SOLAR ENERGY AND SOLAR CELL SYSTEM

MAKALAH

Untuk memenuhi tugas matakuliah Renewable Technology

Yang dibimbing oleh Dr. H.M. Alfian Mizar, M.P

OlehAyu Septiana Pratiwi 140551807069Wahyu Diana 140551807568

UNIVERSITAS NEGERI MALANGPASCASARJANA

PROGRAM STUDI S2 PENDIDIKAN KEJURUANMaret 2015

1

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ............................................................................................DARTAR GAMBAR ...............................................................................DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................

BAB I PENDAHULUANA. Latar Belakang Masalah...................................................................B. Tujuan Penelitian .............................................................................

BAB II PEMBAHASANA. Solar Energy (Energi Surya) ............................................................

1. Pengertian Solar Energy (Energi Surya) .................................2. Tujuan Pembelajaran Kooperatif .............................................3. Aplikasi Solar Energy (Energi Surya) .....................................

B. Panel Solar Energy (Energi Surya) .................................................1. Pengertian Panel Surya (Solar Cell) .........................................2. Jenis-jenis Sel Surya .................................................................3. Karakteristik Solar Cell .... .......................................................4. Jenis-jenis Kolektor Surya .......................................................5. Daya dan Efisiensi Surya .......................................................6. Parameter Solar Cell .................................................................

C. Bagian-bagian dan Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) .................................................................................1. Bagian-bagian PLTS........................ ........................................2. Prinsip Kerja PLTS ..................................................................3. Perhitungan Kebutuhan Sistem PLTS ....................................

D. Cara Merawat Panel Surya ............................................................E. Keunggulan dan Kelemahan Panel Surya ......................................

1. Keunggulan Panel Surya .........................................................2. Kekurangan Panel Surya ........................................................

BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Kesimpulan ....................................................................................

DAFTAR RUJUKAN ..............................................................................LAMPIRAN .............................................................................................

iii

iii

12

33345577

101314

15151618191920

21

2222

2

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

1 Skema Solar Cell ................................................................ 6

2 Rangkaian Persamaan Sel Surya ........................................ 8

3 Kurva I-V ........................................................................... 9

4 Grafik Arus Terhadap Temperatur ..................................... 9

5 Grafik Arus Terhadap Tegangan ....................................... 10

6 Skema Sistem Kolektor Surya Prismatic ........................... 11

7 Kolektor Plat Surya Datar .................................................. 12

8 Concentrating collector ...................................................... 12

9 Evacuated tube collector .................................................... 13

10 Cara Kerja Fotovoltaik ....................................................... 15

11 Sistem PLTS ....................................................................... 16

12 Penggunaan PLTS di rumah ............................................... 17

13 Diagram PLTS .................................................................... 17

DAFTAR LAMPIRAN3

Lampiran Halaman

1.Data Daya Simpan Materai Untuk Kebutuhan Lampu Penerangan ............................................................................

22

BAB I

4

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Energi merupakan kebutuhan utama bagi umat manusia. Peningkatan kebutuhan

energi dapat menjadi faktor peningkatan kemakmuran, tetapi juga dapat menimbulkan

masalah dalam usaha penyediaannya. Dengan semakin menipisnya cadangan minyak

bumi di Indonesia, pemanfaatan energi alternatif nonfosil harus ditingkatkan. Ada

beberapa energi alam sebagai energi alternatif yang bersih, tidak berpolusi, aman dan

persediaannya tidak terbatas yang dikenal dengan energi terbarukan. Diantaranya adalah

energi surya, angin, gelombang dan perbedaan suhu air laut.

Upaya pencarian sumber energi baru sebaiknya memenuhi syarat yaitu menghasilkan

jumlah energi yang cukup besar, biaya ekonomis dan tidak berdampak negatif terhadap

lingkungan. Oleh karena itu pencarian tersebut diarahkan pada pemanfaatan energi

matahari baik secara langsung maupun tidak langsung dengan menggunakan panel surya

yang dapat merubah energi matahari menjadi energi listrik yang dinamakan Solar Cell.

Teknologi Solar Cell telah lama dikenal oleh manusia penangkap panas yang dibawa

sinar matahari untuk diubah menjadi sumber energi listrik.

Indonesia merupakan negara yang membutuhkan pasokan energi yang cukup besar

termasuk energi listrik. Untuk pemenuhan kebutuhan energi listrik dapat menggunakan

sumber energi alternatif yaitu tenaga surya sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Surya

(PLTS). Sel surya (photovoltaic) merupakan piranti yang dapat mengkonversi cahaya

matahari menjadi energi listrik. Energi surya adalah sumber energi yang dapat

diperbaharui (renewable energy resources) yang sangat potensial. Energi surya dapat

menghasilkan daya hingga 156.486 MW, jumlah yang lebih besar jika dibandingkan

dengan sumber energi terbarukan yang lainnya. Indonesia merupakan negara yang

terletak dalam jalur khatulistiwa yang sepanjang tahun mendapatkan cahaya matahari

yang berlimpah.

Pemanfaatan energi ini sebagai PLTS juga harus memperhatikan beberapa faktor

untuk pengoptimalan energi surya menjadi energi listrik yaitu: pengaruh cuaca,

kelembaban, temperatur, posisi sel surya serta arah angin yang terdapat pada permukaan

sel surya. Apabila ada yang menutupi lapisan luar sel surya, maka cahaya yang akan

diterima oleh semikonduktor akan berkurang dan akan berimbas secara langsung terhadap

proses konversi energi.

