Mengenal Pembangkit Listrik Tenaga Surya / Solar Cell

Mengenal Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Dunia Developer Properti tidak bisa lepas dari yang namanya listrik. Tanpa listrik, hunian serasa belum sempurna, karena aneka perabot dan peralatan rumah tangga modern membutuhkan energi listrik sebagai ruh-nya. Sayangnya, di berbagai daerah di negara kita, kebutuhan listriknya masih belum terpenuhi.
Akibat hanya mengandalkan pembangkit berbahan bakar, listrik akhirnya menjadi sesuatu yang mahal. Setiap bulannya anggaran rumah tangga kita mesti menyisihkan bagian untuk membayar tagihan pemakaian listrik. Karena jumlah cadangan bahan bakar dunia yang semakin lama semakin terkuras dan berakibat harganya yang semakin naik, mau tidak mau tarif listrik pun ikut naik. Bagaimana solusinya..?

Seperti kita ketahui, Indonesia memiliki karunia sinar matahari. Hampir di setiap pelosok Indonesia, matahari menyinari sepanjang pagi sampai sore. Nah, energi matahari yang dipancarkan tersebut dapat diubah menjadi energi listrik dengan menggunakan solar cells panel.
Pembangkit listrik tenaga surya bersifat ramah lingkungan, dan sangat menjanjikan. Sebagai salah satu alternatif untuk menggantikan pembangkit listrik menggunakan uap (dengan minyak dan batubara).
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.

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
Solar 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.

Perencanaan 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 cells 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
Untuk instalasi listrik tenaga surya sebagai pembangkit listrik, diperlukan komponen sebagai berikut:
1. Solar panel
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 tegangan 0.5 Volt. Jadi sebuah panel surya 12 Volt terdiri dari kurang lebih 36 sel (untuk menghasilkan 17 Volt tegangan maksimum).                                                   
2. Inverter
Inverter, adalah perangkat elektrik yang mengkonversikan tegangan searah (DC - direct current) menjadi tegangan bolak balik (AC - alternating current).
3. Charge controller
Charge controller, digunakan untuk mengatur pengaturan pengisian baterai. Tegangan maksimun yang dihasilkan solar cells panel pada hari yang terik akan menghasilkan tegangan tinggi yang dapat merusak baterai.
4. Battery
Baterai, adalah perangkat kimia 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 baterai. 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 :
a. Jumlah pemakaian
b. Jumlah baterai
c. Jumlah solar panel
d. 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 cells 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.


Lebih Jauh Tentang Solar Cells (Panel Surya)

Dalam artikel Mengenal Listrik Tenaga Surya, telah kita sebutkan bahwa fungsi solar sel adalah untuk  mengkonversikan tenaga matahari menjadi listrik. Sel surya terbuat 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. Sel surya merupakan elemen aktif (Semikonduktor) yang memanfaatkan efek fotovoltaik untuk merubah energi surya menjadi energi listrik.

