APLIKASI SEL SURYA SEBAGAI ENERGI

TERBARUKAN PEMBANGKIT LISTRIK PADA

SOLAR HOME SYSTEM

DISUSUN OLEH

NIDYA DWISTYA ANGGRAENI

(140310060003)

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS PADJADJARAN

2010

ENERGI SURYA

Kondisi bumi kita kian lama kian mengenaskan karena tercemarnya lingkungan dari

efek rumah kaca (greenhouse effect) yang menyebabkan global warming, hujan asam,

rusaknya lapisan ozon hingga hilangnya hutan tropis. Semua jenis polusi itu rata-rata akibat

dari penggunaan bahan bakar fosil seperti minyak bumi, uranium, plutonium, batu bara dan

lainnya yang tiada hentinya. Padahal kita tahu bahwa bahan bakar dari fosil tidak dapat

diperbaharui, tidak seperti bahan bakar non-fosil.

Dengan kondisi yang sudah sedemikian memprihatinkan, gerakan hemat energi sudah

merupakan keharusan di seluruh dunia. Salah satunya dengan hemat bahan bakar dan

menggunakan bahan bakar dari non-fosil yang dapat diperbaharui seperti tenaga angin,

tenaga air, energi panas bumi, tenaga matahari, dan lainnya. Dunia pun sudah mulai merubah

tren produksi dan penggunaan bahan bakarnya, dari bahan bakar fosil beralih ke bahan bakar

non-fosil, terutama tenaga surya yang tidak terbatas. Karena Energi merupakan salah satu

kebutuhan utama dalam kehidupan manusia. Peningkatan kebutuhan energi dapat merupakan

indikator peningkatan kemakmuran, namun bersamaan dengan itu juga menimbulkan

masalah dalam usaha penyediaannya.

Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) akan lebih diminati karena dapat

digunakan untuk keperluan apa saja dan di mana saja : bangunan besar, pabrik, perumahan,

dan lainnya. Selain persediaannya tanpa batas, tenaga surya nyaris tanpa dampak buruk

terhadap lingkungan dibandingkan bahan bakar lainnya. Di negara-negara industri maju

seperti Jepang, Amerika Serikat, dan beberapa negara di Eropa dengan bantuan subsidi dari

pemerintah telah diluncurkan program-program untuk memasyarakatkan listrik tenaga surya

ini.

Pemakaian energi surya di Indonesia mempunyai prospek yang sangat baik,

mengingat bahwa secara geografis sebagai negara tropis, melintang garis katulistiwa

berpotensi energi surya yang cukup baik. Hal ini terlihat dari radiasi harian yaitu sebesar 4,5

kWh/m2/hari. Berarti prospek penggunaan fotovoltaik di masa mendatang cukup cerah.

Karena, kondisi geografis Indonesia yang banyak memiliki daerah terpencil sulit

dibubungkan dengan jaringan listrik PLN. Maka aplikasi panel surya sebagai alternatif energi

listrik baik digunakan di rumah-rumah/ solar home system.

1. Cara Pemanfaatan Energi Surya

Sel surya/ solar cell, photovoltaic, atau fotovoltaik sejak tahun 1970-an telah telah

mengubah cara pandang kita tentang energi dan memberi jalan baru bagi manusia untuk

memperoleh energi listrik tanpa perlu membakar bahan bakar fosil sebagaimana pada minyak

bumi, gas alam atau batu bara, tidak pula dengan menempuh jalan reaksi fisi nuklir. Sel surya

mampu beroperasi dengan baik di hampir seluruh belahan bumi yang tersinari matahari, sejak

dari Maroko hingga Merauke, dari Moskow hingga Johanesburg, dan dari pegunungan

hingga permukaan laut.

Sel surya dapat digunakan tanpa polusi, baik polusi udara maupun suara, dan di segala

cuaca. Sel surya juga telah lama dipakai untuk memberi tenaga bagi semua satelit yang

mengorbit bumi nyaris selama 30 tahun. Sel surya tidak memiliki bagian yang bergerak,

namun mudah dipindahkan sesuai dengan kebutuhan.

Semua keunggulan sel surya di atas disebabkan oleh karakteristik khas sel surya yang

mengubah cahaya matahari menjadi listrik secara langsung.