5

Pemanfaatan listrik fotovoltaik di Indonesia secara ekonomi lebih sesuai untuk

kebutuhan energi yang kecil pada daerah terpencil dan terisolasi. Meskipun pembangkit

fotovoltaik skala sangat besar pernah dibangun di luar negeri yang memberikan energinya

langsung kepada jaringan listrik. Namun secara finansial kelihatannya belum layak untuk

dibangun di Indonesia. Untuk itu, dalam makalah ini akan dibahas tentang Solar Energy

dan Solar Cell System.

B. Tujuan

Tujuan pembuatan makalah ini, yaitu:

1. Untuk mengetahui tentang Solar Energy (Energi surya).

2. Untuk mengetahui tentang Panel Surya (Solar Cell).

3. Untuk mengetahui Bagian-bagian Komponen dan Prinsip Kerja Pembangkit Listrik

Tenaga Surya (PLTS).

4. Untuk mengetahui Cara Merawat Panel Surya.

5. Untuk mengetahui Keunggulan dan Kelemahan Panel Surya.

BAB IIPEMBAHASAN

6

A. Solar Energy (Energi surya)

1. Pengertian Solar Energy (Energi surya)

Matahari adalah bintang yang paling dekat dengan bumi, sehingga penelitian tentang

bintang ini lebih mudah dari pada bintang lainnya. Matahari memiliki jarak 150

juta kilometer dari bumi, dan dia menyediakan energi yang dibutuhkan oleh kehidupan di

bumi ini secara terus-menerus (Mulyono, 2007: 47). Energi yang dibebaskan oleh

matahari setiap detiknya menurut perhitungan para ahli, adalah ekuivalen dengan

konversi massa hidrogen yang besarnya adalah 4,2x10 ton/detik, yang ekuivalen dengan

1,2x10 KW (Daryanto, 2007: 72).

Energi yang diradiasikan akibat transformasi hidrogen menjadi helium yang

kemudian menghasilkan energi. Sebagian energi tersebut di transmisikan ke bumi

dengan cara radiasi gelombang elektromagnetik. Radiasi menjalar dengan kecepatan

cahaya (3* 10 8 m/s) dalam bentuk gelombang yang mempunyai panjang gelombang

yang berbeda-beda. Peristiwa ini akan berhenti jika hidrogen dalam reaksi inti habis

(Daryanto, 2007: 72). Untuk menghitung komponen langsung dari pemasukan radiasi

surya pada sebuah permukaan miring dari data radiasi pada sebuah permukaan

horisontal, posisi matahari pada tiap saat harus diketahui (Arismunandar, 1985).

Indoenergi (2013) mengemukakan bahwa energi surya merujuk pada radiasi energi

dalam bentuk panas dan cahaya yang dipancarkan oleh matahari. Tanpa energi yang

datang dari matahari, planet ini tidak akan mampu mendukung kehidupan dan energi

surya adalah bentuk energi paling berlimpah yang tersedia di planet ini.

2. Karakteristik Radiasi Sinar Surya

Energi Sinar Surya dipancarkan dalam bentuk radiasi gelombang elektromagnetik

yang terdistribusi atas radiasi energi surya dan energi foton. Energi Sinar Surya

sampai ke bumi dalam spektrum radiasi infra merah, sinar tampak dan radiasi

ultraviolet. Di luar atmosfer spektrum distribusi radiasi sinar surya ini sebagian diserap

oleh lapisan troposat dan berdebu, dan awan. Sedangkan sebagian lagi dipantulkan

kembali ke ruang angkasa. Besar tenaga radiasi sinar pada umumnya didasarkan jarak

rata-rata antara bumi dan surya. Tenaga radiasi sinar surya persatuan waktu yang diterima

pada satu-satuan luas permukaan yang tegak lurus pada arah datangnya radiasi, pada

7

jarak rata-rata bumi dan surya disebut Solar Konstan (Tetapan Surya). Pada

dasarnya gelombang elektromagnetik tersebut adalah radiasi thermal. Adapun

jenis radiasi itu selalu merambat dengan kecepatan cahaya (Ginting, 2009).

Secara fisik perambatan radiasi diperoleh dengan mengganggap setiap

kuantum sebagai suatu partikel yang memiliki energi, massa, dan momentum. Jadi

pada hakekatnya, radiasi dapat digambarkan sebagai suatu partikel foton yang

dapat bergerak dari suatu medium ke medium lain.

Ada dua macam cara radiasi matahari/surya sampai ke permukaan bumi, yaitu

(1)Radiasi langsung (Beam / Direct Radiation) adalah radiasi yang mencapai bumi

tanpa perubahan arah atau radiasi yang diterima oleh bumi dalam arah sejajar sinar

dating, (2) Radiasi Hambur (Diffuse Radiation) adalah Radiasi yang mengalami

perubahan akibat pemantulan dan penghamburan.

3. Aplikasi Energi Surya

Beberapa aplikasi teknologi yang telah dikembangkan untuk mengambil manfaat

energi surya, antara lain:

a. Pemanasan Air

Penyediaan air panas sangat diperlukan oleh masyarakat, baik untuk mandi maupun

untuk alat antiseptik pada rumah sakit dan klinik kesehatan. Penyediaan air panas ini

memerlukan biaya yang besar karena harus tersedia sewaktu-waktu dan biasanya untuk

memanaskan digunakan energi fosil ataupun energi listrik. Namun dengan menggunakan

pemanas air tenaga surya maka hal ini bukan merupakan masalah karena pemanasan air

dilakukan dengan menyerap panas matahari dengan menggunakan kolektor sehingga tidak

memerlukan biaya bahan bakar.

b. Distilasi Air

Salah satu manfaat dari sinar matahari adalah menguapkan air (distilasi). Cara

kerjanya adalah sebuah kolam yang dangkal, dengan kedalaman 25mm hingga 50 mm,

ditututup oleh kaca. Air yang dipanaskan oleh radiasi matahari, sebagian menguap,

sebagian uap itu mengembun pada bagian bawah dari permukaan kaca yang lebih dingin.