Pada sel surya terdapat sambungan ( junction ) antara dua lapisan tipis yang terbuat dari bahan semikonduktor yang masing-masing diketahui sebagai semikonduktor jenis “P” ( positif )  dan  semikonduktor  jenis  “N” ( negatif ). Semikonduktor jenis-N dibuat dari kristal silikon dan terdapat juga sejumlah material lain ( umumnya posfor ) dalam batasan bahwa material tersebut dapat memberikan suatu kelebihan elektron bebas.
Elektron adalah partikel sub atom yang bermuatan negatif, sehingga silikon paduan dalam hal ini disebut sebagai semikonduktor jenis-N ( Negatif ). Semikonduktor jenis-P juga terbuat dari kristal silikon yang didalamnya terdapat sejumlah kecil materi lain ( umumnya boron ) yang mana menyebabkan material tersebut kekurangan satu elektron bebas. Kekurangan atau hilangnya elektron ini disebut lubang ( hole ). Karena tidak ada atau kurangnya elektron yang bermuatan listrik negatif maka silikon paduan dalam hal ini sebagai semikonduktor jenis-P ( Positif ).
Karena solar cell terdiri dari photovoltaic yang menghasilkan listrik dari intensitas cahaya, maka saat intensitas cahaya berkurang (berawan, hujan, mendung) arus listrik yang dihasilkan juga akan berkurang.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 maksimum). Dengan menambah panel surya / solar cell (memperluas) berarti menambah konversi tenaga surya. Umumnya panel surya / solar cell dengan ukuran tertentu memberikan hasil tertentu pula.
Solar cells panel module memiliki kapasitas output: Watt hour. Solar cell 50 WP 12 V, memberikan output daya sebesar 50 Watt per hour dan tegangan adalah 12 Volt. Untuk perhitungan daya yang dihasilkan per hari adalah 50 Watt x 5 jam (maximun peak intensitas matahari).
Bila kita membutuhkan daya listrik Alternating Current sebesar 2000W selama 10 jam per hari (20KWh/hari) maka dibutuhkan 24 panel sel surya dgn kapasitas masing-masing 210WP dan 30 aki @12V 100Ah. Ini berdasarkan perhitungan energi surya dari jam 7 pagi s/d jam 5 sore (10 jam) dan asumsi konversi energi minimal 4 jam sehari.

Jenis Panel Solar Sel
Ada beberapa jenis panel solar sel, antara lain :
Polikristal (Poly-crystalline)
Merupakan solar cells panel yang memiliki susunan kristal acak. Type Polikristal memerlukan luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan jenis monokristal untuk menghasilkan daya listrik yang sama, akan tetapi dapat menghasilkan listrik pada saat mendung.
Monokristal (Mono-crystalline)
Merupakan panel yang paling efisien, menghasilkan daya listrik persatuan luas yang paling tinggi. Memiliki efisiensi sampai dengan 15%. Kelemahan dari panel jenis ini adalah tidak akan berfungsi baik ditempat yang cahaya mataharinya kurang (teduh), efisiensinya akan turun drastis dalam cuaca berawan.
Amorphous
Silikon amosphous (a-Si) digunakan sebagai bahan baku solar cells panel untuk kalkulator pada waktu tertentu. Meskipun kinerjanya rendah daripada solar cells c-Si  (crystaline) tradisional, hal ini tidak terlalu penting dalam kalkulator, yang menggunakan tenaga yang sangat minim.
Saat ini, perkembangan pada teknik a-Si membuat mereka menjadi lebih efektif untuk area yang luas yang digunakan solar cells panel. Efisiensi tinggi dapat dicapai dengan penyusunan beberapa layar sel a-Si yang tipis di bagian atas satu sama lain, setiap rangkaian diatur untuk bekerja dengan pada frekuensi cahaya tertentu. Pendekatan ini tidak berlaku untuk sel c-Si, dimana sangat tebal sebagai hasil dari teknik pembangunan dan buram, menghalangi cahaya pada lapisan di tiap susunan.
Keuntungan dasar dari a-Si dalam skala produksi yang besar bukan pada efisiensi , tetapi pada biaya. Sel a-Si menggunakan sekitar 1% silikon daripada sell c-Si, dan biaya untuk silikon adalah faktor terbesar dalam biaya sel.

