DASAR TEKNIK TENAGA LISTRIK

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA

OLEHI GEDE YOGI ASTAWAN

(1404405030)

JURUSAN TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA

2015

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa, karena berkat rahmat dan petunjuk-Nya makalah berjudul “Pembangkit Listrik Tenaga Surya” ini dapat diselesaikan.

Terima kasih penulis ucapkan kepada semua pihak yang telah banyak membantu penulis dalam penyusunan makalah ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

Makalah ini bertujuan untuk memenuhi tugas mata kuliah Dasar Teknik Tenaga Listrik. Disamping itu juga untuk memberikan informasi kepada para pembaca mengenai materi pembangkit listrik tenaga surya.

Penulis menyadari sepenuhnya makalah ini masih jauh dari sempurna, sehingga penulis mengharapkan berbagai saran dan kritik yang bersifat membangun, agar nantinya dapat dijadikan pedoman bagi penulis dalam penyusunan makalah berikutnya.

Jimbaran, 03 Maret 2015

Penulis

ii

DAFTAR ISI

Halaman Judul...................................................................................................... iKata Pengantar..................................................................................................... iiDaftar Isi............................................................................................................. iiiDaftar Gambar.....................................................................................................ivBAB I PENDAHULUAN................................................................................... 11.1 Latar Belakang............................................................................................... 11.2 Rumusan Masalah.......................................................................................... 11.3 Tujuan............................................................................................................ 11.4 Manfaat.......................................................................................................... 1BAB II PEMBAHASAN.................................................................................... 22.1 Pengertian Pembangkit Listrik Tenaga Surya.............................................. 2 2.2 Keunggulan dan Kekurangan Pembangkit LIstrik Tenaga Surya................ 2 2.3 Komponen-Komponen dalam Pembangkit Listrik Tenaga Surya................. 22.4 Cara Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Surya............................................... 72.5 Kuantitas Energi Listrik yang Dihasilkan Pembangkit Listrik Tenaga

Surya.............................................................................................................. 8BAB III PENUTUP............................................................................................ 93.1 Simpulan........................................................................................................ 93.2 Saran.............................................................................................................. 9DAFTAR PUSTAKA........................................................................................ 10

iii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Array panel surya............................................................................. 3Gambar 2. Struktur sel surya.............................................................................. 4Gambar 3. Baterai VRLA................................................................................... 6Gambar 4. Solar charge controller...................................................................... 6Gambar 5. Inverter.............................................................................................. 7Gambar 6. Skema konversi cahaya menjadi energi listrik................................. 8Gambar 7. Skema kerja pembangkit listrik tenaga surya................................... 8

iv

v

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangDengan semakin kompleksnya kebutuhan manusia maka juga akan

berdampak pada semakin meningkatnya kebutuhan terhadap energi. Saat ini energi utama yang paling banyak digunakan adalah bahan bakar minyak. Padahal saat ini keberadaan bahan bakar minyak sudah semakin menipis dan diperkirakan akan habis pada 42 tahun mendatang. Selain itu pemakaian bahan bakar minyak juga menyebabkan terjadinya polusi udara yang berkontribusi pada pemanasan global.

Sehingga perlu dicari suatu energi alternatif yang ramah lingkungan dan berkesinambungan sehingga tidak akan pernah habis. Salah satu energi alternatif ramah lingkungan yang sesuai dengan wilayah Indonesia adalah pembangkit listrik tenaga surya, karena Indonesia berada pada daerah iklim tropis sehingga mendapat intensitas radiasi matahari yang tinggi. Selain itu dengan kondisi geografis Indonesia yang terdiri dari gugus kepulauan, pembangunan pembangkit listrik tenaga surya akan menghemat penggunaan kabel transmisi energi listrik.