Kaca tersebut dimiringkan sedikit 10 derajat untuk memungkinkan embunan mengalir

karena gaya berat menuju ke saluran penampungan yang selanjutnya dialirkan ke tangki

penyimpanan.

8

c. Penerangan Ruangan

Teknik pemanfaatan energi matahari yang banyak dipakai saat ini adalah penerangan

ruangan. Dengan teknik ini pada siang hari lampu pada bangunan tidak perlu dinyalakan

sehingga menghemat penggunaan listrik untuk penerangan. Teknik ini dilaksanakan

dengan mendesain bangunan yang memungkinkan cahaya matahari bisa masuk dan

menerangi ruangan dalam bangunan.

d. Kompor Matahari

Prinsip kerja dari kompor matahari adalah dengan memfokuskan panas yang diterima

dari matahari pada suatu titik menggunakan sebuah cermin cekung besar sehingga

didapatkan panas yang besar yang dapat digunakan untuk menggantikan panas dari

kompor minyak atau kayu bakar.

e. Pengeringan Hasil Pertanian

Hal ini biasanya dilakukan petani di desa-desa daerah tropis dengan menjemur hasil

panennya dibawah terik sinar matahari. Cara ini sangat menguntungkan bagi para petani

karena mereka tidak perlu mengeluarkan biaya untuk mengeringkan hasil panennya.

Berbeda dengan petani di negara-negara empat musim yang harus mengeluarkan biaya

untuk mengeringkan hasil panennya dengan menggunakan oven yang menggunakan

bahan bakar fosil maupun menggunakan listrik.

B. Panel Surya (Solar Cell)

1. Pengertian Panel Surya (Solar Cell)

Panel surya atau solar cell adalah alat untuk mengkonversi tenaga matahari menjadi

energi listrik. Sel surya tersebut dari potongan silikon yang sangat kecil dengan dilapisi

bahan kimia khusus untuk membentuk dasar dari sel surya. Sel surya pada

umumnya memiliki ketebalan minimum 0,3 mm yang terbuat dari irisan bahan

semikonduktor dengan kutub positif dan negatif. Tiap sel surya biasanya

menghasilkan tegangan 0,5 volt (Ginting, 2009).

Sel Surya merupakan elemen aktif (semi konduktor) yang memanfaatkan efek

fotovoltaik (photovoltaic) untuk merubah energi surya menjadi energi listrik.

Photovoltaic (PV) adalah piranti semikonduktor yang dapat merubah cahaya secara

lansung menjadi menjadi arus listrik searah (DC) dengan menggunakan kristal silikon

(Si) yang tipis. PV biasanya dikemas dalam sebuah unit yang disebut modul. Dalam

sebuah modul surya terdiri dari banyak sel surya yang bisa disusun secara seri

maupun paralel.

9

Bagian paling penting dari sel surya lapisan semikonduktor. Selain bahan

semikonduktor, sel surya terdiri dari grid atas logam atau kontak listrik lainnya untuk

mengumpulkan elektron dari semikonduktor dan mentransfernya ke beban eksternal, dan

lapisan kontak kembali untuk menyelesaikan sirkuit listrik. Kontak listrik logam harus

tahan oksidasi untuk memperpanjang umur sel. Di bagian atas sel lengkap biasanya

penutup kaca atau jenis enkapsulan transparan ditempatkan untuk menutup sel dan

menjaga kelembaban dan puing-puing (Ghosh and prelas, 2010). Solar cell dapat dilihat

pada Gambar 1.

Gambar 1. Skema Solar Cell

Posisi ideal panel surya adalah menghadap langsung ke sinar matahari (untuk

memastikan efisiensi maksimum). Panel surya modern memiliki perlindungan 

overheating yang baik dalam bentuk semen konduktif termal. Perlindungan  overheating 

penting dikarenakan panel surya mengkonversi kurang dari 20% dari energi surya yang

ada menjadi listrik, sementara sisanya akan terbuang sebagai panas, dan tanpa

perlindungan yang memadai kejadian overheating dapat  menurunkan efisiensi panel surya

secara signifikan.

Pada tengah hari yang cerah radiasi sinar matahari mampu mencapai 1000 watt

permeter persegi. Jika sebuah piranti semikonduktor seluas satu meter persegi memiliki

efisiensi 10 persen, maka modul sel surya ini mampu memberikan tenaga listrik sebesar

10

100 watt. Saat ini modul sel surya komersial memiliki efisiensi berkisar antara 5 hingga 15

persen tergantung material penyusunnya. Tipe silikon kristal merupakan jenis piranti sel

surya yang memiliki efisiensi tinggi meskipun biaya pembuatannya relatif lebih mahal

dibandingkan jenis sel surya lainnya

2. Jenis-jenis Sel Surya

a. Monocrystallne

Jenis ini terbuat dari batangan kristal yang diiris tipis–tipis. Karena sel surya berasal

dari satu induk batangan kristal, maka setiap potongan memiliki karakteristik yang identik

dengan yang lainnya. Sehingga efisiensi monocrystalline mampu mencapai 15 – 20 %.