Penggunaan Solar Sel di Rumah
Dalam penggunaan panel surya / solar cell untuk  membangkitkan listrik di rumah, ada beberapa hal yang perlu kita  pertimbangkan karena karakteristik dari panel surya / solar cell :
  1. Panel surya / solar cell memerlukan sinar matahari.
  2. Tempatkan panel surya / solar cell pada posisi dimana tidak terhalangi oleh objek sepanjang pagi sampai sore.
  3. Panel surya - solar cell menghasilkan listrik arus searah DC.
  4. Untuk efisiensi yang lebih tinggi, gunakan lampu DC seperti lampu LED.
  5. Instalasi kabel baru khusus untuk arus searah DC untuk perangkat berikut ini misalnya: lampu penerangan berbasis LED (Light Emiting Diode), kamera CCTV, wifi (wireless fideliity), dll.
  6. Kalau kita membuat rumah baru, disarankan untuk  menggunakan PLN dan panel surya  / solar cell. Panel surya / solar cell digunakan untuk sebagian penerangan (dalam hal ini menggunakan arus searah DC) dan PLN untuk perangkat arus bolak balik AC seperti: Air Conditioning, Lemari Es, sebagian penerangan dll.
  7. Bila listrik DC yang tersimpan dalam aki ingin digunakan untuk menyalakan perangkat AC seperti : pompa air, kulkas, dsbnya maka diperlukan inverter yang dapat mengubah listrik DC menjadi AC. Sesuaikan kebutuhan daya yang dibutuhkan dengan panel sel surya, inverter, aki.

Mengenal Inverter

Sebagaimana saya bahas sebelumnya, untuk membuatPembangkit Listrik Tenaga Surya yang mengandalkan energi gratis dari matahari ada 4 perangkat yang diperlukan, yaitu Solar Panel, Inverter, Charge Controller dan Battery. Perangkat pertama telah saya bahas dalam artikel Lebih Jauh Tentang Solar Cell, sekarang mari kita bahas perangkat kedua, yaitu Inverter.

Apa Itu Inverter?
Sinewave Inverter

Inverter adalah perangkat elektrik yang digunakan untuk mengubah arus listrik searah (DC) menjadi arus listrik bolak balik (AC). Inverter mengkonversi DC dari perangkat seperti batere, panel surya/solar cell menjadi AC. Penggunaan inverter dari dalam Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) adalah untuk perangkat yang menggunakan AC (Alternating Current).

Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan inverter:
  1. Kapasitas beban dalam Watt, usahakan memilih inverter yang beban kerjanya mendekati dgn beban yang hendak kita gunakan agar effisiensi kerjanya maksimal
  2. Input DC 12 Volt atau 24 Volt
  3. Sinewave ataupun square wave output AC
  4. Apakah Sinewave atau Squarewave

True sinewave inverter diperlukan terutama untuk beban-beban yang masih menggunakan motor agar bekerja lebih mudah, lancar dan tidak cepat panas. Oleh karena itu dari sisi harga maka true sinewave inverter adalah yang paling mahal diantara yang lainnya karena dialah yang paling mendekati bentuk gelombang asli dari jaringan listrik PLN.
Dalam perkembangannya di pasaran juga beredar modified sinewave inverter yang merupakan kombinasi antara squarewave dan sinewave.  Bentuk gelombangnya bila dilihat melalui oscilloscope berbentuk sinus dengan ada garis putus-putus di antara sumbu y=0 dan grafik sinusnya.  Perangkat yang menggunakan kumparan masih bisa beroperasi dengan modified sinewave inverter, hanya saja kurang maksimal. Sedangkan pada square waveinverter beban-beban listrik yang menggunakan kumparan / motor tidak dapat bekerja sama sekali.
Selain itu dikenal juga istilah Grid Tie Inverter yang merupakan special inverter yang biasanya digunakan dalam sistem energi listrik terbarukan, yang mengubah arus listrik DC menjadi AC yang kemudian diumpankan ke jaringan listrik yang sudah ada. Grid Tie Inverter juga dikenal sebagai synchronous inverter dan perangkat ini tidak dapat berdiri sendiri, apalagi bila jaringan tenaga listriknya tidak tersedia.  Dengan adanya grid tie inverter kelebihan KWh yang diperoleh dari sistem PLTS ini bisa disalurkan kembali ke jaringan listrik PLN untuk dinikmati bersama dan sebagai penggantinya besarnya KWh yang disuplai harus dibayar PLN ke penyedia PLTS, tentunya dengan tarif yang telah disepakati sebelumnya.  Sayangnya sampai sekarang ketentuan tarif semacam ini masih terus digodok seiring dengan aturan mengenai listrik swasta.
Kerugian/loss yang terjadi pada inverter biasanya berupa dispasi daya dalam bentuk panas.  Effisiensi tertinggi dipegang oleh grid tie inverter yang diklaim bisa mencapai 95-97% bila beban outputnya hampir mendekati rated bebannya.  Sedangkan pada umumnya effisiensi inverter adalah berkisar 50-90% tergantung dari beban outputnya. Bila beban outputnya semakin mendekati beban kerja inverter yang tertera maka effisiensinya semakin besar, demikian pula sebaliknya.  Modified sine wave inverter ataupun square wave inverter bila dipaksakan untuk beban-beban induktif maka effisiensinya akan jauh berkurang dibandingkan dengan true sine wave inverter.  Perangkatnya akan menyedot daya 20% lebih besar dari yang seharusnya.