Oleh karena itu perlu dikembangkan pembangkit listrik tenaga surya di Indonesia untuk mencukupi kebutuhan energi listrik dalam negeri.1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas dapat dirumuskan beberapa masalah, yaitu:1. Apa pengertian pembangkit listrik tenaga surya?2. Apa saja keunggulan dan kekurangan pembangkit listrik tenaga surya?3. Apa saja komponen dalam pembangkit listrik tenaga surya?4. Bagaimanakah cara kerja pembangkit listrik tenaga surya?5. Bagaimanakah kuantitas energi listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik

tenaga surya?1.3 Tujuan

Tujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut:1. Untuk mengetahui pengertian pembangkit listrik tenaga surya.2. Untuk mengetahui keunggulan dan kekurangan pembangkit listrik tenaga

surya.3. Untuk mengetahui komponen dalam pembangkit listrik tenaga surya.4. Untuk mengetahui cara kerja pembangkit listrik tenaga surya.5. Untuk mengetahui kuantitas energi listrik yang dihasilkan pembangkit listrik

tenaga surya.

1.4 ManfaatDengan penulisan makalah ini diharapkan dapat bermanfaat bagi pembaca

dalam menambah wawasan dan dapat dijadikan sebagai sumber refrensi.

1

BAB IIPEMBAHASAN

2.1 Pengertian Pembangkit Listrik Tenaga SuryaPembangkit listrik tenaga surya (PLTS) merupakan pembangkit listrik

yang memanfaatkan energi cahaya matahari untuk menghasilkan energi listrik. Pembangkit listrik tenaga surya bermula dengan adanya penemuan efek fotovoltaik (fotolistrik) oleh Edmund Becquerel pada tahun 1839 yang merupakan awal dari penemuan sel surya. Tahun 1894 Charles Fritts membuat Solar Cell pertama yaitu suatu bahan semikonduktor (selenium) dibalut dengan lapisan tipis emas. Tingkat efisiensi yang dicapai baru 1% sehingga belum juga dapat dipakai sebagai sumber energi, namun kemudian dipakai sebagai sensor cahaya.

Di Indonesia sejarah perkembangan PLTS sudah dimulai sejak 1987 pada awal itu, BPPT dimulai dengan pemasangan 80 unit di desa sukatani jawa barat. Pada tahun 1991 dilanjutkan dengan proyek bantuan presiden (banpres listrik tenaga surya masuk desa) untuk pemasangan 13445 unit SHS di 15 propinsi.2.2 Keunggulan dan Kelemahan Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Berikut adalah keunggulan dari penggunaan pembangkit listrik tenaga surya, yaitu;1. Tidak menimbulkan polusi gas rumah kaca sehingga tidak akan menyebabkan

pemanasan global dan juga tidak menimbulan polusi suara.2. Cahaya matahari yang tersedia melimpah.3. Pembangkit listrik tenaga surya sesuai dengan kondisi semua geografis.4. Panel surya mudah dipasang dan memiliki biaya pemeliharaan yang sangat

rendah.5. Dapat digunakan pada daerah terpencil.6. Panel surya memiliki masa pakai yang panjang yaitu sekitar 25 sampai 30

tahun.7. Tidak kehilangan banyak efisiensi dalam masa pakai yang lebih dari 20 tahun.

Selain memiliki keunggulan pembangkit listrik tenaga surya juga masih memiliki beberapa kelemahan, yaitu:1. Panel surya masih relatif mahal meskipun telah banyak mengalami penurunan

harga.2. Efisiensi yang masih kecil yaitu kurang dari 20%, sehingga banyak energi

matahari yang terbuang sia-sia menjadi panas.3. Panel surya terbuat dari beberapa bahan yang tidak ramah lingkungan, seperti

silikon,selenium, kadnium, dan heksafluorida.4. Energi yang dihasilkan tergantung pada cuaca.

2.3 Komponen-Komponen dalam Pembangkit Listrik Tenaga Surya

2

Dalam suatu sistem pembangkit listrik tenaga surya terdapat beberapa komponen yang bekerja secara sinergis, yaitu:1. Panel surya (Solar panel/photovoltaic)

Panel surya merupakan komponen pembangkit listrik tenaga surya yang berfungsi untuk mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik. Panel surya terdiri dari gabungan beberapa (biasanya 28-36) sel surya yang disusun sedemikian rupa. Gabungan dari beberapa panel surya disebut dengan array panel surya.