Kelemahan dari sel surya tipe monocrystalline adalah potongan dari setiap sel suryanya

berupa segi 6, 8 atau bulat. Sehingga apabila disusun bersama sel surya yang lainnya akan

membentuk ruang kosong.

b.  Polycrystalline

Jenis ini terbuat dari beberapa batang kristal silikon yang dilebur kemudian dituang

dalam cetakan yang umumnya berbentuk persegi. Kemurnian kristal silikon

polycrystalline tidak setinggi monocrystalline. Efisiensinya sekitar 13 – 16 %, tetapi

dengan potongan yang berbentuk persegi, polycrystalline dapat disusun lebih rapat

daripada monocrystalline, sehingga  mengurangi ruang–ruang kosong antar sel surya.

Proses pembuatan polycrystalline

c. Armophous Silicon (a-Si)

Solar sel jenis ini ada pada mainan anak – anak, jam tangan, kalkulator dan perangkat

elektronik yang non-vital. Efisiensinya rendah sekitar 6 – 8%

d. Cadmium Tellruride (CdTe)

Sel surya jenis ini mengandung bahan Cadmium Telluride yang memiliki efisiensi

lebih tinggi dari sel surya Amorphous Silicon, yaitu sekitar: 9% - 11%.

e. Copper Indium Gallium Selenide (CIGS)

Dibandingkan kedua jenis sel surya thin film di atas, CIGS sel surya memiliki

efisiensi paling tinggi yaitu sekitar 10% - 12%. Selalin itu jenis ini tidak mengandung

bahan berbahaya Cadmium seperti pada sel surya CdTe.

3. Karakteristik Solar Cell

Sel Surya diproduksi dari bahan semikonduktor yaitu silikon yang berperan

sebagai insulator pada temperatur rendah dan sebagai konduktor bila ada energi dan

panas. Sebuah silikon sel surya adalah sebuah diode yang terbentuk dari 3 lapisan atas

11

silikon tipe n (silicon doping of“phosphorous”), dan lapisan bawah silikon tipe p (silicon

doping of “boron”). Elektron-elektron bebas terbentuk dari milion photon atau

benturan atom pada lapisan penghubung (junction=0.2-0.5 mikron) menyebabkan

terjadinya aliran listrik.

Sebuah sel surya dalam menghasilkan energi listrik (energi sinar matahari

menjadi photon) tidak tergantung pada besaran luas bidang silikon, dan secara

konstan akan menghasilkan energi berkisar ± 0.5 volt-max. 600 mV pada 2 amp, dengan

kekuatan radiasi solar matahari 1000 W/m² = ”1 Sun” akan menghasilkan arus listrik (I)

sekitar 30 mA/cm² per sel surya. Pada Gambar 3 dibawah yang menggambarkan keadaan

sebuah sel surya beroperasi secara normal. Sel surya akan menghasilkan energi

maksimum jika nilai Vm dan Im juga maksimum. Sedangkan Isc adalah arus listrik

maksimum pada nilai volt= nol; Isc berbanding langsung dengan tersedianya sinar

matahari. Voc adalah volt maksimum pada nilai arus nol; Voc naik secara logaritma

dengan peningkatan sinar matahari, karakter ini yang memungkinkan sel surya untuk

mengisi accu.

Gambar 2. Rangkaian Persamaan Sel Surya

Persaman dari rangkaian Gambar 2 adalah:

Keterangan:Io : Arus saturasi reserver (Ampere)n : faktor ideal dioda (bernilai 1 untuk dioda ideal)q : pengisisan electron ( 1602. 10-19 C)k : konstanta Boltzaman ( 13806.10-23 J.K-1)t : temperatur solar sel ( o K)

12

Gambar 3. Kurva I-V

Keterangan:Isc : Short-circuit currentVsc : Open-circuit voltageVm : Voltage maksimum powerIm : Current maksimum powerPm : Power maksimum-output dari PV array (watt)

Sebuah Sel surya dapat beroperasi secara maksimum jika temperatur sel tetap

normal (pada 25 derajat celsius), kenaikan temperatur lebih tinggi dari temperatur

normal pada PV sel akan melemahkan voltage (Voc). Setiap kenaikan temperatur sel

surya 1 derajat celsius (dari 25 derajat) akan berkurang sekitar 0.4 % pada total

tenaga yang dihasilkan 8 atau akan melemah 2x lipat untuk kenaikkan temperatur sel per

10 derajat C. Gambar 4 merupakan grafik pengaruh temperatur pada solar cell dalam °C.

Gambar 4. Grafik Arus Terhadap Temperatur

Radiasi solar matahari di bumi dan berbagai lokasi bervariabel, dan sangat

tergantung keadaan spektrum solar ke bumi. Insolation solar matahari akan banyak

13

berpengaruh pada current (I) sedikit pada volt. Gambar 5 merupakan grafik

pengaruh temperatur pada solar cell dalam W/m2.

Gambar 5. Grafik Arus Terhadap Tegangan

Kecepatan tiup angin disekitar lokasi PV array dapat membantu mendinginkan

permukaan temperatur kaca-kaca PV array. Keadaan atmosfir bumi berawan,

mendung, jenis partikel debu udara, asap, uap air udara, kabut dan polusi sangat

mementukan hasil maksimum arus listrik dari deretan PV.

4. Jenis-jenis kolektor surya

Kolektor surya dapat didefinisikan sebagai sistem perpindahan panas yang

menghasilkan energi panas dengan memanfaatkan radiasi sinar matahari sebagai sumber

energi utama. Ketika cahaya matahari menimpa absorber pada kolektor surya, sebagian

cahaya akan dipantulkan kembali ke lingkungan, sedangkan sebagian besarnya akan

diserap dan dikonversi menjadi energi panas, lalu panas tersebut dipindahkan kepada

fluida yang bersirkulasi di dalam kolektor surya untuk kemudian dimanfaatkan guna

berbagai aplikasi. Kolektor surya yang pada umumnya memiliki komponen-komponen

utama, yaitu Cover berfungsi untuk mengurangi rugi panas secara konveksi menuju

lingkungan, Absorber berfungsi untuk menyerap panas dari radiasi cahaya matahari,

Kanal berfungsi sebagai saluran transmisi fluida kerja, Isolator berfungsi meminimalisasi

kehilangan panas secara konduksi dari absorber menuju lingkungan, Frame berfungsi

sebagai struktur pembentuk dan penahan beban kolektor (Gurning, 2010).

