BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja atau usaha. Energi mempunyai

peranan penting dalam pencapaian tujuan ekonomi dan lingkungan untuk pembangunan

berkelanjutan, serta merupakan pendukung bagi kegiatan ekonomi nasional. Penggunaan

energi di Indonesia meningkat pesat sejalan dengan pertumbuhan ekonomi dan pertambahan

penduduk. Sedangkan, akses energi yang andal dan terjangkau merupakan pra-syarat utama

untuk meningkatkan standar hidup masyarakat.

Untuk memenuhi kebutuhan energi yang terus meningkat tersebut, dikembangkan

berbagai energy alternative, diantaranya energi terbarukan. Potensi energi terbarukan, seperti

biomassa, panas bumi, energi matahri, energi air, energi angin dan energi samudera, sampai

saat ini belum banyak dimanfaatkan, padahal potensi energi terbarukan di Indonesia

sangatlah besar.

Jika kita melihat tingkat konsumsi energi di seluruh dunia saat ini, penggunaan energi

diprediksikan akan meningkat sebesar 70% antara tahun 2000 sampai 2030. Sumber energi

yang berasal dari fosil, yang saat ini menyumbang 87,7% dari total kebutuhan energi dunia

diperkirakan akan mengalami penurunan disebabkan tidak lagi ditemukannya sumber

cadangan baru.

Cadangan sumber energi yang berasal dari fosil diseluruh dunia diperkirakan hanya

sampai 40 tahun untuk minyak bumi, 60 tahun untuk gas alam, dan 200 tahun untuk batu

bara. Kondisi keterbatasan sumber energi di tengah semakin meningkatnya kebutuhan energi

dunia dari tahun ketahun (pertumbuhan konsumsi energi tahun 2004 saja sebesar 4,3 persen),

serta tuntutan untuk melindungi bumi dari pemanasan global dan polusi lingkungan membuat

tuntutan untuk segera mewujudkan teknologi baru bagi sumber energi yang terbaharukan.

Di antara sumber energi terbaharukan yang saat ini banyak dikembangkan seperti

turbin angin, tenaga air (hydro power), energi gelombang air laut, tenaga surya, tenaga panas

bumi, tenaga hidrogen, dan bio-energi, tenaga surya atau solar sel merupakan salah satu

sumber yang cukup menjanjikan.

Energi yang dikeluarkan oleh sinar matahari sebenarnya hanya diterima oleh

permukaan bumi sebesar 69 persen dari total energi pancaran matahari. Suplai energi surya

1

dari sinar matahari yang diterima oleh permukaan bumi sangat luar biasa besarnya yaitu

mencapai 3 x 1024 joule pertahun, energi ini setara dengan 2 x 1017 Watt.

Jumlah energi sebesar itu setara dengan 10.000 kali konsumsi energi di seluruh dunia

saat ini. Dengan kata lain, dengan menutup 0,1% saja permukaan bumi dengan divais solar sel

yang memiliki efisiensi 10% sudah mampu untuk menutupi kebutuhan energi di seluruh dunia

saat ini.

1.2 Perumusan Masalah

1. Apa yang dimaksud dengan energi matahari?

2. Bagaimana pemanfaatan energi matahari?

3. Bagaimana pengaruh pemanfaatan energi matahari dengan menggunakan sel

photovoltaic terhadap lingkungan?

1.3 Tujuan

1. Untuk mengetahui yang dimaksud dengan energi matahari.

2. Untuk mengetahui perkembangan pemanfaatan energi surya.

3. Untuk mengetahui pengaruh pemanfaatan energi matahari dengan menggunakan sel

photovoltaic terhadap lingkungan?

1.4 Manfaat

Manfaat yang diharapkan dari penulisan makalah ini adalah:

1. Bagi pembaca dapat mengetahui pengertian dan pemamfaatan energi matahari

2. Bagi penulis dapat menjadi bahan latihan untuk menganalisis dan menulis sebuah

makalah.

2

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Energi Surya Langsung

Pengertian dari pemanfaatan energi matahari langsung dapat dibedakan dengan tiga

cara, cara pertama adalah prinsip pemanasan langsung. Dalam hal ini sinar matahari

memanasi langsung benda yang akan dipanaskan, atau secara langsung memanasi medium,

misalnya air yang akan dipanaskan. Cara kedua, benda yang dipanaskan dalam air, tetapi

panas yang terkandung didalam air akan dikonversikan menjadi energi listrik. Sedangkan cara

ketiga adalah photovoltaik. Dengan cara ini energi sinar matahari langsung dikonversikan

menjadi energi listrik (Gunadarma.ac.id).

2.2 Teknologi Energi Surya

Untuk memanfaatkan potensi energi surya tersebut, ada 2 (dua) macam teknologi yang

sudah diterapkan, yaitu:

a. Teknologi energi surya fotovoltaik, energi surya fotovoltaik digunakan untuk

memenuhi kebutuhan listrik, pompa air, televisi, telekomunikasi, dan lemari pendingin

di Puskesmas dengan kapasitas 6 total ± MW.

b. Teknologi energi surya termal, energi surya termal pada umumnya digunakan untuk

memasak (kompor surya), mengeringkan hasil pertanian (perkebunan, perikanan,

kehutanan, tanaman pangan) dan memanaskan air (dunia listrik.blogspot.2008).

Bahan semi konduktor yang paling umum dipakai dalam sel photovoltaic adalah

silikon, sebuah elemen yang umum ditemukan di pasir. Semua sel photovoltaic mempunyai

paling tidak dua lapisan semi konduktor, satu bermuatan positif dan satu bermuatan negatif.

Ketika cahaya matahari bersinar pada semi konduktor, muatan listrik menyeberang

sambungan diantara dua lapisan menyebabkan listrik mengalir, yang menghasilkan arus DC. 

