soal dan tugas pembangkit listrik tenaga surya · pdf fileiid moh. abdul wahid (npm :...

SOAL DAN TUGAS

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA

Mata Kuliah Manajemen Energi & Teknologi

Dosen : Totok Herwanto

DISUSUN OLEH :

IID MOH. ABDUL WAHID

250120140017

MAGISTER ILMU LINGKUNGAN

UNIVERSITAS PADJAJARAN

2014

Iid Moh. Abdul Wahid (NPM : 250120140017)

Manajemen Energi & Teknologi 1

SOAL :

1. Sebutkan perbedaan fungsi dari Solar Cell dengan Solar Water Heating

dan Solar Furnaces.

JAWAB :

Perbedaannya adalah :

- Solar cell untuk merobah cahaya langsung menjadi listrik. Pada saat

cuaca cerah kita dapat memperoleh daya yang cukup untuk

menghidupkan satu buah bola lampu 1000 W dari 1 m2 solar panel.

Alat ini pada awalnya dikembangkan dalam rangka untuk

menyediakan kebutuhan listrik untuk satelit

- Solar water heating Alat ini menggunakan panas dari Matahari

untuk memanaskan air dalam gelas panel diatas atap rumah. Ini

berarti tidak lagi digunakan gas atau listrik yang banyak untuk

memanaskan air kebutuhan rumah tangga. Air dipompakan melalui

pipa pipa dalam suatu panel. Pipa di cat dengan cat hitam sehingga

dapat menyerap panas bila cahaya matahari mengenainya. Cara

seperti ini sangat membantu sekali dalam pembuatan sistem

pemanasan sentral

- Solar Furnances atau Tungku Surya menggunakan luasan yang

sangat luas dari susunan kaca untuk mengumpulkan energi cahaya

matahari kedalam ruangan yang sempit sebagai fokusnya dan

menghasilkan temperatur yang sangat tinggi.

2. Bahan apa yang digunakan untuk membuat Solar Cell dan bagaiman

prinsip kerja Solar Cell tersebut ?

JAWAB :

Sel surya terdiri dari beberapa jenis bahan semikonduktor. Bahan

semikonduktor sendiri merupakan bahan yang dapat mengantarkan

arus listrik saat disuplai dengan cahaya atau panas, tetapi pada suhu

rendah akan beroperasi sebagai insulator. Pada saat ini 95 persen dari

sel surya di dunia dibuat dengan menggunakan Sillikon (Si). Selain

sebagai bahan terbanyak kedua di bumi, dalam proses pengolahannya

silikon tidak akan merugikan lingkungan. Dengan "hanya"

mendopingnya dengan bahan material lain (bahan bermuatan positif

atau negatif), silikon dapat digunakan untuk memproduksi sel surya.

Dua layer silikon yang telah di doping berbeda akan digabungkan dan

menghasilkan p-n junction, seperti tampak pada gambar 1.



Gambar 1 Model Sel Surya tipe crystalline

PEMILIHAN MATERIAL BAHAN

Syarat utama suatu sel surya dikatakan baik adalah mempunyai

efisiensi tinggi, murah dan dapat diandalkan. Banyak konfigurasi

material bahan yang telah diajukan dan didemonstrasikan dengan

tingkat kesuksesan yang tinggi. Akan tetapi, untuk mendapatkan hasil

yang maksimum baik dari segi efisiensi; harga dan kehandalan, masih

banyak tantangan yang harus dipecahkan sampai dengan saat

ini. Meskipun demikian, ada beberapa kriteria dasar yang harus

diperhatikan dalam setiap penyusunan bahan material untuk

pembuatan sel surya, sebagai berikut:

1. Stuktur permukaan didesain untuk mengurangi rugi-rugi

refleksi, sebagai contohnya konstruksi permukaan sel berbentuk

piramida sehingga cahaya yang dating akan mengenai permukaan

beberapa kali. Material yang dapat digunakan dalam desain

piramida ini diantaranya gallium arsenide (GaAs), cadmium

telluride (CdTe) atau copper indium selenide (CuInSe2).

2. Tandem atau Stacked Cells, dengan tujuan agar dapat digunakan

pada spektrum radiasi lebar.

