KATA
PENGANTAR
Puji dan Syukur Kami Panjatkan ke Hadirat Tuhan Yang
Maha Esa karena berkat limpahan Rahmat dan Karunia-Nya sehingga kami dapat
menyusun makalah ini tepat pada waktunya. Makalah ini
membahas tentang Prinsip kerja Generator AC.
Namun kami menyadari bahwa kelancaran dalam penyusunan materi ini tidak lain
berkat bantuan, dorongan, dan bimbingan bapak guru kami , sehingga kendala-kendala yangkami hadapi bisa teratasi dengan baik.
Oleh karena itu, kami mengucapkan terima
kasihyang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam
penyusunan makalah ini, semoga bantuannya mendapat balasan yang setimpal dari
Tuhan Yang Maha Esa. Kami menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari
kesempurnaan baik dari bentuk
penyusunan maupun materinya. Kritik konstruktif dari pembaca sangat kami harapkanuntuk penyempurnaan
makalah selanjutnya.
Jakarta, September 2015
Penyusun
BAB I
PENDAHULUAN
A.
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. Pemakaian energi surya di Indonesia mempunyai prospek yang
sangat baik,
mengingat bahwa secara geografis sebagai negara tropis, melintang garis katulistiwa berpotensi energisurya
yang cukup baik. Pemanfaatan Tenaga Surya melalui konversi Photovoltaic telah banyak diterapkan antara lain, penerapan sistem individu dan sistem hybrid yaitu sistem penggabungan
antara sumber energi konvensional dengan sumber energi terbarukan.
Pada
kondisi beban rendah sistem bekerja dengan sistem inverter dan
baterai. Jika beban terus bertambah hingga mencapai kapasitas yang
terdapat pada inverter atau tegangan baterai semakin rendah, maka sistem
kontrol akan segera mengoperasikan genset, maka genset akan berfungsi sebagai AC/DC konverter untuk pengisian baterai, dan dapat beroperasi secara paralel untuk memenuhi kebutuhan beban tersebut. Dengan demikian, kondisi pembebanan
diesel menjadi sangat efisien karena hanya beroperasi pada beban tertentu.
B.Maksud
dan Tujuan
1. Agar Bisa Mengetahui
Komponen Pembangkit Listrik Tenaga Surya
2. Agar Bisa Mengetahui Cara
Kerja Pada Sel Surya (Fotovoltaik)
3. Agar Bisa Memahami Dan
Mengembangkan Cara Kerja Yang Evektif Pada PanelSurya
4. Supaya Dapat Perbandingan
Penggunaan Sel Surya Dengan Energi Lain
5. Agar Bisa Mengenar Dan
Mengetahui Sistem PLTS
C. Rumusan
Masalah
1.
Apa Yang Dimaksud Dengan Sel Surya (Fotovoltaik)
2.
Bagaimana Struktur Sel Surya
3.
Bagaimana Cara Kerja Sel Surya
4.
Apa Perbandingan Penggunaan Sel Surya Dengan
Energi Lain
5.
Apa Yang Dimaksud Serta Pengertian Sistem PLTS
BAB II
PEMBAHASAN
2.1.
Sel Surya
(Fotovoltaik)
Sel
surya atau juga sering disebut fotovoltaik adalah divais yang mampu
mengkonversilangsung cahaya matahari menjadi listrik. Sel surya bisa disebut
sebagai pemeran utama untukmemaksimalkan potensi sangat besar energi cahaya
matahari yang sampai kebumi, walaupun selain dipergunakan untuk menghasilkan
listrik, energi dari matahari juga bisa dimaksimalkanenergi panasnya melalui
sistem solar thermal.
Sel
surya dapat dianalogikan sebagai divais dengan dua terminal atau sambungan,
dimana saat kondisi gelap atau tidak cukup cahaya berfungsi seperti dioda,
dan saat disinari dengan cahaya matahari dapat menghasilkan tegangan. Ketika
disinari, umumnya satu sel surya komersial menghasilkan tegangan dc sebesar 0,5
sampai 1 volt, dan arus short-circuit dalam skala milliampere per cm.
