PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA

Indonesia memiliki karunia sinar matahari. Hampir di setiap pelosok Indonesia, matahari menyinari sepanjang pagi sampai sore. Energi matahari yang dipancarkan dapat diubah menjadi energi listrik dengan menggunakan solar cell panel.pembangkit listrik menggunakan uap (dengan minyak dan batubara). Pembangkit listrik tenaga surya adalah ramah lingkungan, dan sangat menjanjikan. Sebagai salah satu alternatif untuk menggantikan
Perkembangan teknologi dalam membuat solar panel yang lebih baik dari tingkat efisiensi, pembuatan aki yang tahan lama, dan pembuatan alat elektronik yang dapat menggunakan Direct Current.
Pada saat ini penggunaan tenaga matahari (solar panel) masih dirasakan mahal karena tidak adanya subsidi. Listrik yang kita gunakan saat ini sebenarnya adalah listrik bersubsidi. Bayangkan pengusahaan/ penambangan minyak tanah, batubara (yang merusak lingkungan), pembuatan pembangkit tenaga listrik uap, distribusi tenaga listrik, yang semuanya dibangun dengan biaya besar

Pembangkit Listrik Tenaga 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-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. Duniapun 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.
       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. Tidak itu saja di negara-negara sedang
berkembang seperti India, Mongol promosi pemakaian sumber energi yang dapat
diperbaharui ini terus dilakukan. Untuk lebih mengetahui apa itu pembangkit listrik
tenaga surya atau kami singkat dengan PLTS maka dalam tulisan ini akan dijelaskan
secara singkat komponen-komponen yang membentuk PLTS, sistim kelistrikan tenaga
surya dan trend teknologi yang ada.

Kosep Kerja Sistem PLTS 
Pembangkit listrik tenaga surya itu konsepnya sederhana. Yaitu mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik. Cahaya matahari merupakan salah satu bentuk energi dari sumber daya alam. Sumber daya alam matahari ini sudah banyak digunakan untuk memasok daya listrik di satelit komunikasi melalui sel surya. Sel surya ini dapat menghasilkan energi listrik dalam jumlah yang tidak terbatas langsung diambil dari matahari, tanpa ada bagian yang berputar dan tidak memerlukan bahan bakar. Sehingga sistem selsurya sering dikatakan bersih dan ramah lingkungan.Badingkan dengan sebuah generator listrik, ada bagian yang berputar dan memerlukan bahan bakar untuk dapat menghasilkan listrik. Suaranya bising. Selain itu gas buang yang dihasilkan dapat menimbulkan efek gas rumah kaca (green house gas) yang pengaruhnya dapat merusak ekosistem planet bumi kita.

Sistem sel surya yang digunakan di permukaan bumi terdiri dari panel sel surya, rangkaian kontroler pengisian (charge controller), dan aki (batere) 12 volt yang maintenance free. Panel sel surya merupakan modul yang terdiri beberapa sel surya yang digabung dalam hubungkan seri dan paralel tergantung ukuran dan kapasitas yang diperlukan. Yang sering digunakan adalah modul sel surya 20 watt atau 30 watt. Modul sel surya itu menghasilkan energi listrik yang proporsional dengan luas permukaan panel yang terkena sinar matahari.

Rangkaian kontroler pengisian aki dalam sistem sel surya itu merupakan rangkaian elektronik yang mengatur proses pengisian akinya. Kontroler ini dapat mengatur tegangan aki dalam selang tegangan 12 volt plus minus 10 persen. Bila tegangan turun sampai 10,8 volt, maka kontroler akan mengisi aki dengan panel surya sebagai sumber dayanya. Tentu saja proses pengisian itu akan terjadi bila berlangsung pada saat ada cahaya matahari. Jika penurunan tegangan itu terjadi pada malam hari, maka kontroler akan memutus pemasokan energi listrik. Setelah proses pengisian itu berlangsung selama beberapa jam, tegangan aki itu akan naik. Bila tegangan aki itu mencapai 13,2 volt, maka kontroler akan menghentikan proses pengisian aki itu.