2. Proses konversi

Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini dimungkinkan

karena bahan material yang menyusun sel surya berupa semikonduktor. Lebih tepatnya

tersusun atas dua jenis semikonduktor; yakni jenis n dan jenis p.

Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang memiliki kelebihan elektron,

sehingga kelebihan muatan negatif, (n = negatif). Sedangkan semikonduktor jenis p memiliki

kelebihan hole, sehingga disebut dengan p ( p = positif) karena kelebihan muatan positif.

Caranya, dengan menambahkan unsur lain ke dalam semkonduktor, maka kita dapat

mengontrol jenis semikonduktor tersebut, sebagaimana diilustrasikan pada gambar di bawah

ini.

Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk

meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan panas

semikonduktor alami. Di dalam semikonduktor alami (disebut dengan semikonduktor

intrinsik) ini, elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama. Kelebihan elektron atau hole

dapat meningkatkan daya hantar listrik maupun panas dari sebuah semikoduktor.

Misal semikonduktor intrinsik yang dimaksud ialah silikon (Si). Semikonduktor jenis

p, biasanya dibuat dengan menambahkan unsur boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga) atau

Indium (In) ke dalam Si. Unsur-unsur tambahan ini akan menambah jumlah hole. Sedangkan

semikonduktor jenis n dibuat dengan menambahkan nitrogen (N), fosfor (P) atau arsen (As)

ke dalam Si. Dari sini, tambahan elektron dapat diperoleh. Sedangkan, Si intrinsik sendiri

tidak mengandung unsur tambahan. Usaha menambahkan unsur tambahan ini disebut dengan

doping yang jumlahnya tidak lebih dari 1 % dibandingkan dengan berat Si yang hendak di-

doping.

Dua jenis semikonduktor n dan p ini jika disatukan akan membentuk sambungan p-n

atau dioda p-n (istilah lain menyebutnya dengan sambungan metalurgi / metallurgical

junction) yang dapat digambarkan sebagai berikut.

1. Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung.

2. Sesaat setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan elektron-

elektron dari semikonduktor n menuju semikonduktor p, dan perpindahan hole dari

semikonduktor p menuju semikonduktor n. Perpindahan elektron maupun hole ini hanya

sampai pada jarak tertentu dari batas sambungan awal.

3. Elektron dari semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor p yang

mengakibatkan jumlah hole pada semikonduktor p akan berkurang. Daerah ini akhirnya

berubah menjadi lebih bermuatan positif..

Pada saat yang sama. hole dari semikonduktor p bersatu dengan elektron yang ada pada

semikonduktor n yang mengakibatkan jumlah elektron di daerah ini berkurang. Daerah

ini akhirnya lebih bermuatan positif.

4. Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion region) ditandai

dengan huruf W.

5. Baik elektron maupun hole yang ada pada daerah deplesi disebut dengan pembawa

muatan minoritas (minority charge carriers) karena keberadaannya di jenis

semikonduktor yang berbeda.

6. Dikarenakan adanya perbedaan muatan positif dan negatif di daerah deplesi, maka timbul

dengan sendirinya medan listrik internal E dari sisi positif ke sisi negatif, yang mencoba

menarik kembali hole ke semikonduktor p dan elektron ke semikonduktor n. Medan

listrik ini cenderung berlawanan dengan perpindahan hole maupun elektron pada awal

terjadinya daerah deplesi (nomor 1 di atas).

7. Adanya medan listrik mengakibatkan sambungan pn berada pada titik setimbang, yakni

saat di mana jumlah hole yang berpindah dari semikonduktor p ke n dikompensasi

dengan jumlah hole yang tertarik kembali kearah semikonduktor p akibat medan listrik

E. Begitu pula dengan jumlah elektron yang berpindah dari smikonduktor n ke p,

dikompensasi dengan mengalirnya kembali elektron ke semikonduktor n akibat tarikan

medan listrik E. Dengan kata lain, medan listrik E mencegah seluruh elektron dan hole

berpindah dari semikonduktor yang satu ke semiikonduktor yang lain.

Pada sambungan p-n inilah proses konversi cahaya matahari menjadi listrik terjadi.