Besar
tegangan dan arus ini tidak cukup untuk berbagai aplikasi,sehingga umumnya
sejumlah sel surya disusun secara seri membentuk modul surya. Satu modulsurya
biasanya terdiri dari 28-36 sel surya, dan total menghasilkan tegangan dc
sebesar 12 Vdalam kondisi penyinaran standar (Air Mass 1.5). Modul surya
tersebut bisa digabungkan secara paralel atau seri untuk memperbesar
total tegangan dan arus outputnya
sesuai dengan daya yang dibutuhkan untuk aplikasi tertentu.
Gambar dibawah menunjukan ilustrasi dari modul surya.
2.2.
Struktur
Sel Surya
Sesuai
dengan perkembangan sains dan teknologi, jenis-jenis teknologi sel suryapun berkembang dengan berbagai inovasi. Ada yang disebut sel surya generasi satu, dua, tiga danempat,
dengan struktur atau bagian-bagian penyusun sel yang berbeda pula (Jenis-jenis
teknologisurya akan dibahas di tulisan “Sel Surya : Jenis-jenis teknologi”).
Dalam tulisan ini akan dibahas struktur dan cara kerja dari sel surya yang umum
berada dipasaran saat ini yaitu sel
surya berbasis material silikon yang juga secara umum mencakup struktur dan cara kerja sel suryagenerasi
pertama (sel surya silikon) dan kedua (thin film/lapisan tipis)
Gambar diatas menunjukan ilustrasi sel surya dan juga
bagian-bagiannya.
Secara umum terdiri dari :
1. Substrat/Metal backing
Substrat
adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya. Materialsubstrat juga harus mempunyai konduktifitas listrik yang baik karena juga berfungsi sebagaikontak
terminal positif sel surya, sehinga umumnya digunakan material metal atau
logamseperti aluminium atau molybdenum. Untuk sel surya
dye-sensitized (DSSC) dan selsurya organik, substrat juga berfungsi
sebagai tempat masuknya cahaya sehingga materialyang digunakan yaitu material
yang konduktif tapi juga transparan sepertii ndium tinoxide (ITO) dan flourine
doped tin oxide (FTO).
2. Material semi konduktor
Material
semikonduktor merupakan bagian inti dari sel surya yang biasanya mempunyaitebal
sampai beberapa ratus mikrometer untuk sel surya generasi pertama (silikon),
dan 1-3 mikrometer untuk sel surya lapisan tipis. Material semikonduktor inilah
yang berfungsi menyerap cahaya dari sinar matahari.
Untuk kasus gambar diatas,
semikonduktor yang digunakan adalah material silikon, yang umum diaplikasikan
diindustri elektronik. Sedangkan untuk sel surya lapisan tipis, material
semikonduktor yang umum digunakan dan telah masuk pasaran yaitu contohnya
materialCu(In,Ga)(S,Se)2(CIGS), CdTe (kadmium telluride), dan
amorphous silikon, disampingmaterial-material semikonduktor potensial lain yang
dalam sedang dalam penelitianintensif seperti Cu2ZnSn(S,Se)4(CZTS)
dan Cu2O (copper oxide).
Bagian
semikonduktor tersebut terdiri dari junction atau gabungan dari dua material
semikonduktor yaitusemikonduktor tipe-p (material-material yang
disebutkan diatas) dan tipe-n (silikon tipe-n, CdS,dll) yang
membentuk p-n junction. P-n junction ini menjadi kunci dari prinsipkerja
sel surya. Pengertian semikonduktor tipe-p, tipe-n, dan juga prinsip p-n
junction dansel surya akan dibahas dibagian “cara kerja sel surya”.