3. MIS Inversion Layer Cells, medan listrik di dalam sel tidak

diproduksi oleh p-n junction, tetapi oleh junction thin oxide layer di

semikonduktor.

4. Gratzel cells, merupakan electrochemical liquid sel dengan

titanium oxide sebagai electrolytes dan dye untuk meningkatkan

penyerapan cahaya.

Konfigurasi material yang sering digunakan dalam pembuatan sel surya

adalah Solar sel Kristal-Si. Sel surya dibuat dari silikon yang berbentuk

bujur sangkar pipih dengan ukuran 5 x 5 cm atau 10 x 10 cm persegi.

http://panelsuryaindonesia.com/images/sampledata/model-sel-surya-tipe-crystalline.jpg



Ketebalan silikon ini sekitar 2 mm. Lempengan bujur sangkar pipih ini

disebut dengan wafer silikon untuk sel surya. Bentuk wafer silikon sel

surya berbeda dengan wafer silikon untuk semikonduktor lain (chip,

prosesor komputer, RAM memori) yang berbentuk bundar pipih meski

memiliki ketebalan yang sama, dapat dilihat pada gambar.

Gambar 2 Wafer Silikon untuk Keperluan elektronika (bundar pipih)

dan sel surya (persegi)

Wafer silikon ini dibuat melalui proses pembuatan wafer silikon dengan

memanfaatkan silikon berkadar kemurnian tinggi sebelumnya

(semiconductor grade silicon). Secara ringkas, penulis paparkan

beberapa cara membuat wafer silikon untuk keperluan sel surya.

a. Wafer silikon jenis monokristal.

Mono kristal di sini berarti silikon tersebut tersusun atas satu kristal

saja. Sedangkan jenis lain ialah wafer silikon polikristal yang terdiri

atas banyak krstal. Wafer silikon monokristal dibuat melalui proses

Czochralski (Cz) yang merupakan jantung dari proses pembuatan

wafer silikon untuk semikonduktor pula. Prosesnya melibatkan

peleburan silikon semiconductor grade, diikuti dengan pemasukan

batang umpan silikon ke dalam leburan silikon. Ketika batang umpan

ini ditarik perlahan dari leburan silikon, maka secara otomatis silikon

dari leburan akan mennempel di batang umpan dan membeku

sebagai satu kristal besar silikon. Suhu proses berkisar antara 1000-

1200 derajat Celsius, yakni suhu di mana silikon dapat

melebur/meleleh/mencair. Silikon yang telah membeku ini akhirnya

dipotong-potong menghasilkan wafer dengan ketebalan sekitar 2

milimeter.

http://panelsuryaindonesia.com/images/sampledata/wafer-silikon-panel-surya.jpg



Gambar 3 Reaktor tempat Pembuatan Wafer Silikon

Gambar 4 Keadaan Silikon yang tengah ditarik oleh batang pengumpan

http://panelsuryaindonesia.com/images/sampledata/reaktor-wafer-silikon-panel-surya.jpg



Gambar 5 Wafer Silikon yang dihasilkan

Gambar 6 Sel Surya yang menggunakan bahan dasar silikon monokristal

b. Wafer silikon jenis polikristal.

Wafer silikon monokristal relatif jauh lebih sulit dibuat dan lebih

mahal. Silikon monokristal inilah yang digunakan untuk bahan dasar

semikonduktor pada mikrochip, prosesor, transistor, memori dan

sebagainya. Keadaannya yang monokristal (mengandung hanya satu

kristal tunggal) membuat silikon monokristal nyaris tanpa cacat dan

sangat baik tingkat hantar listrik dan panasnya. Sel surya akan

bekerja dengan sangat baik dengan tingkat efisiensi yang tinggi jika

menggunakan silikon jenis ini.

Namun demikian, perlu diingat bahwa isu besar sel surya ialah

bagaimana menurunkan harga yang masih jauh dari jangkauan

masyarakat. Penggunaan silikon monokristal jelas akan melonjakkan

harga sel surya yang akhirnya justru kontraprduktif. Komunitas

industri dan peneliti sel surya akhirnya berpaling ke jenis silikon yang



lain yang lebih murah, lebih mudah dibuat, meski agak sedikit

mengorbankan tingkat efisiensinya. Saat ini, baik silikon monokristal

maupun polikristal sama sama banyak digunakan oleh masyarakat.