Rangkaian kontroler pengisian itu sebenarnya mudah untuk dirakit sendiri. Tapi, biasanya rangkaian kontroler ini sudah tersedia dalam keadaan jadi di pasaran. Memang harga kontroler itu cukup mahal kalau dibeli sebagai unit tersendiri. Kebanyakan sistem sel surya itu hanya dijual dalam bentuk paket lengkap yang siap pakai. Jadi, sistem sel surya dalam bentuk paket lengkap itu jelas lebih murah dibandingkan dengan bila merakit sendiri.

Biasanya panel surya itu letakkan dengan posisi statis menghadap matahari. Padahal bumi itu bergerak mengelilingi matahari. Orbit yang ditempuh bumi berbentuk elip dengan matahari berada di salah satu titik fokusnya. Karena matahari bergerak membentuk sudut selalu berubah, maka dengan posisi panel surya itu yang statis itu tidak akan diperoleh energi listrik yang optimal. Agar dapat terserap secara maksimum, maka sinar matahari itu harus diusahakan selalu jatuh tegak lurus pada permukaan panel surya.

            Jadi, untuk mendapatkan energi listrik yang optimal, sistem sel surya itu masih harus dilengkapi pula dengan rangkaian kontroler optional untuk mengatur arah permukaan panel surya agar selalu menghadap matahari sedemikian rupa sehingga sinar mahatari jatuh hampir tegak lurus pada panel suryanya. Kontroler seperti ini dapat dibangun, misalnya, dengan menggunakan mikrokontroler 8031. Kontroler ini tidak sederhana, karena terdiri dari bagian perangkat keras dan bagian perangkat lunak. Biasanya, paket sistem sel surya yang lengkap belum termasuk kontroler untuk menggerakkan panel surya secara otomatis supaya sinar matahari jatuh tegak lurus. Karena itu, kontroler macam ini cukup mahal.

 

Contoh PLTS Aplikasi Mandiri

 

 PHOTOVOLTAIC Cara kerja sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya dengan

menggunakan Grid-Connected panel sel surya Photovoltaic untuk perumahan :

.

Modul sel surya Photovoltaic merubah energi surya menjadi arus listrik DC. Arus listrik
DC yang dihasilkan ini akan dialirkan melalui suatu inverter (pengatur tenaga) yang
merubahnya menjadi arus listrik AC, dan juga dengan otomatis akan mengatur seluruh
sistem. Listrik AC akan didistribusikan melalui suatu panel distribusi indoor yang akan
mengalirkan listrik sesuai yang dibutuhkan peralatan listrik. Besar dan biaya konsumsi
listrik yang dipakai di rumah akan diukur oleh suatu Watt-Hour Meters.

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 beberapa sel 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 dihadapi dalam pengembangan energi surya fotovoltaik adalah investasi awal yang besar dan harga per kWh listrik yang dibangkitkan relatif tinggi, karena memerlukan subsistem yang terdiri atas baterai, unit pengatur dan inverter sesuai dengan kebutuhannya.

Bahan sel surya sendiri terdiri 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, semi-
konduktor P-type dan N-type (terbuat dari campuran Silikon) untuk menghasilkan medan
listrik, saluran awal dan saluran akhir (tebuat dari logam tipis) untuk mengirim elektron
ke perabot listrik.

Cara kerja sel surya sendiri sebenarnya identik dengan piranti semikonduktor
dioda. Ketika cahaya bersentuhan dengan sel surya dan diserap oleh bahan semi-
konduktor, terjadi pelepasan elektron. Apabila elektron tersebut bisa menempuh
perjalanan menuju bahan semi-konduktor pada lapisan yang berbeda, terjadi perubahan
sigma gaya-gaya pada bahan. Gaya tolakan antar bahan semi-konduktor, menyebabkan
aliran medan listrik. Dan menyebabkan elektron dapat disalurkan ke saluran awal dan
akhir untuk digunakan pada perabot listrik.