3. Kontak metal /contact grid
Selain
substrat sebagai kontak positif, diatas sebagian material semikonduktor
biasanyadilapiskan material metal atau material konduktif transparan sebagai
kontak negatif.
4. Lapisan antireflektif
Refleksi
cahaya harus diminimalisir agar mengoptimalkan cahaya yang terserap
olehsemikonduktor. Oleh karena itu biasanya sel surya dilapisi oleh lapisan
anti-refleksi.Material anti-refleksi ini adalah lapisan tipis material dengan
besar indeks refraktif optikantara semikonduktor dan udara yang menyebabkan
cahaya dibelokkan ke arahsemikonduktor sehingga meminimumkan cahaya yang
dipantulkan kembali
5. Enkapsulasi /cover glass
Bagian
ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul surya dari hujan atau kotoran.
2.3.
Cara Kerja
Sel Surya
Sel
surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu
junctionantara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari
ikatan-ikatan atomyang dimana terdapat elektron sebagai penyusun
dasar. Semikonduktor tipe-n mempunyaikelebihan elektron
(muatan negatif) sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihanhole
(muatan positif) dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron
dan
hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untukmendapatkan
material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan
untukmendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom fosfor.
Ilustrasi dibawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.
Junction antara semikonduktor tipe-p
(kelebihan hole) dan tipe-n (kelebihan elektron).
Peran
dari p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron
(dan hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik.
Ketika semikonduktor tipe-p dantipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan
bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-psehingga membentuk kutub positif
pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub
negatif pada semikonduktor tipe-p.
Akibat
dari aliran elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrikyang
mana ketika cahaya matahari mengenai susuna p-n junction ini maka
akan mendorongelektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang
selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya hole bergerak menuju
kontak positif menunggu elektron datang,seperti diilustrasikan pada gambar
dibawah.
Ilustrasi cara kerja sel surya dengan
prinsip p-n junction.
2.4.
Perbandingan
Penggunaan Sel Surya Dengan Energi Lain
Energi
baru dan terbarukan mulai mendapat perhatian sejak terjadinya krisis energi
duniayaitu pada tahun 70-an dan salah satu energi itu adalah energi surya. Energi
itu dapat berubahmenjadi arus listrik yang searah yaitu dengan menggunakan
silikon yang tipis. Sebuah kristalsilindris Si diperoleh dengan cara memanaskan
Si itu dengan tekanan yang diatur sehingga Si itu berubah menjadi
penghantar. Bila kristal silindris itu dipotong setebal 0,3 mm, akan
terbentuklahsel-sel silikon yang tipis atau yang disebut juga dengan sel surya
fotovoltaik.
Sel-sel
silikon itu dipasang dengan posisi sejajar/seri dalam sebuah panel yang terbuat
dari alumunium atau bajaanti karat dan dilindungi oleh kaca atau plastik.
Kemudian pada tiap-tiap sambungan sel itudiberi sambungan listrik. Bila sel-sel
itu terkena sinar matahari maka pada sambungan itu akanmengalir arus listrik.
Besarnya arus/tenaga listrik itu tergantung pada jumlah energi cahaya yang mencapai
silikon itu dan luas permukaan sel itu.
Pada
asasnya sel surya fotovoltaik merupakan suatu dioda semikonduktor yang berkerja
dalam proses tak seimbang dan berdasarkan efek fotovoltaik. Dalam proses itu
sel suryamenghasilkan tegangan 0,5-1 volt tergantung intensitas cahaya dan zat
semikonduktor yangdipakai. Sementara itu intensitas energi yang terkandung
dalam sinar matahari yang sampai ke permukaan bumi besarnya sekitar 1000 Watt. Tetapi karena daya guna konversi energi radiasi
menjadi energi listrik berdasarkan efek fotovoltaik baru mencapai 25% maka
produksi listrikmaksimal yang dihasilkan sel surya baru mencapai 250 Watt per m2.