Makin kuat cahaya, makin kuat aliran listrik, sistem photovoltaic tidak membutuhkan

cahaya matahari yang terang untuk beroperasi. Sistem ini juga membangkitkan listrik disaat

hari mendung, dengan energi keluar yang sebanding ke berat jenis awan. Berdasarkan

3

pantulan sinar matahari dari awan, hari-hari mendung dapat menghasilkan angka energi yang

lebih tinggi dibandingkan saat langit biru sedang yang benar-benar cerah (Greenpeace.org).

Pembangkit energi surya sebenarnya tergantung pada efisiensi mengkonversi energi

dan konsentrasi sinar matahari yang masuk ke dalam sel tersebut. Professor Smalley,

menyatakan bahwa teknologi nano menjanjikan peningkatan efisiensi dalam pembuatan sel

surya antara 10 hingga 100 kali pada sel surya. Smalley menambahkan bahwa cara terbaik

untuk mendapatkan energi surya secara optimal telah terbukti ketika sel surya dimanfaatkan

untuk keperluan satelit ruang angkasa dan alat alat yang diletakkan di ruang angkasa.

Penggunaan sel surya dengan meletakkannya di ruang angkasa dapat dengan baik dilakukan

karena teknologi nano diyakini akan mampu menciptakan material yang super kuat dan ringan

yang mampu bertahan di ruang angkasa dengan efisiensi yang baik.(Bryan,2010)

2.3 Pemanfaatan Energi Surya

2.3.1 Pembangkit Listrik Tenaga Panas Surya

Kaca-kaca besar mengkonsetrasikan cahaya matahari ke satu garis atau titik. Panas

yang dihasilakan digunakan untuk menghasilkan uap panas. Panasnya, tekanan uap panas

yang tinggi digunakan untuk menjalankan turbin yang menghasilkan listrik. Di wilayah yang

disinari matahari, Pembangkit Listrik Tenaga matahari dapat menjamin pembagian besar

produksi listrik

Berdasarkan proyeksi dari tingkat arus hanya 354 MW, pada tahun 2015 kapasitas

total pemasangan pembangkit tenaga panas matahari akan melampaui 5000 MW. Pada tahun

2020, tambahan kapasitas akan naik pada tingkat sampai 4500 MW setiap tahunnya dan total

pemasangan kapasitas tenaga panas matahari di seluruh dunia dapat mencapai hampir 30.000

MW cukup untuk memberikan daya untuk 30 juta rumah.

2.3.2 Pemanas dan Pendingin Tenaga Surya

Panas tenaga matahari menggunakan panas matahari secara langsung. Pengumpul

panas matahari  diatas atap dapat menyediakan air panas untuk rumah, dan membantu

menghangatkan rumah. Sistem panas matahari berdasarkan prinsip sederhana yang telah

dikenal selama berabad-abad, matahari memanaskan air yang mengisi bejana gelap.

Teknologi tenaga panas matahari yang ada di pasar saat ini sangat efisien dan bisa

diandalkan. Saat ini pasar menyediakan tenaga matahari untuk aplikasi dengan cakupan luas,

4

dari pemanas air domestik dan pemanas ruangan di perumahan dan gedung –gedung

komersial, sampai pemanas kolam renang, tenaga matahari-pendingin, proses pemanasan

industri  dan memproses air menjadi tawar.

Saat ini produksi pemanas air panas domestik merupakan aplikasi paling umum untuk

tenaga panas matahari. Di beberapa negara hal ini telah menjadi sarana yang umum

digunakan oleh gedung tempat tinggal. Tergantung pada kondisi dan konfigurasi sistem,

kebutuhan air panas dapat disediakan oleh tenaga matahari hingga 100% . Sistem yang lebih

besar dapat ditambahkan untuk menutupi bagian penting dari kebutuhan energi untuk

pemanas ruangan.

Pendingin tenaga matahari menggunakan sumber energi panas untuk menghasilkan

dingin atau mengurangi kelembaban udara dengan cara yang sama dengan lemari pendingin

atau AC konvensional. Aplikasi ini cocok dengan energi panas matahari, sejalan dengan

meningkatnya permintaan pendingin ketika panas matahari banyak. Pendingin tenaga

matahari telah sukses didemonstrasikan. Penggunaan skala besar dapat diharapkan di masa

depan, sejalan dengan berkurangnya biaya teknologi ini, terutama untuk sistem skala kecil

(Greenpeace.org).

2.4 Upaya Pemanfaatan Energi Surya

Matahari adalah sumber energi utama yang memancarkan energi yang luar biasa

besarnya ke permukaan bumi. Pada keadaan cuaca cerah, permukaan bumi menerima sekitar

1000 watt energi matahari per-meter persegi. Kurang dari 30% energi tersebut dipantulkan

kembali ke angkasa, 47% dikonversikan menjadi panas, 23% digunakan untuk seluruh

sirkulasi kerja yang terdapat di atas permukaan bumi, sebagaian kecil 0,25% ditampung

angin, gelombang dan arus dan masih ada bagian yang sangat kecil 0,025 % disimpan melalui

proses fotosintesis di dalam tumbuh-tumbuhan yang akhirnya digunakan dalam proses

pembentukan batu bara dan minyak bumi (bahan bakar fosil, proses fotosintesis yang

memakan jutaan tahun) yang saat ini digunakan secara ekstensif dan eksploratif bukan hanya

untuk bahan bakar tetapi juga untuk bahan pembuat plastik, formika, bahan sintesis

lainnya.Sehingga bisa dikatakan bahwa sumber segala energi adalah energi matahari.