 Kelebihan Pembangkit Listrik Tenaga Surya

* Energi yang terbarukan/ tidak pernah habis
* Bersih, ramah lingkungan
* Umur panel sel surya panjang/ investasi jangka panjang
* Praktis, tidak memerlukan perawatan
* Sangat cocok untuk daerah tropis seperti Indonesia Solaar cell Panel sebagai komponen penting pembangkit listrik tenaga surya, mengubah sinar matahari menjadi tenaga listrik. Umumnya kita menghitung maksimun sinar matahari yang diubah menjadi tenaga listrik sepanjang hari adalah 5 jam. Tenaga listrik pada pagi - sore disimpan dalam baterai, sehingga listrik dapat digunakan pada malam hari, dimana tanpa sinar matahari.

 Perecanaan Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Karena pembangkit listrik tenaga surya sangat tergantung kepada sinar matahari, maka perencanaan yang baik sangat diperlukan. Perencanaan terdiri dari:

• Jumlah daya yang dibutuhkan dalam pemakaian sehari-hari (Watt).
• Berapa besar arus yang dihasilkan solar cell panel (dalam Ampere hour), dalam hal ini memperhitungkan berapa jumlah panel surya yang harus dipasang.
• Berapa unit baterai yang diperlukan untuk kapasitas yang diinginkan dan pertimbangan penggunaan tanpa sinar matahari. (Ampere hour).

Dalam nilai ke-ekonomian, pembangkit listrik tenaga surya memiliki nilai yang lebih tinggi, dimana listrik dari PT. PLN tidak dimungkinkan, ataupun instalasi generator listrik bensin ataupun solar. Misalnya daerah terpencil: pertambangan, perkebunan, perikanan, desa terpencil, dll. Dari segi jangka panjang, nilai ke-ekonomian juga tinggi, karena dengan perencanaan yang baik, pembangkit listrik tenaga surya dengan panel surya memiliki daya tahan 20 - 25 tahun.Baterai dan beberapa komponen lainnya dengan daya tahan   3 - 5 tahun.

Komponen Pembangkit Listrik Tenaga Surya

• Solar panel
• Charge controller
• Inverter
• Baterry

  

 tegangan 0.5 Volt. Jadi sebuah panel surya 12 Volt terdiri dari kurang lebih 36 sel (untuk Solar panel mengkonversikan tenaga matahari menjadi listrik. Sel silikon (disebut juga solar cells) yang disinari matahari/ surya, membuat photon yang menghasilkan arus listrik. Sebuah solar cells menghasilkan kurang lebih menghasilkan 17 Volt tegangan maksimun). Jenis solar panel dapat di baca disini. Charge cntrollerdigunakan untuk mengatur pengaturan pengisian baterai. Tegangan maksimun yang dihasilkan solar cells panel pada hari yang terik akan menghasilkan tegangan tinggi yang dapat merusak baterai.

 Inverter adalah perangkat elektrik yang mengkonversikan tegangan searah (DC - direct current) menjadi tegangan bolak balik (AC - alternating current).

 Baterry perangkat kimia adalah untuk menyimpan tenaga listrik dari tenaga surya. Tanpa baterai, energi surya hanya dapat digunakan pada saat ada sinar matahari. 

  Diagram Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Diagram instalasi pembangkit listrik tenaga surya ini terdiri dari solar panel, charge controller ,inverter,baterai.