Untuk keperluan sel surya, semikonduktor n berada pada lapisan atas sambungan p yang

menghadap kearah datangnya cahaya matahari, dan dibuat jauh lebih tipis dari semikonduktor

p, sehingga cahaya matahari yang jatuh ke permukaan sel surya dapat terus terserap dan

masuk ke daerah deplesi dan semikonduktor p.

Ketika sambungan semikonduktor ini terkena cahaya matahari, maka elektron

mendapat energi dari cahaya matahari untuk melepaskan dirinya dari semikonduktor n,

daerah deplesi maupun semikonduktor. 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.

Cahaya matahari dengan panjang gelombang (dilambangkan dengan simbol “lambda”

sbgn di gambar atas ) yang berbeda, membuat fotogenerasi pada sambungan pn berada pada

bagian sambungan pn yang berbeda pula.

Spektrum merah dari cahaya matahari yang memiliki panjang gelombang lebih

panjang, mampu menembus daerah deplesi hingga terserap di semikonduktor p yang akhirnya

menghasilkan proses fotogenerasi di sana. Spektrum biru dengan panjang gelombang yang

jauh lebih pendek hanya terserap di daerah semikonduktor n.

Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan pn terdapat medan listrik E, elektron hasil

fotogenerasi tertarik ke arah semikonduktor n, begitu pula dengan hole yang tertarik ke arah

semikonduktor p.

Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka elektron

akan mengalir melalui kabel. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan ke kabel, lampu tersebut

menyala dikarenakan mendapat arus listrik, dimana arus listrik ini timbul akibat pergerakan

elektron.

2.1 Jenis-Jenis Panel Surya

Panel surya terdiri dari susunan sel surya yang dihubungkan secara seri. Sel surya

berfungsi mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik. Sel surya umumnya dibuat dari

silikon yang merupakan bahan semikonduktor. Daya yang dihasilkan sebuah panel surya

bergantung pada radiasi matahari yang diterima, luas permukaan panel dan suhu panel. Daya

yang dihasilkan semakin besar jika radiasi dan luas permukaan lebih besar, sedang kenaikan

suhu mengakibatkan penurunan daya. Karena itu, pada saat pemasangan panel perlu

diperhatikan untuk menyediakan jarak dengan atap agar udara dapat bersirkulasi di bawah

panel (efek pendinginan). Panel Surya type terbaru mempunyai daya 130 Wattpeak per m2 .

Wattpeak menunjukkan daya maksimum yang dihasilkan pada kondisi radiasi matahari

1000 W/m2 dan suhu panel 25oC. Panel surya diproduksi dalam berbagai ukuran (daya

terpasang). Konstruksi panel surya terdiri dari susunan sel surya, tutup kaca, bingkai

Alumunium khusus dan soket. Panel surya memiliki usia yang relatif panjang yaitu minimal 20

tahun, dan umumnya suplier panel surya memberi garansi out put power hingga 10-25 tahun.

saat intensitas cahaya berkurang (berawan, hujan, mendung) arus listrik yang dihasilkan juga

akan berkurang.

Dengan menambah panel surya (memperluas) berarti menambah konversi tenaga surya.

Umumnya panel surya dengan ukuran tertentu memberikan hasil tertentu pula. Contohnya

ukuran a cm x b cm menghasilkan listrik DC (Direct Current) sebesar x Watt per hour/ jam.

 Efesiensi

Perubahan Daya

Daya

Tahan Biaya Keterangan Penggunaan

Mono Sangat Baik Sangat

Baik  Baik

Kegunaan Pemakaian

Luas Sehari-hari

Poly Baik Sangat

Baik

Sangat

Baik

Cocok untuk produksi

massal di masa depan Sehari-hari

Amorphous  Cukup Baik Cukup

BaikBaik

Bekerja baik dalam

pencahayaan fluorescent

Sehari-hari & perangkat

komersial (kalkulator)

Compound

(GaAs) Sangat Baik

Sangat

Baik

Cukup

BaikBerat & Rapuh Pemakaian di luar angkasa

Polikristal (Poly-crystalline) : Merupakan panel surya 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

Amorphous silicon (a-Si) telah digunakan sebagai bahan sel surya photovoltaik pada

kalkulator. Meskipun kemampuannya lebih rendah dibandingkan sel surya jenis c-Si, hal ini

tidak penting pada kalkulator, yang memerlukan energi yang kecil.