Energi matahari dapat dimanfaatkan dengan berbagai cara yang berlainan bahan bakar

minyak adalah hasil fotosintesis, tenaga hidro elektrik adalah hasil sirkulasi hujan tenaga

5

angin adalah hasil perbedaan suhu antar daerah dan sel surya (sel fotovoltaik) yang

menjanjikan masa depan yang cerah sebagai sumber energi listrik, karena sel surya sanggup

menyediakan energi listrik bersih tanpa polusi, mudah dipindah, dekat dengan pusat beban

sehingga penyaluran energi sangat sederhana serta sebagai negara tropis, Indonesia

mempunyai karakteristik cahaya matahari yang baik (intensitas cahaya tidak fluktuatif)

dibanding tenaga angin seperti di negara-negara 4 musim, utamanya lagi sel surya relatif

efisien, tidak ada pemeliharaan yang spesifik dan bisa mencapai umur yang panjang serta

mempunyai keandalan yang tinggi.

Dalam keadaan cuaca yang cerah, sebuah sel surya akan menghasilkan tegangan

konstan sebesar 0.5 V sampai 0.7 V dengan arus sekitar 20 mA dan jumlah energi yang

diterima akan mencapai optimal jika posisi sel surya 90o (tegak lurus) terhadap sinar matahari,

selain itu juga tergantung dari konstruksi sel surya itu sendiri. Ini berarti bahwa sebuah sel

surya akan menghasilkan daya 0.6 V x 20 mA = 12 mW. Jika matahari memancarkan

energinya ke permukaan bumi sebesar 100 W/m2 atau 100 mW /cm2 , maka bisa dibayangkan

energi yang dihasilkan sel surya yang rata-rata mempunyai luas 1 cm2, bandingkan dengan

bahan bakar fosil (BBM) dengan proses fotosintesis yang memakan waktu jutaan tahun

(Saiful Manan:32).

2.5 Proses Kerja Energi Surya

Sel surya yang sering kita lihat adalah sekumpulan modul sel photovoltaic (photo

artinya cahaya, voltaic artinya listrik) yang disusun sedemikian rupa dan dikemas dalam

sebuah frame. Sel photvoltaic ini yang nantinya akan merubah secara langsung energi

matahari menjadi listrik. 

Sel photovoltaic ini terbuat dari bahan khusus semikonduktor yang sekarang banyak

digunakan dan disebut dengan silikon. Ketika cahaya mengenai sel silikon, cahaya tersebut

akan diserap oleh sel ini, hal ini berarti bahwa energi cahaya yang diserap telah ditransfer ke

bahan semikonduktor yang berupa silikon. Energi yang tersimpan dalam semikonduktor ini

akan mengakibatkan elektron lepas dan mengalir dalam semikonduktor. Semua sel

photovoltaic ini juga memiliki medan elektrik yang memaksa elektron yang lepas karena

penyerapan cahaya tersebut untuk mengalir dalam suatu arah tertentu.

6

Elektron yang mengalir ini adalah arus listrik, dengan meletakkan terminal kontak

pada bagian atas dan bawah dari sel photovoltaic ini akan dapat dilihat dan diukur arus yang

mengalir sehingga dapat digunakan untuk menyuplai perangkat eksternal. Hal diatas adalah

dasar perubahan energi surya menjadi listrik oleh semikonduktor silicon (Alpensteel.com).

Gambar 2.1. Sel Photovoltaic

2.5.1 Proses Cahaya Menjadi Listrik

Secara sederhana solar cell terdiri dari persambungan bahan semikonduktor bertipe p

dan n (p-n junction semiconductor) yang jika tertimpa sinar matahari maka akan terjadi aliran

electron, nah aliran electron inilah yang disebut sebagai aliran arus listrik. Sedangkan struktur

dari solar cell adalah seperti ditunjukkan dalam berikut:

Gambar 2.2 Struktur Lapisan Tipis Solar secara Umum

7

Bagian utama perubah energi sinar matahari menjadi listrik adalah absorber

(penyerap), meskipun demikian, masing-masing lapisan juga sangat berpengaruh terhadap

efisiensi dari solar cell. Sinar matahari terdiri dari bermacam-macam jenis gelombang

elektromagnetik yang secara spectrum dapat dilihat pada gambar 2. Oleh karena itu absorber

disini diharapkan dapat menyerap sebanyak mungkin solar radiation yang berasal dari cahaya

matahari.

Gambar 2.3. Spektrum Radiasi Sinar Matahari

Lebih detail lagi bisa dijelaskan sinar matahari yang terdiri dari photon-photon, jika

menimpa permukaaan bahan solar sel (absorber) akan diserap, dipantulkan atau dilewatkan

begitu saja (lihat gambar 3), dan hanya foton dengan level energi tertentu yang akan

membebaskan electron dari ikatan atomnya, sehingga mengalirlah arus listrik. Level energi

tersebut disebut energi band-gap yang didefinisikan sebagai sejumlah energi yang dibutuhkan

utk mengeluarkan electron dari ikatan kovalennya, sehingga terjadilah aliran arus listrik.

Untuk membebaskan electron dari ikatan kovalennya, energi foton (hc/v harus sedikit

lebih besar atau diatas daripada energi band-gap. Jika energi foton terlalu besar dari pada

energi band-gap, maka extra energi tersebut akan dirubah dalam bentuk panas pada solar sel.

Karenanya sangatlah penting pada solar sel untuk mengatur bahan yang dipergunakan, yaitu

dengan memodifikasi struktur molekul dari semikonduktor yang dipergunakan. Tentu saja

agar efisiensi dari solar cell bisa tinggi maka foton yang berasal dari sinar matahari harus bisa

diserap yang sebanyak banyaknya, kemudian memperkecil refleksi dan remombinasi serta

memperbesar konduktivitas dari bahannya.

