolnya diperlukan untuk meyimpan tenaga listrik untuk pemakaian di malam hari jika diperlukan. Inverter dibutuhkan untuk mengubah keluaran sel surya yang berarus DC menjadi AC sesuai dengan keperluan perumahan. Dan instalasi diperlukan untuk menyelaraskan bentuk (atap ) rumah dengan berapa luas sel surya atau daya yang dibutuhkan agar optimal.
Secara perhitungan kasar, harga Sel surya + BOS ini mencapai US$ 8-10/Watt. Sehingga jika hendak menggunakan sel surya di perumahan lengkap dengan sarana pendukungnya untuk 1300 Watt atau 1.3 kW, maka biaya kasar yang perlu diperlukan kira-kira 1300 Watt x (US$ 8 ± 10 ) = US$ 10.400 ± 13.000 atau jika di-rupiah-kan sekitar Rp 98.880.000 ± 117.000.000 dengan masa pakai 20 tahun lebih dan biaya tambahan untuk penggantian baterei per 4-5 tahun sekali. Tabel di bawah merupakan simulasi perhitungan biaya yang diperlukan untuk memasang sel surya di sebuah rumah dengan kapasitas daya terpasang sebesar 50 Watt. Jika hendak memasang sel surya di rumah dengan daya 1000 Watt mirip dengan rata-rata daya terpasang pada rumah di Indonesia dari PLN, maka harga total tinggal dikalikan saja dengan 20.
Biaya produksi pembuatan sel surya.
Jika kita melihat proses pembuatan sel surya dengan mengambil contoh sel surya silikon yang menempati 90% pangsa pasar sel surya saat ini, maka terlihat adanya proses produksi yang melibatkan modal besar ( high capital ), yakni industri semikonduktor. Industri semikonduktor ini masih merupakan industri padat modal karena bersandar pada pembuatan dan penyediaan silikon, lebih tepatnya wafer silikon. Sejatinya, silikon sendiri ialah elemen terbanyak kedua di kulit bumi setelah oksigen, sehingga harganya relatif rendah.
Secara kasar, saat ini, harga sebuah sel surya sekitar US$ 4-5/Watt, belum termasuk pendukungnya. Sehingga jika seorang konsumen hendak membeli sel surya dengan daya 50 Watt, maka perlu menganggarkan biaya sekitar US$ 200-250. Kendala atas mahalnya sel surya bisa di atasi dengan : 1. pembuatan silikon untuk sel surya atau semikonduktor ialah sebuah usaha padat modal yang sangat besar dari segi investasi. Dan tidak semua negara di dunia yang mampu secara teknologi melakoni pekerjaan besar ini, hanya beberapa negara saja yang mampu membuat silikon dengan kadar yang dibutuhkan maupun wafer silikon, semisal, Amerika, Jerman, Jepang dan Korea. Selain itu, industri pembuatan silikon berkadar tinggi maupun pembuatan wafer silikon ini juga menyedot tenaga listrik yang cukup besar. Namun mengingat bahan dasar silikon seperti pasir silika ini mudah ditermui di Indonesia dengan dukungan investor dan pemerintah, saya kira kita cukup mampu dalam hal ini. 2. jika dalam jangka pendek tujuannya ialah memasarkan sel surya sebanyak mungkin, maka kita perlu meniru langkah China dalam memasarkan sel surya di negaranya. Industri-industri China tidak membuat material dasar silikon untuk sel surya ini. Mereka juga tidak memiliki kemampuan dalam membuat mesin-mesin yang dipergunakan pabrik-pabrik mereka untuk membuat sel surya dalam skala besar.