Dari
sini terlihat bahwaPLTS itu membutuhkan lahan yang luas. Hal itu merupakan
salah satu penyebab harga PLTS menjadi mahal. Ditambah lagi harga sel surya
fotovoltaik berbentuk kristal mahal, hal ini karena proses pembuatannya yang rumit. Namun, kondisi geografis Indonesia yang
banyak memiliki daerah terpencil sulit dibubungkan dengan jaringan listrik
PLN. Kemudian sebagai negara tropis Indonesia mempunyai potensi energi surya
yang tinggi. Hal ini terlihat dari radiasi harian yaitusebesar 4,5 kWh/m2/hari.
Berarti prospek penggunaan fotovoltaik di masa mendatang cukup cerah.
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%.Energi listrik yang berasal dari energi surya pertama kali
digunakan untuk penerangan rumahtangga dengan sistem desentralisasi yang
dikenal dengan Solar Home System (SHS), kemudian untuk TV umum, komunikasi dan
pompa air. Sementara itu evaluasi program SHS di Indonesia pada proyek Desa Sukatani,
Bampres, dan listrik masuk desa menunjukkan tanda-tanda yang menggembirakan
dengan keberhasilan penerapan secara komersial.
Berdasarkan
penelitian yangdilakukan sampai tahun 1994 jumlah pemakaian sistem fotovoltaik
di Indonesia sudah
mencapai berkisar 2,5-3 MWp. Yang pemakaiannya meliputi kesehatan 16%, hibrida 7%, pompa air 5%, penerangan
pedesaan 13%, Radio dan TV komunikasi 46,6% dan lainnya 12,4%.
Kemudian dari kajian awal BPPT diperoleh proyeksi kebutuhan sistem PLTS
diperkirakan akan mencapai 50 MWp. Sementara itu menurut perkiraan yang lain
pemakaian fotovoltaik di Indonesia 5-10 tahunmendatang akan mencapai 100 MW
terutama untuk penerangan di pedesaan. Sedangkan permintaan fotovotaik diperkirakan
sudah mencapai 52 MWp. Komponen utama sistem surya
fotovoltaik adalah modul yang merupakan unit rakitan beberapa sel surya
fotovoltaik.
Untuk membuat
modul fotovoltaik secara pabrikasi bisa menggunakan teknologi kristal dan thin
film. Modul fotovoltaik kristal dapat dibuat dengan teknologi yang relatif
sederhana, sedangkan untuk membuat sel fotovoltaik diperlukan teknologi tinggi.
Modul fotovoltaik tersusun dari beberapasel fotovoltaik yang dihubungkan secara
seri dan paralel. Biaya yang dikeluarkan untuk membuat modul sel surya yaitu
sebesar 60% dari biaya total.
Jadi, jika modul sel surya itu bisa diproduksi
di dalam negeri berarti akan bisa menghemat biaya pembangunan PLTS. Untuk
itulah, modul pembuatan sel surya di Indonesia tahap pertama adalah membuat
bingkai (frame),kemudian membuat laminasi dengan sel-sel yang masih diimpor.
Jika permintaan pasar banyak maka pembuatan sel dilakukan di dalam negeri. Hal
ini karena teknologi pembuatan sel surya dengan bahan silikon single dan poly
cristal secara teoritis sudah dikuasai. Dalam bidang fotovoltaik yang digunakan
pada PLTS, Indonesia ternyata telah melewati tahapan penelitian
dan pengembangan dan sekarang menuju tahapan pelaksanaan dan instalasi untuk elektrifikasi
untuk pedesaan. Teknologi ini cukup canggih dan keuntungannya adalah harganya murah, bersih,
mudah dipasang dan dioperasikan dan mudah dirawat.
Sedangkan
kendala utama yang dihadapidalam pengembangan energi surya fotovoltaik adalah
investasi awal yang besar dan harga perkWh listrik yang dibangkitkan relatif
tinggi, karena memerlukan subsistem yang terdiri atas baterai, unit
pengatur dan inverter sesuai dengan kebutuhannya. Dalam penerapannya
fotovoltaik dapat digabungkan dengan pembangkit lain seperti pembangkit tenaga
diesel (PLTD) dan pembangkit listrik tenaga mikro hidro (PLTM).