8

Gambar 2.4. Radiative Transition dari Solar Cell

Untuk bisa membuat agar foton yang diserap dapat sebanyak banyaknya, maka

absorber harus memiliki energi band-gap dengan range yang lebar, sehingga memungkinkan

untuk bisa menyerap sinar matahari yang mempunyai energi sangat bermacam-macam

tersebut. Salah satu bahan yang sedang banyak diteliti adalah CuInSe2 yang dikenal

merupakan salah satu dari direct semiconductor.

Gambar 2.5. Bagian-bagian dari Sel Photovoltaic

9

2.5.2 Komponen Utama Pembangkit Listrik Tenaga Turya (PLTS)

1. Modul Panel Surya (Solar Cell Panel)

Crystalin Solar Module adalah perangkat berbentuk pipih berfungsi mengkonversi

sinar matahari yang jatuh kepermukaannya menjadi tenaga listrik. Kapasitas yang tersedia

type Mono atau Semikristal & Thin Film, mulai dari kapasitas 5 Wp sampai dengan 100 Wp.

Berdasarkan pengujian penulis (pada gambar fisik sell surya yang paling besar) 1 buah sell

surya pada saat sinar matahari cukup terik menghasilkan 20v-23v/1,9 - 2,4A (38 - 50 watt)

atau sekitar 350 Watt/ hari.

2. Alat Pengatur Daya (Charge Controller)

Integrated dengan Box Batere, merupakan perangkat elektronik berbentuk kotak yang

mengatur aliran listrik dari Modul Surya ke Batere atau Accu dan aliran listrik dari Batere

atau Accu ke Lampu, TV atau Radio atau Tape anda.Charge-Discharge pengontrol

melindungi baterei dari pengisian berlebihan dan melindungi dari korsleting atau pengiriman

muatan arus berlebih ke input terminal. Alat ini juga mempunyai beberapa indikator yang

akan memberikan kemudahan kepada pengguna PLTS dengan memberikan informasi

mengenai kondisi baterai sehingga pengguna PLTS dapat mengendalikan konsumsi energi

menurut ketersediaan listrik yang terdapat didalam baterai. Selain itu terdapat 3 indikator

lainnya yang mengimformasikan status pengisian, adanya muatan berlebih dan pengisian

otomatis pada saat baterai kosong.

3. Batre Accu

Merupakan alat yang berfungsi menyimpan tenaga listrik dan menjaga kestabilan

tegangan listrik, tanpa harus menambah air aquades. Biasanya batery yang di gunakan

memiliki Ampare hour yang cukup tinggi. Sebab untuk menghidupkan lampu 10 watt saja

selama 1 malam (12 jam) idealnya membutuhkan batery 12V/10A.

4. Inverter

Untuk mengubah tegangan DC 12V dari batery menjadi 220 AC. Untuk hasil yang

lebih baik gunakan inverter yang menghasilkan gelombang sinus.

10

Gambar 2.6 Komponen Utama Pembangkit Listrik Tenaga Surya

2.5.3 Cara Kerja Sel Surya

Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu junction

antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom

yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar.  Semikonduktor tipe-n mempunyai

kelebihan elektron (muatan negatif)  sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan

hole (muatan positif) dalam struktur atomnya.  Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut

bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk

mendapatkan material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk

mendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom fosfor. Ilustrasi dibawah

menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.

Gambar 2.7 Junction antara semikonduktor tipe-p (kelebihan hole) dan tipe-n

11

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 dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari

semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga 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 listrik yang mana  ketika cahaya matahari mengenai susuna p-n

junction ini maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak

negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya hole bergerak menuju

kontak positif menunggu elektron datang, seperti diilustrasikan pada gambar dibawah.

Gambar 2.8 Ilustrasi cara kerja sel surya dengan prinsip p-n junction

Bila sel surya itu dikenakan pada sinar matahari, maka timbul yang dinamakan

elektron dan hole. Elektron-elektron dan hole-hole yang timbul di sekitar pn junction bergerak

berturut-turut ke arah lapisan n dan ke arah lapisan p. Sehingga pada saat elektron-elektron

dan hole-hole itu melintasi pn junction, timbul beda potensial pada kedua ujung sel surya. Jika

pada kedua ujung sel surya diberi beban maka timbul arus listrik yang mengalir melalui

beban.Bahan dan cara kerja yang aman terhadap lingkungan menjadikan sel surya sebagai

salah satu hasil teknologi pembangkit listrik yang efisien bagi sumber energi alternatif

masyarakat di masa depan.

12

2.5.4 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)

Pada dasarnya prinsip kerja PLTS adalah:

1. Pada siang hari modul surya menerima cahaya matahari dan cahaya tersebut kemudian

diubah menjadi energi listrik oleh sel-sel kristal melalui proses fotovoltaik.

2. Listrik yang dihasilkan oleh modul adalah listrik arus searah (DC), yang dapat

langsung disalurkanke beban ataupun disimpan dalam baterai sebelum dikeluarkan ke

beban; lampu, radio, dan lain-lain.

3. Tegangan yang dikeluarkan oleh modul surya bervariasi; 6VDC, 12 VDC, 24 VDC,

36 VDC dan 48 VDC per modul. Daya yang dihasilkan juga bervariasi mulai dari 10

Wattpeak (Wp) sampai 100 Wp per modul dengan dimensi modul yang berbeda sesuai

dengan kapasitasnya.

4. Untuk melindungi sistem PLTS dari pengisian dan pemakaian yang berlebihan,

digunakan alat pengatur (controller), dimana seluruh energi listrik yang dihasilkan dan

dipakai oleh sistem PLTS harus melalui alat pengatur ini.

5. Untuk peralatan yang membutuhkan listrik arus AC, digunakan inverter yaitu alat

pengubah arus DC-AC yang tersedia dalam berbagai kapasitas.