Jenis-jenis kolektor surya antara lain:

14

a. Kolektor Surya Prismatik

Kolektor surya tipe prismatik adalah kolektor surya yang dapat menerima energi

radiasi dari segala posisi matahari. kolektor jenis ini juga dapat digolongkan dalam

kolektor plat datar dengan permukaan kolektor berbentuk prisma yang tersusun dari

empat bidang yang berbentuk prisma, dua bidang berbentuk segitiga sama kaki dan dua

bidang berbentuk segi empat siku–siku.sehingga dapat lebih optimal proses penyerapan.

Gambar 6. Skema sistem kolektor surya prismatic

b. Kolektor Surya Plat Datar

Kolektor surya tipe plat datar adalah tipe kolektor surya yang dapat menyerap energi

matahari dari sudut kemiringan tertentu sehingga pada proses penggunaannya dapat lebih

mudah dan lebih sederhana. Kolektor surya merupakan sebuah alat yang digunakan untuk

memanaskan fluida kerja yang mengalir kedalamnya dengan mengkonversikan energi

radiasi matahari menjadi panas. Fluida yang dipanaskan berupa cairan minyak, oli, dan

udara kolektor surya plat datar mempunyai temperatur keluaran dibawah 95°C. dalam

aplikasinya kolektor plat datar digunakan untuk memanaskan udara dan air. Keuntungan

utama dari sebuah kolektor surya plat datar adalah bahwa memanfaatkan kedua

komponen radiasi matahari yaitu melalui sorotan langsung dan sebaran, tidak

memerlukan tracking matahari dan juga karena desainnya yang sederhana, hanya sedikit

memerlukan perawatan dan biaya pembuatan yang murah. Tipe ini dirancang untuk

aplikasi yang membutuhkan energi panas pada temperatur di bawah 100°C. Spesifikasi

tipe ini dapat dilihat dari absorbernya yang berupa plat datar yang terbuat dari material

dengan konduktivitas termal tinggi, dan dilapisi dengan cat berwarna hitam. Kolektor plat

15

datar memanfaatkan radiasi matahari langsung dan terpencar (beam dan diffuse), tidak

membutuhkan pelacak matahari, dan hanya membutuhkan sedikit perawatan.

Gambar 7. Kolektor plat surya datar

c. Concentrating Collectors

Jenis ini dirancang untuk aplikasi yang membutuhkan energi panas pada temperature

antara 100° – 400°C. Kolektor surya jenis ini mampu memfokuskan energi radiasi cahaya

matahari pada suatu receiver, sehingga dapat meningkatkan kuantitas energi panas yang

diserap oleh absorber. Spesifikasi jenis ini dapat dikenali dari adanya komponen

konsentrator yang terbuat dari material dengan transmisivitas tinggi. Berdasarkan

komponen absorbernya jenis ini dikelompokan menjadi dua jenis yaitu Line Focus dan

Point Focus. Agar cahaya matahari selalu dapat difokuskan terhadap tabung absorber,

concentrator harus dirotasi. Pergerakan ini disebut dengan tracking. Temperatur fluida

melebihi 4000C dapat dicapai pada sistem kolektor ini.

Gambar 8. Concentrating collector

16

d. Evacuated Tube Collectors

Jenis ini dirancang untuk menghasilkan energi panas yang lebih tinggi dibandingkan

dengan dua jenis kolektor surya sebelumnya. Keistimewaannya terletak pada efisiensi

transfer panasnya yang tinggi tetapi faktor kehilangan panasnya yang relatif rendah. Hal

ini dikarenakan fluida yang terjebak diantara absorber dan covernya dikondisikan dalam

keadaan vakum, sehingga mampu meminimalisasi kehilangan panas yang terjadi secara

konveksi dari permukaan luar absorber menuju lingkungan.

Gambar 9. Evacuated tube collector

5. Daya dan Efisiensi

Sebelum mengetahui daya sesaat yang dihasilkan kita harus mengetahui energi

yang diterima, dimana energi tersebut adalah perkalian intensitas radiasi yang diterima

dengan luasan dengan persaman:

Keterangan:: Intensitas radiasi matahari (W/m2)

A : Luas Permukaan (m2)

Sedangkan untuk besarnya daya sesaat yaitu perkalian tegangan dan arus yang

dihasilkan oleh sel fotovoltaik dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:

Keterangan:P : Daya (Watt),V : Beda potensial (Volt)I : Arus (Ampere)

17

Radiasi surya yang mengenai sel fotovoltaik dengan menggunakan alat

pyranometer adalah dalam satuan mV sehingga harus dikonversikan menjadi W/m2 ,

persamaan yang digunakan adalah:

Efisiensi yang terjadi pada sel surya adalah merupakan perbandingan daya yang

dapat dibangkitkan oleh sel surya dengan energi input yang diperoleh dari sinar matahari.

Efisiensi yang digunakan adalah efisiensi sesaat pada pengambilan data.