Gambar 1. Array panel surya

Sel surya bekerja berdasarkan prinsip efek fotolistrik (fotoelectric). Efek fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron dari suatu permukaan logam akibat terkena radiasi cahaya dengan frekuensi yang melebihi frekuensi ambang logam tersebut.

Secara umum sel surya terdiri dari:a. Substrat (Metal backing)

substrat juga harus mempunyai konduktifitas listrik yang baik karena juga Substrat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya. Material berfungsi sebagai kontak terminal positif sel surya, sehinga umumnya digunakan material metal atau logam seperti aluminium atau molybdenum. Pada sel surya lapisan ini terletak paling bawah.

b. Material semikonduktorMaterial semikonduktor merupakan bagian inti dari sel surya yang biasanya mempunyai tebal sampai beberapa ratus mikrometer untuk sel surya generasi pertama (silikon), dan 1-3 mikrometer untuk sel surya lapisan tipis. Material semikonduktor berfungsi menyerap cahaya dari sinar matahari. Untuk industri elektronik semikonduktor yang umum digunakan adalah silikon. Sedangkan untuk sel surya lapisan tipis, material semikonduktor yang umum digunakan adalahCu(¿ , Ga)(S , Se)2(CIGS), CdTe (Kadmium Telluride), dan Amorphous

Silicon. Bagian semikonduktor terdiri dari junction atau gabungan dari dua material semikonduktor yaitu semikonduktor tipe P (biasanya menggunakan

3

silikon yang telah didoping dengan atom Boron) dan tipe N (Silikon yang telah didoping dengan Fosfor) yang membentuk P N junction. 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. Karena adanya perbedaan muatan pada junction menyebabkan timbul medan listrik internal pada daerah P-N junction. Medan listrik ini cenderung berlawanan dengan perpindahan hole maupun elektron pada awal terjadinya daerah junction. Sehingga terjadi titik keseimbangan yang mencegah seluruh elektron dan hole berpindah dari semikonduktor yang satu ke semiikonduktor yang lain.

c. Kontak metal (contact grid)

Kontak metal merupakan lapisan kontak negatif diatas sebagian material semikonduktor.

d. Lapisan antireflektifLapisan antirefleksi adalah lapisan tipis material dengan besar indeks refraktif optik antara semikonduktor dan udara yang menyebabkan cahaya dibelokkan ke arah semikonduktor sehingga meminimumkan cahaya yang dipantulkan kembali.

e. Enkapsulasi (cover glass)Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul surya dari hujan atau kotoran.

Gambar 2. Struktur sel surya

Sel surya ada beberapa jenis yaitu:a. Polikristal (Poly-Crystalline)

Polikristal merupakan sel surya yang memiliki susunan kristal acak. Memiliki bentuk yang luas, tetapi dapat menghasilkan daya listrik pada saat cuaca mendung. Sesuai digunakan pada daerah yang luas. Polikristal memiliki efisiensi antara 13%-16%.

4

b. Monokristal (Mono-Crystalline)Monokristal memiliki efisiensi hingga 15%-20%, namun daya listrik yang dihasilkan akan turun drastis pada saat cuaca mendung. Kelemahan sel surya monokristal jika disusun membentuk panel surya akan menyisakan banyak ruangan yang kosong karena sel surya seperti ini umumnya berbentuk segi enam atau bula

c. Thin film yang terdiri dari:1. Amorphous silicon

Amorphous silicon memiliki efisiensi dan daya tahan yang cukup baik 6% - 8%. Amorphous biasanya digunakan pada alat komersial seperti kalkulator. Metode produksi Amorphous silicon disebut "stacking" (susun lapis), dimana beberapa lapis Amorphous Silicon ditumpuk membentuk sel surya.

2.  Cadmium Telluride (CdTe) Solar CellsSel surya jenis ini mengandung bahan Cadmium Telluride yang memiliki efisiensi lebih tinggi dari sel surya Amorphous Silicon, yaitu sekitar: 9% - 11%.

3. Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) Solar Cells.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.

2. Baterai (Accumulator)Baterai adalah alat yang menyimpan energi listrik yang dihasilkan oleh

pembangkit listrik tenaga surya dalam bentuk energi kimia, sehingga dapat digunakan saat periode radiasi matahari rendah atau pada malam hari. Baterai yang biasa digunakan dalam aplikasi surya adalah baterai yang bebas pemeliharaan bertimbal asam (maintenance-free lead-acid batteries), yang juga disebut baterai recombinant atau VRLA (Valve Regulated Lead Acid).

Baterai berfungsi untuk memberikan daya listrik kepada sistem ketika daya tidak disediakan oleh array panel-panel surya, dan untuk menyimpan kelebihan daya yang ditimbulkan oleh panel-panel setiap kali daya itu melebihi beban. Selama waktu adanya cahaya matahari, array panel menghasilkan daya listrik, jika yang tidak digunakan dengan segera dipergunakan untuk mengisi baterai. Selama waktu tidak adanya matahari, permintaan daya listrik disediakan oleh baterai.

5

Gambar 3. Baterai VRLA

3. Solar Charge ControllerSolar Charge Controller merupakan komponen yang berfungsi sebagai

pengatur penyimpanan energi listrik yang dihasilkan pembangkit listrik tenaga surya ke dalam baterai untuk menghindari penyimpanan dan pengeluaran yang berlebihan, sehingga baterai bekerja dalam kondisi seharusnya. Untuk menjamin charging dan discharging baterai yang baik, regulator menjaga informasi kondisi penyimpanan daya (State of Charge atau SoC) baterai. SoC diukur berdasarkan pada tegangan sebenarnya dari baterai. Dengan mengukur tegangan baterai dan diprogram dengan tipe teknologi penyimpanan yang digunakan oleh baterai, pengatur bisa mengetahui titik tepat di mana baterai akan mengalami charge atau discharge yang berlebihan. Baterai umumnya di-charge pada tegangan 14 – 14.7 Volt.

Gambar 4. Solar charge controller

4. InverterInverter berfungsi untuk mengubah arus DC yang dihasilkan pembangkit

listrik tenaga surya menjadi arus AC.

6

Gambar 5. Inverter

5. KabelKabel berfungsi untuk menyalurkan arus listrik. Kabel yang digunakan

pada pembangkit listrik tenaga surya harus tahan terhadap UV dan temperatur dry bulb udara luar.6. Penangkal petir

Penangkal petir biasa dipasang pada sistem pembangkit listrik yang berada di tempat tinggi, untuk menghindari sambaran petir.

2.4 Cara Kerja Pembangkit Listrik Tenaga SuryaBerikut ini adalah cara kerja pembangkit tenaga surya:

1. Panel surya mengubah energi cahaya (foton) menjadi energi listrik berdasarkan prinsip efek fotolistrik. Ketika cahaya matahari mengenai panel surya, maka cahaya matahari akan terus diserap ke lapisan material semikonduktor. Sehingga menyebabkan elektron pada semikonduktor dan P-N junction terlepas akibat efek fotolistrik. Terlepasnya elektron ini meninggalkan hole pada daerah yang ditinggalkan oleh elektron yang disebut dengan fotogenerasi elektron-hole (electron-hole photogeneration) yakni, terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat cahaya matahari. dikarenakan pada P-N junction terdapat medan listrik E, elektron hasil fotogenerasi tertarik ke arah semikonduktor tipe N, begitu pula dengan hole yang tertarik ke arah semikonduktor tipe P. Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka elektron akan mengalir melalui kabel. Sehingga muncul aliran arus listrik searah (D)C akibat pergerakan elektron.

7

Gambar 6. Skema konversi cahaya menjadi energi listrik

2. Energi listrik yang dihasilkan panel surya disimpan pada baterai ataupun digunkan secara langsung. Ketika energi listrik yang dihasilkan melebihi energi yang dibutuhkan beban maka akan disimpan pada baterai, bersamaan dengan itu Solar Charge Controller akan bekerja.