Dari diagram pembangkit listrik tenaga surya diatas: beberapa solar panel di paralel untuk menghasilkan arus yang lebih besar. Combiner pada gambar diatas menghubungkan kaki positif panel surya satu dengan panel surya lainnya. Kaki/ kutub negatif panel satu dan lainnya juga dihubungkan. Ujung kaki positif panel surya dihubungkan ke kaki positif charge controller, dan kaki negatif panel surya dihubungkan ke kaki negatif charge controller. Tegangan panel surya yang dihasilkan akan digunakan oleh charge controller untuk mengisi batere. Untuk menghidupkan beban perangkat AC (alternating current) seperti Televisi, Radio, komputer, dll, arus baterai disupply oleh inverter. Instalasi pembangkit listrik dengan tenaga surya membutuhkan perencanaan mengenai kebutuhan daya: Jumlah pemakaian Jumlah solar panel Jumlah baterai Perhitungan Pembangkit Listrik Tenaga Surya Perhitungan keperluan daya (perhitungan daya listrik perangkat dapat dilihat pada label di belakang perangkat, ataupun dibaca dari manual): Penerangan rumah: 10 lampu CFL @ 15 Watt x 4 jam sehari = 600 Watt hour. Televisi 21": @ 100 Watt x 5 jam sehari = 500 Watt hour Kulkas 360 liter : @ 135 Watt x 24 jam x 1/3 (karena compressor kulkas tidak selalu hidup, umumnya mereka bekerja lebih sering apabila kulkas lebih sering dibuka pintu) = 1080 Watt hour Komputer : @ 150 Watt x 6 jam = 900 Watt hour Perangkat lainnya = 400 Watt hour Total kebutuhan daya =  3480 Watt hour Jumlah solar cell panel yang dibutuhkan, satu panel kita hitung 100 Watt (perhitungan adalah 5 jam maksimun tenaga surya): Kebutuhan solar cells panel : (3480 / 100 x 5)  = 7 panel surya. Jumlah kebutuhan batere 12 Volt dengan masing-masing 100 Ah: Kebutuhan batere minimun (batere hanya digunakan 50% untuk pemenuhan kebutuhan listrik), dengan demikian kebutuhan daya kita kalikan 2 x lipat : 3480 x 2 = 6960 Watt hour = 6960 / 12 Volt / 100 Amp = 6 batere 100 Ah. Kebutuhan batere (dengan pertimbangan dapat melayani kebutuhan 3 hari tanpa sinar matahari) : 3480 x 3 x 2 = 20880 Watt hour =20880 / 12 Volt / 100 Amp = 17 batere 100 Ah.

 

Gambar Pemasangan Pembangkit Listrik Tenaga Surya

pemasangan pada tempat parkir 

Pemasangan pada lampu jalan

Pemasangan pada rumah

Pemasangan pada gedung perkantoran

Komponen -Komponen PLTS (pembangkit listrik tenaga surya)

1. Solar Module dalambagian ini akan dijelaskan secara singkat komponen utama PLTS

yaitu solar module. Setelah menjelaskannya, maka dilanjutkan dengan trend kedepan

teknologi yang berkaitan dengan solar module.  

2. Apa itu solar cell?

Sebelum membahas sistim pembangkit listrik tenaga surya, pertama-tama akan dijelaskan
secara singkat komponen penting dalam sistim ini yang berfungsi sebagai perubah energi
cahaya matahari menjadi energi listrik. Listrik tenaga matahari dibangkitkan oleh
komponen yang disebut solar cell yang besarnya sekitar 10 ~ 15 cm persegi. Komponen
ini mengkonversikan energi dari cahaya matahari menjadi energi listrik. Solar cell
merupakan komponen vital yang umumnya terbuat dari bahan semikonduktor.
multicrystalline silicon adalah bahan yang paling banyak dipakai dalam industri solar
cell. Multicrystalline dan monocrystalline silicon menghasilkan efisiensi yang relativ
lebih tinggi daripada amorphous silicon. Sedangkan amorphus silicon dipakai karena
biaya yang relativ lebih rendah. Selain dari bahan nonorganik diatas dipakai pula
molekul-molekul organik walaupun masih dalam tahap penelitian.Sebagai salah satu
ukuran performansi solar cell adalah efisiensi. Yaitu prosentasi perubahan energi cahaya
matahari menjadi energi listrik. Efisiensi dari solar cell yang sekarang diproduksi sangat
bervariasi. Monocrystalline silicon mempunyai efisiensi 12~15 %. Multicrystalline
silicon mempunyai efisiensi 10~13 %. Amorphous silicon mempunyai efisiensi 6~9 %.
Tetapi dengan penemuan metode-metode baru sekarang efisiensi dari multicrystalline
silicon dapat mencapai 16.0 % sedangkan monocrystalline dapat mencapai lebih dari 17
%. Bahkan dalam satu konferensi pada September 2000, perusahaan Sanyo
mengumumkan bahwa mereka akan memproduksi solar cell yang mempunyai efisiensi
sebesar 20.7 %. Ini merupakan efisiensi yang terbesar yang pernah dicapai.Tenaga listrik
yang dihasilkan oleh satu solar cell sangat kecil maka beberapa solar cell harus
digabungkan sehingga terbentuklah satuan komponen yang disebut module. Produk yang
dikeluarkan oleh industri-industri solar cell adalah dalam bentuk module ini.