6. Listrik yang dihasilkan dapat dimanfaatkan untuk mencatu beban, seperti lampu

penerangan, berbagai alat elektronik dan alat mekanik yang digerakkan oleh listrik.

Gambar 2.9 Prinsip kerja PLTS

13

2.6. Aplikasi Lain Dari Energi Surya

2.6.1 Pemanas Ruangan

Ada beberapa teknik penggunan energi panas matahari untuk pemanasan ruangan,

yaitu:

Jendela

Ini merupakan teknik pemanasan dengan menggunakan energi panas matahari yang

paling sederhana. Hanya diperlukan sebuah lubang pada dinding untuk meneruskan panas

matahari dari luar masuk ke dalam bangunan. Ada jendela yang langsung tanpa ada kacanya

dan ada yang menggunakan kaca. Untuk mendapatkan panas yang optimal maka pada jendela

dipasang kaca ganda. Biasanya di daerah-daerah empat musim dinding/tembok bangunan

diganti dengan kaca agar matahari bebas menyinari dan menghangatkan ruangan pada saat

musim dingin.

Dinding Trombe(Trombe Wall)

Gambar 2.10 Dinding Trombe

Dinding trombe adalah dinding yang diluarnya terdapat ruangan sempit berisi udara.

Dinding bagian luar dari ruangan sempit tersebut biasanya berupa kaca. Dinding ini dinamai

berdasarkan nama penemunya yaitu Felix Trombe, orang berkebangsaan Perancis.

Prinsip kerjanya adalah permukaan luar ruangan ini akan dipanasi oleh sinar matahari,

kemudian panas tersebut perlahan-lahan dipindahkan kedalam ruangan sempit. Selanjutnya

panas di dalam ruangan sempit tersebut akan dikonveksikan ke dalam bangunan melalui

saluran udara pada dinding trombe

14

Greenhouse

Gambar 2.11 Greenhouse

Teknik ini hampir sama dengan dinding trombe hanya saja jarak antara dinding masif

dengan kaca lebih lebar, sehingga tanaman bisa hidup di dalamnya. Prinsip kerja greenhouse

juga serupa dengan dinding trombe. Panas masuk melalui kaca ke dalam greenhouse lalu

dikonveksikan ke dalam bangunan untuk menghangatkan ruangan atau menjaga suhu rungan

tetap stabil meskipun pada waktu siang atau malam hari.

2.6.2 Penerang Ruangan

Adalah teknik pemanfaatan energi matahari yang banyak dipakai saat ini. 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.

2.6.3 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.

15

Gambar 2.12 Kompor Matahari

Untuk diameter cermin sebesar1,3 meter kompor ini memberikan daya thermal sebesar

800 watt pada panci. Dengan menggunakan kompor ini maka kebutuhan akan energi fosil dan

energi listrik untuk memasak dapat dikurangi.

2.6.4 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.

2.7. Potensi Energi Surya

Indonesia memiliki potensi yang cukup besar dalam energi surya mengingat posisi

Indonesia yang terletak dikatulistiwa. Hasil pantauan didapat bahwa nilai radiasi harian

terendah adalah di Darmaga, Bogor Jawa Barat dengan intensitas 2,558 kWh/m2 dan tertinggi

di Waingapu Nusa Tenggara Timur dengan intensitas 5,747 kWh/m2. Potensi ini baru

dimanfaatkan sangat sedikit yang dimulai pada tahun 1979 oleh BPPT sebagai pengguna.

16

Pengguna terbanyak adalah DEPKES sesuai dengan kebutuhan Puskesmas pada daerah

terpencil dan kemudian departemen transmigrasi.

Tabel 2.1. Potensi Energi Terbarukan di Indonesia

Jenis Energi Terbarukan Potensi (MW)Kapasitas

Terpasang (MW)

Pemanfaatan

(%)

Large Hydro 75.000 42.000 5,600

Biomassa 50.000 302 0,604

Geothermal 20.000 812 4,060

Mini/Mikro Hidro 459 54 11,764

Tenaga Surya 156.487 5 3,19 X 10-3

Energi Angin 9286 0.50 5,38 X 10-3

Jumlah 311.232 5373.5 22,03

Sumber: Ditjen Listrik & Penmanfaatan Energi (2001)

Sebagai negara yang kaya akan energi surya, sudah selayaknyalah untuk

mengembangkan dan memanfaatkan energi yang melimpah tersebut. Namun demikian

pemanfaatan energi surya di Indonesia baru sekitar 882,5 kw, jauh di bawah 1% dari energi

yang tersedia. Jika dibandingkan dengan ketersedianya energi surya maka pencapaian

pemakaian ini masih sangat kecil. Nilai rata-rata energi radiasi harian adalah 4,815 kWh/m 2.

Untuk seluruh Indonesia dengan luas daratan kurang lebih 2 juta km2, potensi energi radiasi

harian adalah: 2 x 1012 m2 x 4,815 kWh/m2 = 9,63 . 1012 kwh.

Dari tabel 2 masih kelihatan bahwa antara kelebihan dan kelemahan masih berimbang

sehingga jika PLTS ini diaplikasikan belum memberikan keuntungan yang signifikan. Namun

melihat permintaan tenaga listrik yang tumbuh rata-rata 8,2 % pertahun (meningkat dari 51,2

TWh pada th 1990 menjadi 555 TWh pada 2021) dengan jumlah pembangkit yang sangat

terbatas (Jawa Bali) maka pengembangan PLTS adalah sangat strategis.

17

Tabel 2.2. Kelebihan dan Kelemahan Sistem Konversi Energi Surya

Sumber: Unggul Wibowo, 2000:7

Sarana transformasi guna secara bertahap mengurangi penggunaan energi fosil pada

masa yang akan datang perlu dilakukan suatu tradeoffs antara aspek least cost dengan aspek

lainnya guna memberikan peluang yang memadai bagi:

1. Pengembangan energi terbarukan

2. Pengembangan energi nuklir

3. Pengembangan energi efisiensi tinggi.

18

KELEBIHAN KELEMAHAN

Modul solar langsung mengkonversi

sinar matahari menjadi Energi listrik

searah tanpa bahan bakar.