Thin Film Photovoltaic

Merupakan panel surya ( dua lapisan) dengan struktur lapisan tipis mikrokristal-silicon dan

amorphous dengan efisiensi modul hingga 8.5% sehingga untuk luas permukaan yang

diperlukan per watt daya yang dihasilkan lebih besar daripada monokristal & polykristal.

Inovasi terbaru adalah Thin Film Triple Junction PV (dengan tiga lapisan) dapat berfungsi

sangat efisien dalam udara yang sangat berawan dan dapat menghasilkan daya listrik sampai

45% lebih tinggi dari panel jenis lain dengan daya yang ditera setara.

3. Aplikasi tenaga surya

Tenaga surya yang diserap bumi adalah sebanyak 120 ribu terawatt.Pada prinsipnya

tenaga surya sebagai pembangkit listrik dengan dua cara:

Produksi uap dengan ladang cermin yang digunakan untuk menggerakkan turbin.

Pembangkit listrik tenaga surya besar.

Mengubah sinar surya menjadi listrik dengan panel surya / solar cell photovoltaik. 

Pembangkit listrik tenaga surya portabel / kecil.

Tenaga surya dapat diaplikasikan sebagai berikut:

1. Tenaga surya untuk penerangan di rumah.

2. Tenaga surya untuk penerangan lampu jalan (PJU)

3. Tenaga surya untuk penerangan lampu taman

4. Tenaga surya sebagai sumber listrik untuk kamera CCTV.

5. Tenaga surya sebagai sumber listrik untuk instalasi wireless (WIFI), radio pemancar,

perangkat komunikasi.

6. Tenaga surya untuk perangkat signal kereta api, kapal.

7. Tenaga surya untuk rumah walet, irigasi, pompa air.

8. Tenaga surya sebagai portable power supply

9. Tenaga surya sebagai pemanas untuk menggerakkan turbin sebagai pembangkit listrik

tenaga surya seperti di Nevada Amerika.

10. Tenaga surya sebagai sumber tenaga untuk perangkat satelit.

Keuntungan Panel Surya sebagai PLTS adalah

Mampu menyuplai listrik untuk lokasi yang belum dijangkau jaringan listrik PLN

sehingga dapat digunakan untuk daerah yang terpenci.

Listrik surya merupakan solusi yang cepat, karena proses instalasi yang relatif cepat

untuk menghasilkan listrik penerangan dll.

Tenaga Surya merupakan energi yang sangat bersih, karena sifatnya secara fisika dapat

Meng-absorbsi UV radiasi (dari matahari), tidak menghasilkan emisi sedikitpun, tidak

menimbulkan suara berisik dan tidak memerlukan bahan bakar yang perlu dibeli setiap

harinya.

Sistem tenaga Surya sudah terbukti handal lebih dari 50 tahun mendukung program

luar angkasa, dimana tidak ada sumber energi lain, tidak juga juga nuklir, yang mampu

bertahan dalam keadaan extrim di luar angkasa.

Panel Surya merupakan salah satu alat yang dapat memanfaatkan potensi energi radiasi

matahari sebesar 4,8 Kwh/ m2 / hari (* Data BPPT tahun 2005) yang merupakan

potensial daya yang cukup besar dan belum maksimal dimanfaatkan di Indonesia.

Panel Surya mempunyai kesan modern dan futuristik, tetapi juga mempunyai kesan

peduli lingkungan dan bersih. Sangat cocok untuk dunia arsitektur modern yang

memadukan unsur-unsur penting tersebut.

3.1 Aplikasi Panel surya pada Rumah/Solar Home System

Solar Home Sistem adalah sistem pembangkit listrik yang berdiri sendiri, cocok

untuk aplikasi residen seperti peralatan rumah, penerangan, komputer, dan pipa air yang

terbuat dari solar panel, solar charge controller, inverter dan baterai. Sistem ini merupakan

pembangkit listrik yang ramah lingkungan, tidak menghasilkan radiasi elektromagnetik,

serta mudah dalam instalasi dan perawatannya. Jumlah energi yang dihasilkan bergantung

pada intensitas cahaya matahari dan jumlah modul surya yang dipasang.