Pada applikasinya, karena tenaga listrik yang dihasilkan oleh satu module masih cukup kecil
(rata-rata maksimum tenaga listrik yang dihasilkan 130 W) maka dalam pemanfaatannya
beberapa module digabungkan dan terbentuklah apa yang disebut array. Sebagai contoh
untuk menghasilkan listrik sebesar 3 kW dibutuhkan array seluas kira-kira 20 ~ 30 meter
persegi. Secara lebih jelas lagi, dengan memakai module produksi Sharp yang bernomor
seri NE-J130A yang mempunyai efisiensi 15.3% diperlukan luas 23.1m2 untuk
menghasilkan listrik sebesar 3.00 kW. Besarnya kapasitas PLTS yang ingin dipasang
menambah luas area pemasangan.Untuk lebih jelasnya, hirarki module dapat dilihat pada

Teknologi Module

  

Building – Intergreated Modul

         Selain dari pencarian bahan-bahan baru untuk meningkatkan efisiensi module yang

nantinya akan meningkatkan tenaga listrik dengan luas yang sama, maka trend sekarang
adalah memberikan nilai tambah module itu dengan menjadikan module sebagai bagian
dari bangunan yang menambah keindahan bangunan tersebut dan menambah
kenyamanan orang-orang yang tinggal di dalamnya.Disamping akan mengurangi biaya
karena tidak diperlukan lagi biaya untuk pemasangan atap. 

         Dari segi module sebagai  komponen pembangkit listrik tidak ada perubahan dalam 

performansi yang dituntut.Tetapi dari segi module sebagai bahan bangunan maka diperlukan syarat
tambahan, seperti syarat kekuatan, daya tahan terhadap hujan, angin, petir dan gangguan
luar lainnya. Selain itu bagi para arsitektur syarat keindahan arsitektur juga diperlukan.
Gambar di bawah ini memperlihatkan contoh module yang dipakai juga sebagai bahan atap bagunan 

AC module 

Seperti yang telah diterangkan diatas module adalah komponen yang merubah energi
cahaya matahari menjadi energi listrik. Listrik yang dihasilkan adalah DC. Untuk dapat
dimanfaatkan lebih banyak lagi biasanya listrik DC ini dirubah menjadi AC. Untuk
diubah maka listrik DC dari beberapa module digabungkan dan dikonversikan menjadi
AC dengan alat yang disebut power conditioner. Karena menggabungkan listrik dari
beberapa module maka sistim pengkabelannnya menjadi rumit dan kapasitas yang
dibutuhkan dari power conditionernya pun menjadi besar.Untuk mengatasi persoalan ini,
maka sekarang dikembangkan apa yang disebut AC module. Yaitu module yang langsung
menghasilkan listrik AC. Secara prinsip tidak ada perubahaan yang terjadi, tetapi secara
teknologi diperlukan power conditioner berskala kecil yang dapat dipasang di belakang
module.Contoh power conditioner yang sekarang banyak dipasarkan .

Power Conditioner JH40EK 

Power conditioner JH40EK adalah produk dari Sharp yang dapat dihubungkan dengan 8~9 lembar module.

Berat dari alat ini adalah sebesar 25 kg.Dua trend diatas adalah lebih pada pemberian nilai tambah module agar pemanfaatannya lebih luas lagi. Disamping dua hal tadi untuk
mendukung perkembangan agar makin memasyarakatnya Pembangkit listrik tenaga surya
maka dicari metode-metode baru untuk menurunkan biaya per watt listrik yang dihasilkan.