Biaya investasi awal tinggi.

Proses konversi tidan menimbulkan

kebisingan, gas buang, limbah.

Memerlukan baterai sebagai

media penyimpan listrik.

Pemeliharaan sederhana dibanding

sistem konvensional. Karena dalam

proses tidak ada bagian yang bergerak.

Pemeliharaan baterai harus rutin

karena keandalan sistem

ditentukan oleh kondisi baterai.

Untuk beban yang kecil mempunyai

ke cenderungan makin ekonomis.

Alat-alat yang dioperasikan pada

tengangan rendah terbatas.

Dapat diaplikasikan langsung pada

alat alat praktis.

Teknisi yang terlatih untuk

perencanaan dan pemasangan

sistem konversi energi surya

masih sangat sedikit.

Instalasisistem lebih aman karena

tegangan rendah dan searah.

4. Pengembangan energi bersih, ramah lingkungan.

Sedang di Indonesia seharusnya sel surya ini mendapatkan perhatian khusus, sebab

Indonesia yang merupakan daerah tropis dan di daerah katulistiwa maka Indonesia

mempunyai karakteristik angin yang kurang baik (sangat fluktuatif) dibanding dengan

karakteristik angin di negara –negara Barat namun sangat menguntungkan untuk energi

matahari yang rata-rata mendapat sinar matahari 6 jam dalam sehari dengan cuaca yang

sangat mendukung.

Tabel 2.3. Potensi Sumber Daya Energi Surya di Beberapa Kota di Indonesia.

No Kota ProvinsiTahun

Pengukuran

Radiasi rata-

rata

1 Banda Aceh Aceh 1980 4.1

2 Palembang Sumatera Selatan 1979 – 1981 4.95

3 Menggala Lampung 1972 – 1979 5.23

4 Rawasragi Lampung 1965 – 1979 4.13

5 Jakarta Jakarta 1965 – 1981 4.19

6 Bandung Jawa Barat 1980 4.15

7 Lembang Jawa Barat 1980 5.15

8 Citius, Tangerang Jawa Barat 1980 4.32

9 Darmaga, Bogor Jawa Barat 1980 2.56

10 Serpong, Tangerang Jawa Barat 1991 – 1995 4.45

11 Semarang Jawa Tengah 1979 – 1981 5.49

12 Surabaya Jawa Timur 1980 4.30

13Kenteng,

YogyakartaYogyakarta 1980 4.50

14 Denpasar Bali 1977 – 1979 5.26

15 Pontianak Kalimantan Barat 1991 – 1993 4.55

16 Banjarbaru Kalimantan Selatan 1979 – 1981 4.80

17 Banjarmasin Kalimantan Selatan 1991 – 1995 4.57

18 Samarinda Kalimantan Timur 1991 – 1995 4.17

19 Menado Sulawesi Utara 1991 – 1995 4.91

19

20 Palu Sulawesi Tenggara 1991 – 1994 5.51

21 KupangNusa Tenggara

Barat1975 – 1978 5.12

22Waingapu, Sumba

Timur

NusaTenggara

Timur1991 – 1995 5.75

23 MaumereNusa Tenggara

Timur1992 – 1994 5.7

Sumber : Rencana Induk Pengembangan Energi Baru dan Terbarukan, 1997.

Direktorat Jenderal Listrik dan Pengembangan Energi, DESDM

Tabel 2.4 Potensi energi baru dan terbarukan di Indonesia (2007)

Sumber : Dept. ESDM, 2008

BAB III

20

PEMECAHAN MASALAH

Di samping penggunaan panas matahari sebagai pembangkit listrik, pembangkitan

listrik dengan sel surya merupakan kemungkinan lebih jauh untuk penggunaan energi radiasi

matahari secara langsung. Namun begitu, berbeda dengan pembangkit listrik dengan panas

matahari, energi matahari akan secara langsung dikonversikan menjadi energi listrik melalui

sel surya.

Listrik dari sel surya memiliki sifatnya yang tidak menghasilkan noise selama operasi

dan tanpa menghasilkan substansi atau partikel yang beracun pada pembangkit listriknya.

Namun begitu, efek lingkungan dapat saja terjadi sebagaimana dijelaskan sebagai berikut:

3.1 Konstruksi

Efek lingkungan yang berhubungan dengan manufaktur pembangkit sel surya

khususnya terjadi selama proses produksi sel surya. Dalam beberapa tahun terakhir, telah

dibahas terutama terhadap penggunaan sumber mineral yang langka dan beracun. Solar sel

dengan bahan mono-crystalline dan multi-crystalline begitu juga dengan silikon tak berbentuk

secara umum dikenali sebagai sumber mineral yang langka dan sedikit digunakan, sedangkan

teknologi sel cadmium telluride (CdTe) dan sel CIS merupakan mineral dengan konsumsi

menengah.

Aplikasi dari germanium (Ge) tampaknya secara khusus bermasalah untuk produksi

sel silikon tak berbentuk; hal yang sama terjadi terhadap Indium (In) pada sel CIS dan

tellurium pada sel CdTe.  Berdasarkan pengetahuan yang ada sekarang ini, kuantitas dari

material-material tersebut adalah terbatas di bumi ini.

Dalam hal material beracun, hanya efek lingkungan yang sedikit yang dapat terjadi

untuk teknologi silikon crystalline. Namun begitu, teknologi sel CdTe dan CIS dapat

dianggap lebih bermasalah karena kandungan kadmium (Cd), selenium (Se), tellurium (Te)

dan tembaga (Cu) yang tinggi. Selain itu, selama masa manufaktur dari modul CIS, substansi

gas racun (seperti hidrogen selenida (H2Se)) dapat dihasilkan yang secara umum berhubungan

dengan potensi bahaya lingkungan tertentu.

