MAKALAH PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA (PLTS)
|
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA
(PLTS)
Disusun
O
l e h Ramadan Yana
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MALIKUSSALEH LHOKSEUMAWE 2016/2017 |
KATA PENGANTAR
Dengan menyebut nama
Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha Panyayang, Kami panjatkan puja dan puji
syukur atas kehadirat-Nya, yang telah melimpahkan rahmat, hidayah, dan
inayah-Nya kepada kami, sehingga kami dapat menyelesaikan makalah tentang
“PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA (PLTS)”.
Makalah ini telah kami
susun dengan maksimal mungkin dan mendapatkan bantuan dari berbagai pihak
sehingga dapat memperlancar pembuatan makalah ini. Untuk itu kami menyampaikan
banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah berkontribusi dalam pembuatan
makalah ini.
Terlepas dari semua
itu, Kami menyadari sepenuhnya bahwa masih ada kekurangan baik dari segi
susunan kalimat maupun tata bahasanya. Oleh karena itu dengan tangan terbuka
kami menerima segala saran dan kritik dari pembaca agar kami dapat memperbaiki
makalah ini.
Akhir kata kami
berharap semoga makalah tentang
“PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA (PLTS)” dapat memberikan manfaat maupun
inpirasi terhadap pembaca.
Lhokseumawe,
27 desember 2016
Penulis
DAFTAR ISI
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 P
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.
.jpg){kind=link}
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/
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.
0 Response to "MAKALAH PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA (PLTS)"
Post a Comment