Gambar 7 Contoh aktifitas Peleburan Material

Gambar 8 Sel Surya Berbahan Baku Silikon Polikristal

Pembuatan silikon polikristal pada intinya sama dengan mengecor

logam (lihat Gambar di bawah). Semiconductor grade silicon dimasukkan

ke dalam sebuah tungku atau tanur bersuhu tinggi hingga

melebur/meleleh. Leburan silikon ini akhirnya dimasukkan ke dalam

cetakan cor dan selanjutnya dibiarkan membeku. Persis seperti

pengecoran besi, aluminium, tembaga maupun logam lainnya. Silikon

yang beku kemudian dipotong-potong menjadi berukuran 5 x 5 atau 10

x 10 cm persegi dengan ketebalan kira-kira 2 mm untuk digunakan

sebagai sel surya. Proses pembuatan silikon polikristal dengan cara ini



merupakan proses yang paling banyak dilakukan karena sangat efektif

baik dari segi ekonomis maupun teknis.

Prinsip Kerja Sel Surya Konvensional Silikon

Prinsip kerja sel surya silikon adalah berdasarkan konsep

semikonduktir p-n junction. Selterdiri dari lapisan semikonduktor

doping-n dan doping-p yang membentuk p-n junction,lapisan

antirefleksi, dan substrat logam sebagai tempat mengalirnya arus dari

lapisan tipe-n (elektron) dan tipe-p (hole).

Semikonduktor tipe-n didapat dengan mendoping silikon dengan unsur

dari golongan Vsehingga terdapat kelebihan elektron valensi dibanding

atom sekitar. Pada sisi lainsemikonduktor tipe-p didapat dengan doping

oleh golongan III sehingga elektronvalensinya defisit satu dibanding

atom sekitar. Ketika dua tipe material tersebutmengalami kontak maka

kelebihan elektron dari tipe-n berdifusi pada tipe-p. Sehinggaarea

doping-n akan bermuatan positif sedangkan area doping-p akan

bermuatan negatif.Medan elektrik yan terjadi antara keduanya

mendorong elektron kembali ke daerah-n danhole ke daerah-p. Pada

proses ini terlah terbentuk p-n junction. Dengan menambahkankontak

logam pada area p dan n maka telah terbentuk dioda.



Ketka junction disinari, photon yang mempunyai energi sama atau lebih

besar dari lebarpita energi materia tersebut akan menyebabkan eksitasi

elektron dari pita valensi ke pitakonduksi dan akan meninggalkan hole

pada pita valensi. Elektron dan hole ini dapatbergerak dalam material

sehingga menghasilkan pasangan elektron-hole. Apabiladitempatkan

hambatan pada terminal sel surya, maka elektron dari area-n akan

kembalike area-p sehingga menyebabkan perbedaan potensial dan arus

akan mengalir.

3. Apa yang dimaksud dengan efek photovoltaic ?

JAWAB :

Modul surya (fotovoltaic) adalah sejumlah sel surya yang dirangkai

secara seri dan paralel, untuk meningkatkan tegangan dan arus yang

dihasilkan sehingga cukup untuk pemakaian sistem catu daya beban.

Untuk mendapatkan keluaran energi listrik yang maksimum maka

permukaan modul surya harus selalu mengarah ke matahari.

Komponen utama sistem surya photovoltaic adalah modul yang

merupakan unit rakitan beberapa sel surya photovoltaic. Untuk

membuat modul photovoltaic secara pabrikasi bisa menggunakan

teknologi kristal dan thin film. Modul photovoltaic kristal dapat dibuat

dengan teknologi yang relatif sederhana, sedangkan untuk membuat sel

photovoltaic diperlukan teknologi tinggi. Modul photovoltaic tersusun

dari beberapa sel photovoltaic yang dihubungkan secara seri dan

parallel.



4. Hal apa yang merupakan kendala operasi dari PLTS, dan hal apa yang

menentukan tingkat kehandalan dari suatu pembangkit ?

JAWAB

Kendala utama yang dihadapi dalam pengembangan energi 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.