6. Parameter Solar Cell

Pengoperasian maksimum Sel Surya sangat tergantung pada :

a. Ambient air temperature

Sebuah Sel Surya dapat beroperasi secara maksimum jika temperatur sel tetap

normal (pada 25 derajat Celsius), kenaikan temperatur lebih tinggi dari temperatur normal

pada PV sel akan melemahkan voltage (Voc). Setiap kenaikan temperatur sel surya 1°C

(dari 25 derajat) akan berkurang sekitar 0.4% pada total tenaga yang dihasilkan atau akan

melemah 2x lipat untuk kenaikkan temperatur Sel per 10°C.

b. Radiasi solar matahari (insolation)

Radiasi solar matahari di bumi dan berbagai lokasi bervariabel, dan sangat

tergantung keadaan spektrum solar ke bumi. Insolation solar matahari akan banyak

berpengaruh pada current (I) sedikit pada volt

c. Kecepatan angin bertiup

Kecepatan tiup angin disekitar lokasi PV array dapat membantu mendinginkan

permukaan temperatur kaca-kaca PV array.

d. Keadaan atmosfir bumi

Keadaan atmosfir bumi berawan, mendung, jenis partikel debu udara, asap, uap air

udara, kabut dan polusi sangat mementukan hasil maksimum arus listrik dari deretan PV.

e. Orientasi panel atau array PV

Orientasi dari rangkaian PV (array) ke arah matahari secara optimum adalah

penting agar panel/deretan PV dapat menghasilkan energi maksimum. Selain arah

orientasi, sudut orientasi (tilt angle) dari panel/deretan PV juga sangat mempengaruhi

hasil energi maksimum. Untuk lokasi yang terletak di belahan utara latitude, maka

panel/deretan PV sebaiknya diorientasikan ke selatan. Orientasi ke timur—barat

18

walaupun juga dapat menghasilkan sejumlah energi dari panel-panel/ deretan PV,

tetapi tidak akan mendapatkan energi matahari optimum. Posisi letak sel surya

(array) terhadap matahari (tilt angle/sudut orientasi matahari). Mempertahankan

sinar matahari jatuh ke sebuah permukaan panel PV secara tegak lurus akan

mendapatkan energi maksimum 1000 W/m2 atau 1 kW/m2. Apabila tidak dapat

mempertahankan ketegaklurusan antara sinar matahari dengan bidang PV, maka

ekstra luasan bidang panel PV dibutuhkan (bidang panel PV terhadap sun altitude

yang berubah setiap jam dalam sehari).

C. Bagian-bagian dan Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)

1. Bagian-bagian PLTS

Bagian-bagian pembangkit listrik tenaga surya, antara lain: (1) Modul sel surya terdiri

dari beberapa jenis ada yang berkapasitas 20 Wp, 30 Wp, 50 Wp, 100 Wp. (2) Pengatur

pengisian muatan baterai, berfungsi untuk mengatur besarnya arus listrik yang dihasilkan

oleh modul PV agar penyimpanan ke baterei sesuai dengan kapasitas baterei. (3) Charge

controller, digunakan untuk mengatur pengaturan pengisian baterai. Tegangan maksimun

yang dihasilkan panel surya pada hari yang terik akan menghasilkan tegangan tinggi yang

dapat merusak baterai. (4) Inverter, adalah perangkat elektrik yang mengkonversikan

tegangan searah (DC–direct current) menjadi tegangan bolak balik (AC-alternating

current). (5) Baterai adalah perangkat kimia untuk menyimpan tenaga listrik dari tenaga

surya. Tanpa baterai, energi surya hanya dapat digunakan pada saat ada sinar matahari.

Kapasitas baterei disesuaikan dengan kapasitas modul dan besar daya penggunaan listrik

yang diinginkan. (6) Kabel (wiring), yang merupakan komponen standar sebagai

penghubung tempat mengalirkan arus listrik. (7) Mounting hardware atau framework,

yang merupakan pendukung untuk menempatkan atau mengatur posisi solar panel agar

dapat menerima sinar matahari dengan baik.

2. Prinsip Kerja PLTS

Komponen utama sistem surya fotovoltaik adalah modul yang merupakan unit rakitan

beberapa sel surya fotovoltaik. Modul fotovoltaik tersusun dari beberapa sel fotovoltaik

yang dihubungkan secara seri dan paralel. 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 19

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. Cara kerja photovoltaik diperlihatkan

pada Gambar 6. Pada Gambar 7 diperlihatkan sistem PLTS.

Gambar 10. Cara Kerja Fotovoltaik

Gambar 11. Sistem PLTS

20

Gambar 12. Penggunaan PLTS di rumah

Panel surya/solar cells/solar panel menghasilkan energi listrik tanpa biaya, dengan

mengkonversikan tenaga matahari menjadi listrik. Sel silikon yang disinari matahari/

surya, membuat photon yang menghasilkan arus listrik. Sebuah solar cells menghasilkan

kurang lebih tegangan 0.5 Volt. Jadi sebuah panel surya 12 Volt terdiri dari kurang lebih

36 sel (untuk menghasilkan 17 Volt tegangan maksimun).

Gambar 13. Diagram PLTS

Dari diagram pembangkit listrik tenaga surya diatas: beberapa panel surya diparalel

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 21

ke kaki negatif charge controller. Tegangan panel surya yang dihasilkan akan digunakan

oleh charge controller untuk mengisi baterai. Untuk menghidupkan beban perangkat AC

(alternating current) seperti televisi, radio, komputer, dll arus baterai disuplai oleh

inverter.