Data Pemakaian dengan menggunakan Inverter 1000W:
  1. Apabila memakai Accu 12V 50A beban 300w bisa tahan 4 jam dengan masa charge accu 4 jam.
  2. Apabila memakai Accu 12V 60A beban 300w bisa tahan 5 jam dengan masa charge accu 5 jam.
  3. Apabila memakai Accu 12V 80A beban 300w bisa tahan 7 jam dengan masa charge accu 7 jam.

Grid Tie Inverter (GTI)
Grid Tie Inverter (GTI) adalah tipe khusus dari inverter yang mengubah arus searah listrik  (DC) menjadi arus bolak balik (AC) dan feed menjadi sebuah jaringan listrik yang ada. Hal ini diperlukan jika Anda menginginkan sistem energi terbarukan yang handal yang menggabungkan energi surya dan muatan arus bolak balik.
GTI sering digunakan untuk mengubah arus searah yang diproduksi oleh sumber energi yang dapat diperbaharui seperti solar panel atau turbin angin menjadi arus alternatif untuk menerangi rumah dan berbagai macam bisnis. Nama teknik untuk grid-tie inverter adalah "inverter grid-interaktif" atau inverter sinkron. Inverter Grid-interaktif tidak dapat digunakan dalam aplikasi standalone yang tidak terdapat aliran listrik.
Tugas lain yang harus dilakukan grid tie inverter adalah proses metering bersih. Metode metering bersih ini akan memungkinkan Anda untuk meyimpan sedikit energi pada listrik. Pemeliharaan menjadi lebih mudah karena tidak menggunakan baterai. GTIs akan dimatikan otomatis jika tidak ada saat diindentifikasi. Grid-tie inverter dirancang untuk memutuskan sambungan dari kotak jika grid utilitas turun. Jika terjadi pemadaman, maka grid-tie inverter akan mencegah energi yang dihasilkan yang dapat merugikan pekerja. GTIs yang digunakan dengan baterai disebut inverter multi fungsi. Grid energi terbarukan terdiri dari banyak bagian penting yang berbeda tetapi bagian yang jauh lebih penting dan mutlak bagi sistem adalah grid tie inverter. Tanpa grid tie inverter sistem tidak dapat bekerja dengan baik.
Grid tie inverter yang tersedia di pasaran saat ini menggunakan teknologi yang berbeda, yaitu menggunakan frekuensi yang lebih tinggi transformator, konvensional frekuensi rendah transformator, transformator atau tidak. Grid-tie inverter termasuk tracker titik maksimum power pada sisi input yang memungkinkan inverter untuk mengambil jumlah yang optimal dari sumber daya listrik tertentu.

developerdankontraktor.blogspot.co.id

Postingan populer dari blog ini

Contoh cara perhitungan struktur perencanaan jembatan prategang / cable stayed (STRUKTUR ATAS)

Teknik Finishing dinding dengan Beton expose