Hal yang Menentukan Tingkat Kehandalan Dari Suatu Pembangkit

Listrik Tenaga Surya, adalah Kehandalan merupakan suatu indikator

tingkat kemampuan, kelancaran, ketahanan maupun keamanan suatu

pembangkit dalam operasinya untuk memproduksi tenaga listrik

sesuai keperluan / target yang telah direncanakan.

Tingkat kehandalan suatu pembangkit biasanya tergantung dari :

Daya mampu yang tersedia

Fluktuasi dan kondisi beban

Alat pengaman (proteksi)

Mutu pemeliharaan

Untuk mendukung kehandalan yang optimal maka perlu

melaksanakan pemeliharaan terhadap pembangkit. Semakin tinggi

tingkat pemeliharaan dan perhatian terhadap pembangkit tersebut,

semakin tinggi pula kehandalannya.

Kendala operasi dari solar power supply sangat terpengaruh oleh

keadaan cuaca, karena besarnya arus dan tegangan output

berbanding lurus dengan penyinaran cahaya pada cell serta rendahnya

effisiensi dari cell.

Solar power supply harus ditempatkan pada tempat tempat yang dapat

menampung sinar matahari secara maksimum sejak matahari terbit

sampai tenggelam (pada area terbuka)

5. Usaha apa yang dapat dilakukan untuk memperbesar tegangan dan

meningkatkan kemampuan arus yang dihasilkan oleh sejumlah Solar

Cell ?

JAWAB :

Untuk memperbesar tegangan yang dihasilkan maka beberapa solar cell

di hubungankan secara seri, dan untuk menaikkan kemampuan arus

maka masing-masing rangkaian seri tersebut diparalelkan. Susunan



dari beberapa solar sel dinamakan modul dan susunan beberapa modul

disebut array atau panel.

TUGAS 2

Untuk keperluan suatu rumah tangga pada suatu daerah rural diperlukan

Pembangkit Listrik Tenaga Surya dengan uraian sebagai berikut:

NO

JENIS BEBAN

WAKTU

PENGOPERASIAN

SIANG MALAM

1 7 buah TL 10 Watt, 220 V 12 Jam

2 3 buah TL 40 Watt, 220 V 6 Jam

3 1 buah TV 35 Watt, 220 V 3 Jam 6 Jam

4 1 buah pompa air 300 Waat, 220

V

4 Jam 2 Jam

5 1 buah radio tape 30 Watt, 220 V 4 Jam 3 Jam

Kebutuhan tersebut akan disuplai dari dengan menggunakan Modul Solar

Cell Photovoltaic (PLTS) dengan data sebagai berikut :

Luas efektif modul = 0,3376 m2

Daya maksimum modul = 18,7 W

Efisiensi modul = 10 %

Intensitas Cahaya rata rata = 4.450 W/m2

Tegangan kerja arus searah = 24 volt

Tegangan kerja arus bolak balik = 220 volt

Untuk kontinuitas pelayanan beban, cadangan energi disediakan

(ditambahkan) dalam baterai 25 % kebutuhan energi keseluruhan.

Hitunglah :

a. Kebutuhan energi keseluruhan ............. dalam Wh

b. Luas panel sel surya ............................ (m2)

c. Jumlah modul untuk panel surya .............. (buah)

d. Daya yang dibangkitkan oleh PLTS .............. (W)

JAWAB :

Seluruh energi yang dipakai adalah :

= (7x10 watt x 12 jam)+(3x 40 watt x 6 jam) + (1x 35 watt x 9jam) + (1x300

watt x 6 jam)+(1x 30 watt x 7 jam)

= 3.885 Wh



Untuk cadangan dalam baterai sebesar 25 % sehingga perhitungannya

menjadi :

25 % x 3.885 Wh = 971,25 Wh.

Total energi yang dibutuhkan menjadi :

= 3.885 Wh + 971,25 Wh

= 4.856,25 Wh.

Luas panel surya: Aa

= E / Iav x ηm

= 4.856,25 Wh / 4.450 x 10%

= 10,91 m2

Jumlah modul untuk panel surya : n

= Aa / Acm

= 10,91 m2 / 0.3376

= 32,3 atau 32 buah

Daya yang dibangkitkan : P = n x Pm = 32 x 18,7 Watt = 596 Watt

soal dan tugas pembangkit listrik tenaga surya · pdf fileiid moh. abdul wahid (npm :...

Documents