INTRODUCTION, PHOTOVOLTAIC, INVERTER DAN STORAGE

INTRODUCTION Pada awalnya bahan bakar fosil digunakan sebagai

sumber utama bahan bakar karena pada saat itu suhu bumi masih sangat dingin.

Seiring bertambahnya waktu timbul rasa ketergantungan terhadap bahan bakar fosil untuk memenuhi kebutuhan hidup manusia dan lama kelamaan bahan bakar fosil menjadi sumber daya utama pada saat itu.

Dampak negatif dari penggunaan bahan bakar fosil adalah besarnya kuantitas gas emisi yang dihasilkan. Gas emisi yang ini kemudian menghangatkan udara pada saat itu dan juga memanaskan suhu bumi secara keseluruhan (Globar Warming)

Untuk mengatasi hal ini maka bahan bakar fosil harus segera diganti dengan bahan bakar yang ramah lingkungan.

POTENSI ENERGI MATAHARI

Setiap tahunnya matahari memancarkan cahaya dengan kapasitas energi 14000 kali lipat dari jumlah energi yang bumi butuhkan.

Dalam satu dekade terakhir pembangkitan listrik dengan memanfaatkan energi matahari menjadi semakin efisien dilihat dari jumlah gas emisi yang dihasilkan (270 g/kWh – 30 g/kWh)

Batu bara : 1000 g/kWh Gas alam : 400 g/kWh Minyak : 720 g/kWh

PHOTOVOLTAIC

Proses perubahan radiasi cahaya matahari menjadi energi listrik.

Memanfaatkan photon dari cahaya matahari (infrared dan ultraviolet) yang kemudian menggerakkan elektron yang tersebar di permukaan semikonduktor.

Perpindahan elektron ini yang kemudian menyebabkan adanya arus listrik dan beda potensial

Teknologi PV dapat dikatakan modular dimana dalam pemasangan, perawatan dan pengembangannya relatif mudah.

Dari segi biaya PV cenderung bisa menjadi lebih murah karena selalu ada penelitian yang menghasilkan material-material baru yang lebih efektif dan efisien.

Efisiensi PV dalam mengkonversi energi adalah perbandingan antara energi yang dihasilkan dengan energi yang diterima dari cahaya matahari

Efektifitas PV dalam mengkonversi cahaya matahari menjadi energi listrik menurut percobaan STC (Standart Test Conditions) dipengaruhi oleh 2 faktor utama yaitu :

Energi yang dibawa oleh pancaran cahaya matahari

Suhu panel surya (solar cell) Distribusi radiasi matahari yang mengenai panel

surya dipengaruhi oleh ketebalan dan kondisi atmosfir daerah solar cell tersebut bekerja

PV GENERATOR

Tegangan yang dihasilkan oleh satu cell relatif kecil yaitu sebesar 0.3v untuk germanium dan 0.7v untuk silicon.

Untuk mendapatkan keluaran tegangan yang lebih besar setiap cell surya dipasang dalam bentuk seri.

Deretan cell surya yang terpasang secara seri disebut “strings”

Umunya Strings diatur agar keluaran tegangannya mencapai 17-35v untuk aplikasi yang tidak terhubung ke grid.

Berdasarkan penelitian STC sebuah panel surya diuji dengan radiasi cahaya yang berbeda (divariasikan) dalam suhu ruangan dan suhu panel surya ditetapkan pada suhu 25o C menunjukkan panel surya menghasilkan energi listrik paling optimal pada radiasi antara 350-1000 w/m2 .

Penelitian STC yang lain menguji dengan memvariasikan suhu panel dengan radiasi yang sama. Hasilnya menunjukkan suhu optimal untuk menghasilkan tegangan dan arus yang seimbang adalah pada suhu 25o C. Penurunan tegangan yang signifikan terjadi ketika suhu panel mencapai 40o C.

PERHITUNGAN DAYA

Fill factor (FF) adalah perbandingan antara daya optimal ( Popt ) dengan daya maksimal saat beroperasi ( Pmax )

Popt = Isc . Voc Pmax = Pmp = Imp . Vmp

BYPASS DIODE Seperti rangkaian seri pada umumnya elemen dengan arus

terendah menjadi patokan total arus dalam rangkaian tersebut. Untuk menghindari hilangnya daya maka dalam sebuah strings digunakan cell dengan arus yang sama.