Penggabungan ini dinamakan sistem hibrida
yang tujuannya untuk mendapatkan daya guna yang optimal. Pada sistem ini PLTS
merupakan komponen utama, sedang pembangkit listrik lainnya digunakan untuk
mengkompensasi kelemahan sistem PLTS dan mengantisipasi ketidakpastian cuaca
dan sinar matahari. Pada sistem PLTS-PLTD, PLTD-nya akan digunakan sebagai
"bank up" untuk mengatasi beban maksimal. Pengkajian dan penerapan
sistem ini sudah dilakukan di Bima (NTB) dengan kapasitas PLTS 13,5 kWp dan
PLTD 40 kWp.
Penggabungan
antara PLTS dengan PLTM mempunyai prospek yang cerah. Hal ini karena sumber air
yang dibutuhkan PLTM relatif sedikit dan itu banyak terdapa di desa-desa. Untuk
itulah pemerintah Indonesia dengan pemerintah Jepang telah merealisasi penerapan
sistem model hidro ini di desa Taratak (Lombok Tengah) dengan kapasitas PLTS 48
kWp dan PLTM sebesar 6,3 kW. Pada sistem hibrida antara fotovoltaik dengan Fuel
Cell (sel bahan bakar), selisih antara kebutuhan listrik pada beban dan listrik
yang dihasilkan oleh fotovoltaik akan dipenuhi oleh fuel cell. Controller
berfungsi untukmengatur fuel cell agar listrik yang keluar sesuai dengan
keperluan.
Arus
DC yang dihasilkan fuel cell dan arus fotovoltaik digabungkan pada tegangan DC
yang sama kemudian diteruskan ke power conditioning subsystem (PCS) yang
berfungsi untuk mengubah arus DC menjadi arus AC.Keuntungan sistem ini adalah
efisiensinya tinggi sehingga dapat menghemat bahan bakar, dankehilangan daya
listrik dapat diperkecil dengan menempatkan fuel cell dekat pusat beban.
2.5.
Sistem PLTS
PLTS
dengan sistem sentralisasi artinya pembangkit tenaga listrik dilakukan
secaraterpusat dan suplai daya ke konsumen dilakukan melalui jaringan
distribusi. Sistem ini cocok dan ekonomis pada daerah dengan kerapatan penduduk
yang tinggi. Contohnya PLTS di DesaKentang Gunung Kidul mempunyai kapasitas
daya 19 kWp, kapasitas baterai 200 volt dan
beban berupa penerangan yang terpasang
pada 85 rumah. Sementara itu PLTS dengan sistem
individu daya terpasangnya relatif kecil yaitu sekitar 48-55 Wp. Jumlah daya
sebesar 50 Wp per rumah tangga diharapkan dapat memenuhi kebutuhan penerangan,
informasi (TV dan Radio) dan komunikasi (Radio komunikasi).
Dan
sampai tahun 95 sistem ini sudah terpasang sekitar 10.000 unit yang tersebar di
seluruh perdesaan Indonesia dan pengelolaannya yang
meliputi pemeliharaan dan pembayaran dilaksanakan oleh KUD. Melihat trend
harga sel surya yang semakin menurun dan dalam rangka memperkenalkan sistem
pembangkit yang ramah lingkungan, pemanfaatan PLTS dengan sistem individu
semakin ditingkatkan. Pada tahap pertama direncanakan akan dipasang 36.000 unit SHS
selama tiga tahun dengan prioritas 10 propinsi di kawasan
timur Indonesia.