3. Menghitung Kebutuhan Sistem PLTS

Solarsuryaindonesia (2012), menjelaskan mengenai gambaran tentang bagaimana 

perhitungan sistem energi surya/PLTS dibuat. Panel PV menghasilkan arus listrik searah

(DC), yang harus dikonversi ke arus listrik  AC. Sebuah inverter digunakan untuk

mengubah listrik DC menjadi listrik AC untuk menjalankan peralatan rumah tangga

standar yang umumnya bertegangan 220 Volt. Jumlah listrik yang dihasilkan inverter

diukur dalam watt (W). Dengan asumsi efisiensi power inverter 90%; Untuk menentukan

kebutuhan listrik cadangan anda ditentukan oleh dua hal yaitu:

a. Menentukan tipe watt inverter   dengan cara menjumlah beban watt dari perangkat

yang ingin di back up. Daya total ini dihitung dalam Watt/hours, atau total daya yang

digunakan bersamaan setiap jamnya. Contoh: Beban listrik yang ingin di back up oleh

anda sejumlah 450 W/h maka bisa menggunakan inverter 500watt, boleh lebih tetapi

tidak boleh kurang. Dengan mempertimbangkan faktor efisiensi, sebaiknya daya watt

inverter mendekati daya watt beban.

b. Menentukan baterai   yang digunakan untuk lama waktu back up.. Contoh rumus :

Aki mobil 12Volt 100Ah dan total beban 400 watt/jam Maka rumusnya adalah,

12 Volt dikali 100Ah =1200watt/jam dibagi Beban 400watt = 3 jam.

Contoh daya listrik digunakan untuk kebutuhan sebagai berikut: 1 unit Kulkas 100

Watt dipakai 24 Jam =2400 Wh, 1 unit LCD 32″ 80 Watt dipakai 5 jam =400 Wh, 10

lampu LED 7 Watt dipakai 10 Jam =700 Wh, Total 187 Watt/Hour dan 3500 Wh per hari.

Dari total yang digunakan adalah sebesar 187 Watt per jam. Apabila dijumlah, total

pemakaian listrik per hari adalah 3500 Watt Hour. Gambaran Cara penghitungan

sederhana untuk pemakaian Listrik Tenaga Surya: 3500 Wh : 130 Wp (Bila menggunakan

Tipe Panel Surya 130Wp) = 26, 92. 26,92 unit : 5 jam (Lama pemanasan per hari) =

5.384. 5.384 x 1,5 (Minimal daya Otonomi) = 8 Unit (angka Pembulatan). Listrik yang di

hasilkan adalah: 8 unit x 130 Wp = 1040 Watt per satu jam pemanasan pada puncak

pemanasan (peak). Dalam sehari, kurang lebih bisa menghasilkan listrik sebesar 1040 Wp

x 5 jam Pemanasan = 5200 Wh. Jadi untuk beban listrik terpasang, setara dengan

kapasitas 1040 Wp atau 5200 Wh menggunakan 8 unit panel tipe 130 Wp dan unit

22

penyimpan daya (baterai) berkapasitas 12V 100 Ah sebanyak 6 unit, satu unit Battery

Charge Control, dan satu unit inverter, bracket, panel box, box battery, dan peralatan

pendukung lainya. Daya simpan penggunaan solar cell untuk lampu penenrangan terdapat

pada Lampiran 1.

D. Cara Merawat Panel Surya

Pemeliharaan panel surya relatif mudah dan memerlukan biaya rendah mengingat

bahwa panel surya tidak memiliki bagian yang bergerak secara mekanik. Namun,

mempertahankan panel surya tetap di kondisi puncak sangat penting untuk menjaga

kinerja tinggi dari sel fotovoltaik. Cara membersihkan panel surya, yaitu:

a. Installer panel surya 

Sebelum membersihkan panel surya, sangat dianjurkan untuk berkonsultasi dengan

installer atau produsen panel surya tersebut. Produk yang berbeda mungkin memiliki

spesifikasi tertentu terhadap teknik pembersihan atau bahan-bahan pembersih.

b. Waktu yang tepat

Rencanakan membersihkan panel surya pada saat panel surya tidak bekerja/off time,

ini sangat penting karena dua alasan utama: perlu menjaga produksi panel surya tidak

terpengaruh dan kedua, menghindari membersihkan panel surya pada saat sinar matahari

terasa terik. Waktu terbaik untuk membersihkan panel surya adalah di awal pagi atau sore

hari.

c. Menggunakan selang air

Jika panel surya hanya sedikit berdebu, dapat menggunakan selang air biasa dengan

tekanan. Namun ini mungkin tidak memadai bila kotoran atau debu berjumlah banyak.

d. Menggunakan sabun

Untuk menghilangkan debu dan noda berat pada kaca panel surya dapat menggunakan

air sabun hangat, dengan spons atau kain lembut. Yang penting adalah harus

membersihkan permukaan kaca panel surya karena bagian ini yang menghasilkan listrik

dari sinar matahari.

E. Keunggulan dan Kelemahan Panel Surya

Energi matahari menjadi pilihan energi terbarukan yang menarik bagi banyak pemilik

rumah di seluruh dunia. Menurut Indoenergi (2012), beberapa keunggulan dan kelemahan

menggunakan panel surya

23

1. Keunggulan panel surya

a. Panel surya ramah lingkungan dan tidak memberikan kontribusi terhadap perubahan

iklim seperti pada kasus penggunaan bahan bakar fosil karena panel surya tidak

memancarkan gas rumah kaca yang berbahaya seperti karbon dioksida.

b. Panel surya memanfaatkan energi matahari dan matahari adalah bentuk energi paling

berlimpah yang tersedia di planet ini.

c. Panel surya mudah dipasang dan memiliki biaya pemeliharaan yang sangat rendah

karena tidak ada bagian yang bergerak.

d. Panel surya tidak memberikan kontribusi terhadap polusi suara dan bekerja dengan

sangat diam.

e. Banyak negara di seluruh dunia menawarkan insentif yang menguntungkan bagi

pemilik rumah yang menggunakan panel surya. 

f. Harga panel surya terus turun meskipun mereka masih harus bersaing dengan bahan

bakar fosil.

g. Tidak diharuskan membeli semua panel surya yang diperlukan dalam waktu yang

sama, tetapi dapat dibeli secara bertahap yang berarti tidak perlu melakukan investasi

besar secara instan.

h. Panel surya tidak kehilangan banyak efisiensi dalam masa pakai mereka yang

mencapai 20+ tahun.

i. Masa pakainya yang panjang, mecapai 25-30 tahun, menggaransi penggunanya akan

menghemat biaya energi dalam jangka panjang pula.