Masalah muncul ketika dalam deretan cell (strings) terdapat beberapa cell yang tidak terkena cahaya matahari. Cell ini akan bertindak sebagai beban dan arus akan kembali mengalir ke cell yang menjadi beban. Hal ini jika terjadi secara masif akan menghasilkan kerusakan pada cell tersebut.

Untuk menghindari hal ini dipasangkan sebuah dioda yang arahnya dipasang berlawanan dengan arah arus dari cell secara paralel dari strings tersebut.

Cara lain untuk mengatasi masalah ini adalah dengan menggunakan solar cell dengan low reverse breakthrough voltage (cont : multicrystalline solar cell) atau cell yang sudah terintegrasi bypass diode.

TERMINAL LISTRIK

Sebuah panel surya pada aplikasinya dilindungi oleh lapisan pelindung yang terbuat dari material plastik atau kaca.

Panel yang telah terlindungi disebut “module”

Pada bagian tepi module umumnya terpasang terminal yang dilindungi oleh kotak plastik atau pelindung lainnya untuk mempermudah ekspansi module tersebut.

Beberapa negara memiliki regulasi tertentu untuk membatasi besar tegangan yang dihasilkan dalam satu pembangkit.

Untuk mendapatkan keluaran daya yang lebih besar tanpa melebihi batas-batas tegangan tertentu deretas strings dapat disusun secara paralel

Untuk mengatasi reverse current pada strings yang disusun secara paralel, ada beberapa solusi yang bisa dipertimbangkan yaitu :

bypass diode dipasang secara seri terhubung ke setiap strings.

Memasang sensor medan magnet untuk mendeteksi reverse current yang kemudian memicu saklar on-off

MECHANICAL PROPERTIES Sandwich Lamination

Panel surya dilindungi oleh lapisan-lapisan yang umumnya terbentuk dari bahan kaca / plastik.

Framing Umumnya terbentuk dari bahan alumunium.

Berfungsi untuk menahan sel surya dengan pelindungnya.

Untuk menghemat biaya dan juga mempermudah proses pembersihan frameless module semakin sering digunakan.

Pemasangan Module berbingkai harus menggunakan sekrup

tahan karat yang terbuat dari bahan stainless steel. Module tanpa bingkai (frameless module) dipasang

dengan menggunakan fixture compound

Efisiensi panel surya yang tersedia di pasar sekarang umumnya memiliki efisiensi sebesar 20-21% (25% di laboratorium)

Ketika beroperasi efisiensi panel surya bisa turun menjadi 15-17% hal ini dikarenakan :

Turunnya jumlah refleksi optik akibat pancaran cahaya matahari yang tidak tegak lurus dengan panel surya

Rendahnya energi yang dibawa sinar matahari Pengurangan besar arus yang mengalir akibat tekanan

udara yang terlalu rendah. Panel surya yang tidak mendapat sinar matahari akan

bertindak sebagai beban sehingga mengurangi tegangan yang dihasilkan.

Losses yang diakibatkan oleh kabel (posisi inverter dan storage umumnya berada di bangunan yang relatif jauh dari PV generator) adalah sekitar 3%

INVERTERS

Meskipun listrik yang dihasilkan oleh PV berubah-ubah akibat perbedaan tingkatan sinar matahari, listrik tetap harus dikirimkan. Terutama ketika saat pembangkitan berbeda dengan saat pemakaian. Untuk mengatasi hal ini maka diperlukan komponen-komponen pendukung seperti storage dan inverter. Inverter berfungsi untuk memfasilitasi kebutuhan masyarakat akan arus AC.

Rectangular inverters Trapezoid inverter Rotating inverters

PWM

State of the art dari sebuah inverter adalah teknologi PWM (Pulse Width Modulation) dimana sinyal DC dinyalakan dan dimatikan dalam jangka waktu yang sangat cepat sedemikian sehingga integral dari sinyal yang dihasilkan sama dengan nilai sinus yang diinginkan.