Paling tidak ada 5 keuntungan pembangkit dengan surya
fotovoltaik. Pertama energi yang digunakan adalah energi yang tersedia secara
cuma-cuma. Kedua perawatannya mudah dan sederhana. Ketiga tidak terdapat
peralatan yang bergerak,sehingga tidak perlu penggantian suku cadang dan
penyetelan pada pelumasan. Keempat peralatan bekerja tanpa suara dan tidak berdampak
negatif terhadap lingkungan. Kelima dapat bekerja secara
otomatis. Pembangkit listrik yang memanfaatkan energi surya atau lebih umum
dikenal dengan
Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) mempunyai
beberapa keuntungan yaitu:
1.
Sumber
energi yang digunakan sangat melimpah
2.
Sistem
yang dikembangkan bersifat modular sehingga dapat dengan mudah diinstalasidan
diperbesar kapasitasnya.
3.
Perawatannya
mudah
4.
Tidak
menimbulkan polusi
5.
Dirancang
bekerja secara otomatis sehingga dapat diterapkan ditempat terpencil
6.
Relatif
aman
7.
Keandalannya
semakin baik
8.
Adanya
aspek masyarakat pemakai yang mengendalikan sistem itu sendiri
9.
Mudah
untuk diinstalasi
10. Radiasi matahari sebagai sumber
energi tak terbatas
11. Tidak menghasilkan CO2 serta
emisi gas buang lainnya. Salah satu kendala yang dihadapi dengan dalam
pengembangan Pembangkit ListrikTenaga Surya adalah Investasi awalnya yang
tinggi dan harga per kWh listrik yang dibangkitkan juga masih relatif
tinggi yaitu Sekitar ($ USD 3 –5 / Wp).Untuk beberapa kondisi pembangkit
listrik tenaga surya (PLTS) dapat bersaing dengan pembangkit Konvensional
Diesel/Mikrohydro, yaitu pada tempat-tempat terpencil yang
sarana perhubungannya masih belum terjangkau jaringan listrik umum (PLN)
BAB III
PENUTUP
3.1. Kesimpulan
Energi
merupakan salah satu kebutuhan utama dalam kehidupan manusia. Peningkatan kebutuhan
energi dapat merupakan indikator peningkatan kemakmuran, namun bersamaandengan
itu juga menimbulkan masalah dalam usaha penyediaannya.
Oleh
karena itu, penyediaansumber energi alternatif seperti energi surya melalui
pemanfaatan sel fotovoltaik merupakansebuah prospek yang menjanjikan untk
dikembangkan lebih lanjut, mengingat pemakaian primerminyak bumi dan gas alam
masih merupakan sumber energi utama. Selain ramah lingkungan,sumber energi dari
matahari tidak memerlukan perawatan khusus secara periodik, yangselanjutnya
akan mengurangi biaya produksi.
3.2 Saran
Penggunaan
energy surya sangat efektif untuk menghemat energi baik didunia industry maupun
rumah tangga, diIndonesia sangat potensial sekali untuk menerapkan system PLTS untuk
sumber energi karena hanya memiliki 2 musim tidak seperti didaerah Jepang,
Amerika dan Negara-Negara lainnya, tetapi sebelum
praktek/pengaplikasiannya terjun kemasyarakat secara luastentunya haruslah
diberi pengarahan dulu kepada masyarakat baik itu lewat media cetak , social,
dll.
Dengan
adanya pengarahan diharapkan hal-hal yang tidak kita inginkan terjadi,
danmengurungkan niat mereka untuk mengenal teknologi dalam perkemangan dizaman
modern ini. Dengan demikian secara perlahan dengan sudah taunya keuntungan dan
penghematan yang dirasakan secara perlahan mereka akan pindah ke-energi
terbarukan PLTS
DAFTAR PUSTAKA
Holladay, April. Solar Energy.
Microsoft Encarta 2006 [DVD]. Redmond, WA: Microsoft Corporation, 2005.
terimakasih sangat membantu info nya !
BalasHapuskreatif dan keren nih.. semoga bisa mengembangkan lampu panel tenaga surya ini lebih baik lagi
BalasHapus