3. Apabila energi yang dihasilkan sel surya tidak mampu mencukupi kebutuhan energi beban maka energi yang tersimpan dalam baterai akan dikeluarkan untuk memenuhinya.

4. Inverter digunakan ketika ada beban yang membutuhkan arus listrik bolak-balik (AC). Komponen ini akan mengubah arus DC menjadi AC

Gambar 7. Skema kerja pembangkit listrik tenaga surya

8

2.5 Kuantitas Energi Listrik yang Dihasilkan Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Besarnya energi yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga surya bergantung pada:1. Intensitas cahaya yang diterima.2. Luas permukaan panel surya.3. Efisiensi dari sel surya yang digunakan.

Saat ini setiap sel surya rata-rata menghasilkan tegangan kurang lebih 0,5 Volt. Satuan daya listrik yang dihasilkan pembangkit listrik tenaga surya adalah Watt Peak (WP) yang menunjukkan daya maksimum yang dapat dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga surya. Besarnya daya panel surya terdiri dari beberapa ukuran, yaitu 10 WP, 20 WP, 50 WP, 80 WP, 100 WP,120 WP, dan 240 WP.

9

BAB IIIPENUTUP

3.1 SimpulanPembangkit listrik tenaga surya (PLTS) merupakan pembangkit listrik

yang memanfaatkan energi cahaya matahari untuk menghasilkan energi listrik. Salah satu keuntungan penggunaan pembangkit listrik tenaga surya adalah tidak menimbulkan polusi, hanya saja efisiensi sel surya saat ini masih relatif rendah. Komponen utama pembangkit listrik tenaga surya adalah panel surya yang berfungsi mengubah energi cahaya (foton) menjadi energi listrik, baterai sebagai penyimpanan sementara, solar charge controller sebagai pengatur charge dan discharge baterai, dan inverter yang berfungsi mengubah arus searah (DC) yang dihasilkan panel surya menjadi arus bolak-balik (AC). Besarnya energi yang dihasilkan panel surya bergantung pada intensitas cahaya yang diterima., luas permukaan panel surya, dan efisiensi dari sel surya yang digunakan. Satuan daya listrik yang dihasilkan pembangkit listrik tenaga surya adalah Watt Peak (WP) yang menunjukkan daya maksimum yang dapat dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga surya.

3.2 SaranPerlu dilakukan pengembangan terhadap sel surya sehingga nantinya

terwujud sel surya dengan efisiensi yang besar dan dengan harga yang murah.

10

DAFTAR PUSTAKA

Abadi, Rinawan, dkk. 2013. PR Fisika. Klaten: PT Intan Pariwara.Chasanah, Nur. 2013. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA (MURAH,

HEMAT, TAHAN LAMA). Diakses dari http://kedaikita13.blogspot.com/2013/05/pembangkit-listrik-ienaga-surya.html pada tanggal 02 Maret 2015.

Gifars, Faisal. 2012. Cara Kerja Sel Surya. Diakses dari http://www.fisika-indonesia.blogspot.com/2012/11/cara-kerja-sel-surya.html pada tanggal 02 Maret 2015.

Lingkunganitats. 2013. Memanfaatkan energi matahari menjadi tenaga listrik melalui Sel surya (Solar Cell). Dikases dari https://lingkunganitats.wordpress.com/2013/11/11/memanfaatkan-energi-matahari-menjadi-tenaga-listrik-melalui-sel-surya-solar-cell/ pada tanggal 03 Maret 2015.

Sulistyo, Eko. 2015. Pembangkit Listrik Tenaga surya (PLTS). Diakses dari http://www.polman-babel.ac.id/berita-321-pembangkit-listrik-tenaga-surya-plts-.html pada tanggal 03 Maret 2015.

Yusuf, Fadhli. 2013. Sel Surya. Diakses dari https://mhs.blog.ui.ac.id/fadhli.yusuf/2013/08/08/sel-surya ada tanggal 03 Maret 2015.

11