21

Secara umum, efek lingkungan yang berhubungan dengan manufaktur sel surya adalah

sebanding dengan industri manufaktur semikonduktor. Akan tetapi, efek lingkungan yang

telah dijelaskan relatif rendah karena peraturan legal akan perlindungan lingkungan yang

berkembang. Hal ini juga benar akibat dibutuhkannya kemurnian material selama proses

manufaktur sel surya. Di lain pihak, dapat saja terjadi potensi bahaya yang berhubungan

dengan proses manufaktur dalam kasus kegagalan operasinya.

3.2 Operasi Normal

Selama operasi dari modul sel surya yang ditempatkan pada atap, tidak ada noise yang

dihasilkan dan tidak ada substansi yang dikeluarkan. Inverter yang tersedia baru-baru ini di

pasaran memiliki sifat low-noise yang sedang dikembangkan dengan menggunakan desain

khusus. Hal ini memungkinkan pembangkitan listrik yang sangat ramah lingkungan. Selain

itu, modul sel surya sangat mirip dengan atap dalam hal penyerapan dan pemantulan terhadap

radiasi matahari. Oleh karena itu, tidak ada pengaruh yang besar terhadap iklim lokal.

Baru-baru ini modul yang ditempatkan pada atap yang miring dan datar dalam

beberapa kasus dapat terlihat dari jarak jauh. Hal ini dapat berpengaruh terhadap pandangan

dari penduduk perkotaan maupun pedesaan. Namun di lain pihak, pemasangan tersebut tidak

membutuhkan ruang tambahan.

Pembangkit listrik dengan sel surya yang ditempatkan pada tanah (seperti pembangkit

listrik yang dipasang pada tanah bekas pertanian atau pertambangan) sebagian atau

seluruhnya akan membatasi penggunaan lahan untuk keperluan lain. Namun begitu, hanya

sebagian kecil dari lahan akan hilang untuk tujuan penggunaan lahan lainnya, yaitu hanya

sekitar fondasi yang mendukung pemasangan modul sel surya. Lahan utama yang masih

tersisa dapat digunakan untuk pertanian atau penanaman rerumputan untuk gembala domba.

Oleh karena permukaan yang ditutupi relatif besar dan juga karena divergensi penyerapan dan

pemantulan yang beragam jika dibandingkan dengan lahan pertanian, pengaruhnya terhadap

iklim mikro dapat saja terjadi. Namun, efek lingkungan ini hanya relevan dalam kasus

penggunaan sel surya secara besar-besaran, yang sangat jarang terjadi karena alasan ekonomi.

Operasi dari pembangkitan dengan sel surya juga berhubungan dengan transmisi

radiasi elektromagnetik (aspek dari kompatibilitas elektromanget). Tidak seperti pembangkit

22

listrik umumnya, pembangkit dengan sel surya umumnya dilengkapi dengan kabel arus searah

secara besar-besaran dan dalam hal generator sel surya dibutuhkan permukaan radiasi yang

luas, selain itu ditempatkan pada daerah perumahan penduduk sekitar. Namun begitu, selama

proses pemasangan, umumnya terjamin bahwa lintasan tertutup dari pengkabelan, yang dapat

bersifat sebagai antena dijaga sekecil mungkin.

Hal ini merupakan tindakan protektif untuk menjaga iradiasi dan penerimaan radiasi

elektromagnetik. Penerimaan radiasi gelombang elektromagnetik secara khusus merupakan

permasalahan yang kritis dalam hal terjadinya petir di sekitar modul sel surya dan dapat

menghasilkan tegangan dan arus berlebih jika daerah penerimaannya yang terlalu besar.

Rusaknya komponen listrik dapat terjadi akibat hal tersebut. Namun begitu, medan magnetik

dengan frekuensi rendah yang dihasilkan dari komponen sel surya tidaklah lebih besar

dibandingkan dengan peralatan rumah tangga, dimana emisinya dapat dianggap lebih rendah

seperti jika dibandingkan dengan televisi. Usaha manufaktur dalam hal desain modul akan

lebih jauh mengurangi emisi, sehingga tidak ada pengaruh yang besar yang dapat terjadi.

3.3 Kegagalan Operasi

Untuk menghindari resiko bahaya terhadap manusia dan lingkungan karena kegagalan

operasi dari pembangkit dengan sel surya, maka kegagalan pembangkit dan beberapa

bagiannya harus  dapat diidentifikasi dan diperhatikan. Desain inveter dan pembangkit sel

surya harus dapat melakukan deteksi terputusnya daya listrik dan juga pemadaman secara

otomatis. Sistem sel surya hanya boleh dihubungkan dengan grid yang kuat. Inverter modern

biasanya telah memiliki peralatan pengamanan yang sesuai, sehingga syarat diatas biasanya

telah dipenuhi.

Kebakaran pada gedung-gedung, yang mengakibatkan modul sel surya dan lapisan

gedung terbakar dapat menyebabkan terjadinya penguapan dari beberapa komponen di dalam

sel surya. Mudahnya, dalam hal sel surya berbentuk film tipis yang berbahan cadmium

telluride dan CIS, sejumlah kritis dari cadmium (Cd), tellurium (Te) dan selenium (Se) dapat

dihasilkan; sebagai contoh pada percobaan pembakaran selama satu jam telah menunjukkan

pembuangan 4 g/h selenium (Se), 8 g/h cadmium (Cd) dan tellurium (Te). Akan tetapi,

pembuangan dari substansi-substansi ini adalah dibawah batas minimum yang berbahaya

yang diberikan terhadap substansi-substansi tersebut.