2. Kelemahan Panel Surya:

a. Panel surya masih relatif mahal, bahkan meskipun setelah banyak mengalami

penurunan harga.

b. Panel surya masih perlu meningkatkan efisiensi secara signifikan karena banyak sinar

matahari terbuang sia-sia dan berubah menjadi panas. Rata-rata panel surya saat ini

mencapai efisiensi kurang dari 20%.

c. Jika tidak terpasang dengan baik dapat terjadi over-heating  pada panel surya.

d. Panel surya terbuat dari beberapa bahan yang tidak ramah lingkungan.

e. Daur ulang panel surya yang tak terpakai lagi dapat menyebabkan kerusakan

lingkungan jika tidak dilakukan dengan hati-hati karena silikon, selenium, kadmium, dan

sulfur heksafluorida (merupakan gas rumah kaca), kesemuanya dapat ditemukan di panel

surya dan bisa menjadi sumber pencemaran selama proses daur ulang.

24

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

Ada manfaat besar dengan memanfaatkan energi surya. Penggunaan energi surya

akan mengurangi kebutuhan energi tak terbarukan, menciptakan lapangan kerja dan

merangsang pertumbuhan ekonomi. Teknologi yang terus berkembang ini hanya akan

bermanfaat bagi planet ini jika mulai menggunakannya. Sistem tenaga surya rumahan

dapat membantu mengurangi biaya energi dengan menggunakan energi surya "gratis"

sebagai pengganti energi "berbayar" yang dibeli dari jaringan listrik (tagihan listrik),

bahkan energi yang dihasilkan matahari dapat memasok sebagian besar kebutuhan

energi rumah tangga.

Manfaat terbesar dari energi surya adalah karena energi ini bebas dari polusi.

Perekonomian dunia sekarang sangat bergantung pada bahan bakar fosil seperti

batubara, minyak bumi dan gas alam. Maka, sudah selayaknya banyak orang yang

harus menggunakan energi terbarukan ini untuk menjaga kelestarian lingkungan dan

memanfaatkan energi surya dengan baik agar dapat menjaga kelestarian lingkungan

dan meminimalisasi polusi.

25

DAFTAR RUJUKAN

Arismunandar, Wiranto. 1985. Teknologi Rekayasa Surya. Jakarta: PT. Pradnya paramita

Daryanto. 2007. Energi Masalah dan Pemanfaatannya Bagi Kehidupan Manusia. Yogyakarta: Pustaka Widyatama

Ginting, Noel Fransiskus. 2009. Studi pengkajian tenaga listrik mikro dari sel surya di daerah yang tidak dijangkau distribusi PLN. Skripsi tidak diterbitkan. Medan:USU

Gurning, Tamba. 2010. Kajian Eksperimental Pengaruh Intensitas Cahaya Dan Laju Aliran Terhadap Efisiensi Termal Dengan Menggunakan Solar Energy Demonstration Tipe LS- 17055-2 Double Spot Light. Skripsi tidak diterbitkan. Medan:USU

Ghosh, K. Thusar and Prelas A. Mark. 2010. Energy Resources and Systems. Springer:New York

Indoenergi. 2012. Energi surya. (online). (http://www.indoenergi.com, diakses 20 februari 2015)

Mulyono, Agus. 2007. Cahaya Diatas Cahaya Kajian Cahaya Perspektif Fisika dan Tasawuf. Malang: UIN Press

Solarsuryaindonesia. 2012. Menghitung Kebutuhan system PLTS. (Online). (http://solarsuryaindonesia.com/panduan/menentukan-kebutuhan-listrik-cadangan, diakses 7 Maret 2015)

26

Lampiran 1

Daya Lampu Waktu Nyala Kebutuhan Daya Kapasitas batteray Daya Simpan Saving(Watt) (Jam) (Watt jam) (Ah) Batteray (W) (Jam)

10 12 120 50 600 36.0

10 12 120 60 720 45.6

10 12 120 65 780 50.4

10 12 120 70 840 55.2

10 12 120 80 960 64.8

20 12 240 50 600 12.0

20 12 240 60 720 16.8

20 12 240 65 780 19.2

20 12 240 70 840 21.6

20 12 240 80 960 26.4

30 12 360 50 600 4.0

30 12 360 60 720 7.2

30 12 360 65 780 8.8

30 12 360 70 840 10.4

30 12 360 80 960 13.6

30 12 360 100 1200 17.1

35 12 420 50 600 1.7

35 12 420 60 720 4.5

35 12 420 65 780 5.8

35 12 420 70 840 7.2

35 12 420 80 960 9.9

35 12 420 100 1200 15.4

40 12 480 50 600 0.0

40 12 480 60 720 2.4

40 12 480 65 780 3.6

40 12 480 70 840 4.8

40 12 480 80 960 7.2

40 12 480 100 1200 12.0

40 12 480 150 1800 24.0

40 12 480 200 2400 36.0

DATA DAYA SIMPAN BATERAI UNTUK KEBUTUHAN LAMPU PENERANGAN

27