INVERTER FOR GRID INJECTION

JENIS-JENIS INVERTER

External Commutated Inverter ( >1MW) Self Commutated Inverter (<1MW) Inverter based on PWM

STORAGE

Electrical Storage Mechanical Storage Electrochemically Storage

FAKTOR PENTING

Gassing Operating Temperature Self Discharge Deep Discharge Sulfation

JENIS-JENIS LEAD-ACID BATTERY

SLI (Starting-Lightning-Ignition) Battery* Industrial Battery (Longer Cycle) Solar Battery (combined SLI-Industrial)* Industrial Battery Variations VRLA (maintenance free battery) (reduce

water loss)

NICKEL CADMIUM BATTERY

+Higher energy density than lead acid battery

+Can be fully discharged +Excellent low temperature performance +Low internal resistance -Two times more expensive -Hazardous -Lower Efficiencies -memory effect

NICKEL HYDRIDE BATTERY

+50% higher capacity Electrode materials is less hazardous Less memory effect Might substitute Nickel cadmium battery

LITHIUM ION BATTERY

Quite Expensive High energy density Excellent efficiencies

PV SYSTEMS IN THE TROPICS

Sasaran terbaik untuk sistem PV pada dasarnya adalah daerah-daerah tropis di sepanjang garis khatulistiwa. Selain karena daerah ini kaya akan sinar matahari, daerah tropis sering kali kesulitan mendapat pasokan listrik dari grid karena karakteristrik geografisnya yang sulit dijangkau.

Layout yang sederhana membuat sistem PV terbilang handal untuk menciptakan sebuah daerah dengan sumber energi mandiri.

PRA INSTALASI

Perkirakan pemakaian beban jangka panjang dan gunakan peralatan berefisiensi tingi.

Straightforward planning, constant readiness, controlling and observation

Gunakan komponen-komponen lokal, lebih murah dan menghemat waktu

Utamakan detail (kualitas & kuantitas) dalam mengimport komponen-komponen yang tidak tersedia di pasar lokal.

Pelajari budaya lokal Interaktif Training

PERMASALAHAN TEKNIS

Untuk pemasangan stainless steel adalah pilihan terbaik di medan terjal.

Gunakan rivet untuk mencegah pencurian. Simpan batere atau inverter di tempat yang

aman selain mencegah pencurian juga untuk mencegah kecelakaan

ENERGY STORAGE

Untuk menghemat biaya gunakan maintenance free Lead-acid Battery.

Gunakan batere buatan lokal dengan kapasitas tegangan yang lebih besar dari batere biasa (12v untuk setiap kebutuhan diatas 1.3 kWh).

Batere dengan tegangan diatas 50v harus diperhatikan keamanannya.

Ganti batere minimal 4x selama pemakaian sistem PV

Hindari menggunakan ventilasi dengan kipas untuk mengurangi biaya perawatan. Gunakan ventilasi yang natural.

Kondisikan suhu ruangan untuk inverter / storage pada temparatur maksimal 60^C. Umumnya temperatur maksimal untuk power condiotioning system adalah 55^C

PERAWATAN

Menjaga kebersihan PV module, ruang penyimpanan inverter dan storage adalah faktor yang sangat penting untuk diperhatikan. PV module yang tidak terkena cahaya secara optimal akan berdampak pada daya keluaran keseluruhan. Ruangan yang lembab dan tidak terawat berpotensi menjadi sarang binatang.

Menghadirkan petugas dari daerah setempat akan sangat membantu dalam proses perawatan sistem PV

JENIS-JENIS SOLAR CELL

SINGLE CRYSTALLINE SILLICON

Sangat mahal karena proses pembuatannya melalui beberapa proses yang rumit dan berulang-ulang

Umumnya digunakan untuk pemakaian luar angkasa

Sangat efisien

MULTI CRYSTALLINE SILICON

Cukup Efisien Karena proses pembuatannya tidak serumit

single crystalline silicon harga menjadi lebih murah

Lebih sering digunakan untuk pemakaian-pemakaian domestik

AMORPHOUS SILICON SOLAR CELL

Terbuat dari thin film Terdiri dari lapisan p-i-n region Karekteristik region i berkurang seiiring

terkena cahaya matahari

OPTIMALISASI

Improving irradiance by tracking the sun