23

Oleh karena konsentrasi yang rendah, meskipun dalam kasus pembuangan cadmium

(Cd) lengkap, konsentrasi cadmium yang berbahaya terhadap massa udara sekitar hanya dapat

terjadi pada pembangkit dengan kapasitas yang lebih besar dari 100 kW. Modul yang

dipasang pada atap dengan kapasitas sebesar itu merupakan kasus khusus seperti pada

bangunan perindustrian. Dalam kasus kebakaran pada komponen pembangkit listrik seperti

kabel dan inverter, sejumlah substansi berbahaya tambahan dapat dihasilkan ke lingkungan,

namun tidak hanya terjadi pada pembangkit listrik dengan sel surya.

Lebih jauh lagi, pengalaman telah membuktikan bahwa dalam kasus yang ekstrim,

hampir tidak mungkin terjadi, pemurnian air untuk air minum akibat terjadinya hujan ataupun

modul sel surya ditenggelamkan ke dalam sungai tidak terlalu dibutuhkan.

Bahaya luka-luka akibat terjatuhnya modul sel surya, pemasangan yang tidak

sempurna pada atap ataupun bagian muka gedung, atau sebagai akibat tegangan listrik antara

berbagai koneksi listriknya, dapat dihindari dengan melakukan prosedural yang standar untuk

konstruksi dan operasi dari pembangkit ini.

Dapat dikatakan bahwa pembangkitan listrik dengan sel surya memiliki

kecenderungan terhadap kegagalan yang rendah, dan kegagalan dapat dibatasi pada lokasi

tertentu. Dengan syarat bahwa modul terpasang dan dioperasikan secara baik, pengaruh

lingkungan yang signifikan akan jarang ditemukan.

3.4 Masa Akhir Operasi

Berdasarkan pengetahuan yang ada, proses daur ulang dari solar modul secara besar-

besaran adalah mungkin. Sebagai contoh proses daur ulang dari komponen kaca secara besar-

besaran adalah mungkin dengan usaha yang sedikit. Untuk proses daur ulang dari komponen

lainnya, akan dibutuhkan proses pemisahan kimia yang sangat kompleks.

Modul berupa amorphous frameless adalah yang paling sesuai untuk daur ulang, oleh

karena dapat dipindahkan pada proses pendaur-ulangan kaca berlubang dengan tanpa proses

pengolahan awal. Metoda daur ulang yang sesuai untuk modul sel surya klasik adalah

termasuk pemisahan asam dari ikatannya pada sebuah wafer sel surya, pemindahan modul

24

frameless ke ferosilikon yang sesuai untuk produksi baja, dan juga pemisahan secara total dari

modul menjadi kaca, logam, dan wafer silikon.

Akan tetapi, teknologi cadmium tellurium (CdTe) dan CIS membutuhkan

pengembangan lebih lanjut untuk menentukan apakah kandungan logam beratnya

digabungkan secara langsung atau dibutuhkan proses pengolahan terlebih dahulu. Pengaruh

lingkungan secara garis besar dapat disamakan dengan pengaruh umum pada cabang industri

ini terhadap lingkungan alami. Namun begitu, karena pendaur-ulangan dari sistem sel surya

adalah masih dalam tahap pertumbuhan, pengaruh lingkungan yang berhubungan akan dapat

dikurangi di masa yang akan datang.

25

BAB IV

PENUTUP

4.1 KESIMPULAN

Energi Surya adalah energi yang didapat dengan mengubah energi panas surya

menjadi sumber daya dalam bentuk lain dengan menggunakan peralatan tertentu. Indonesia

yang terletak di garis khatulistiwa memiliki potensi yang sangat besar untuk memanfaatkan

energi surya yang dipancarkan oleh matahari. tetapi karena keterbatasan teknologi membuat

energi surya jarang dimamfaatkan.

Secara umum energi matahari tidak memiliki dampak yang terlalu berbahaya terhadap

linkungan dan manusia, namun jika pemanfaatannya sudah besar-besaran maka dampak

tersebut mulain timbul, terutama akibat sel photovoltaic sebagai alat pengkonversi energi

matahari manjadi lisrik.

4.2 SARAN

1. Pemerintah. Agar dapat memikirkan lagi bagaimana cara untuk dapat menghemat

energi dengan memanfaatkan energi panas surya.

2. Mahasiswa. Energi matahari sangat berpotensi di Indonesia maka dari itu untuk

mengembangkan lagi pikiran kita bagaimana cara memanfaatkan energi surya yang

tidak bisa habis itu.

26

DAFTAR PUSTAKA

Alpensteel.2012.Proses Kerja Sel Surya, (http://www.alpensteel.com/article/46-102-energi-

matahari--surya--solar/3252--proses-kerja-sel-surya.html, diakse 28 September 2013).

Echimera.2012.Usaha dan Energi, (http://www.scribd.com/doc/17620521/Usaha-Dan-

Energi, diakses 28 September 2013).

Greenspace.2012.EnergiMAtahari,(http://www.greenpeace.org/seasia/id/campaigns/

perubahan-iklim-global/Energi-Bersih/Energi_matahari/, diakses 28 September 2013).

Gunadarma.2012.FisikaEnergi,(http://elearning.gunadarma.ac.id/docmodul/

dasar_fisika_energi/bab2_energi_surya.pdf, diakses 28 September 2013.

Manan, Saiful. ” ENERGI MATAHARI, SUMBER ENERGI ALTERNATIF YANG

EFFISIEN, HANDAL DAN RAMAH LINGKUNGAN DI INDONESIA”, Pdf diakses

28 September 2013.

Wikipedia.2012.Energi Surya, (http://id.wikipedia.org/wiki/Energi_surya, diakses 28

September 2013)

27