Keuntungan menggunakan Solar Home System :

Instalasi mudah : Menggunakan peralatan sederhana dan tidak perlu keahlian

khusus

Pengoperasian mudah : Bekerja tanpa bahan bakar dan tidak memerlukan

pengoperasian khusus.

Daya tahan lama : Bekerja secara terus menerus dengan baik selama lebih dari 25

tahun.

Ramah Lingkungan : Tidak mengakibatkan polusi dan tidak menghasilkan

gelombang elektromagnetik

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:

Panel surya / solar cell memerlukan sinar matahari. Tempatkan panel surya / solar cell

pada posisi dimana tidak terhalangi oleh objek sepanjang pagi sampai sore.

Panel surya - solar cell menghasilkan listrik arus searah DC.

Untuk efisiensi yang lebih tinggi, gunakan lampu DC seperti lampu LED.

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.

Atap cukup kuat menahan beban panel dan angin

Penempatan panel memungkinkan pembersihan dan perbaikan.

Tersedia jarak dengan atap untuk sirkulasi udara di bawah panel surya

Keseluruhan cara kerja di atas diatur oleh Solar Charge Controller. Solar charge

controller, adalah komponen penting dalam Pembangkit Listrik Tenaga Surya. Solar charge

controller berfungsi untuk:

Charging mode: Mengisi baterai (kapan baterai diisi, menjaga pengisian kalau baterai

penuh).

Operation mode: Penggunaan baterai ke beban (pelayanan baterai ke beban diputus

kalau baterai sudah mulai 'kosong').

Rata-rata produk panel solar cell yang ada dipasaran menghasilkan tegangan 12 s/d 18 VDC

dan ampere antara 0.5 s/d 7 Ampere. Modul juga memiliki kapasitas beraneka ragam mulai

kapsitas 10 Watt Peak s/d 200 Watt Peak, juga memiliki type cell monocrystal dan polycrystal.

Komponen inti dari sistem PLTS ini meliputi peralatan : Modul Solar Cell, Regulator /

controller, Battery / Aki, Inverter DC to AC, Beban / Load.

3.1.1 Panel Surya / Solar Cell untuk Listrik AC

Bila kita berkeinginan untuk menggunakan energi sel surya untuk peralatan rumah

lainnya, ikuti contoh perhitungan berikut ini.

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.

Energi surya  Jumlah panel sel surya  Kapasitas panel sel surya  Perhitungan Hasil

 4 jam  24 panel  210 Watt  4 x 24 x 210  20.160 Watt hour

Dasar perhitungan jumlah aki adalah 2 x 3 x kebutuhan listriknya.

Adanya faktor pengali 3 untuk mengantisipasi bila hujan/mendung terus-menerus selama 3

hari berturut-turut.  Sedangkan faktor pengali 2 disebabkan battery tidak boleh lebih dari 50%

kehilangan kapasitasnya bila ingin battery-nya tahan lama, terutama untuk battery kering

seperti type gel dan AGM.  Dengan kata lain diusahakan agar DOD ( Depth of Discharge )

tidak melampaui 50% karena sangat mempengaruhi life time dari battery itu sendiri.

Jumlah Aki Voltage Ampere Perhitungan Hasil

100 12 Volt 100 Ampere hour 100 x 12 x 100 120.000 Watt hour

3.1.2 Kabel Instalasi

Kabel untuk menghubungkan komponen perangkat dalam implementasi pembangkit

listrik tenaga surya sebaiknya memperhatikan spesifikasi perkabelan untuk mengurangi loss

(kehilangan) daya, pemanasan pada kabel, dan kerusakan pada perangkat. Untuk

menghubungkan perangkat charge controller dan panel surya / solar cell perhatikan

spesifikasi kabel, karena dalam dengan tegangan 12 Volt, spesifkasi kabel yang sesuai dapat

mengurangi loss 3% ataupun mengurangi penurunan tegangan.

Kabel memiliki resistansi (dalam ohm), semakin besar kabel, resistansi nya semakin

kecil. Pada tegangan 12 Volt, pengurangan tegangan terjadi pada kabel yang panjang,

sehingga mengurangi efisiensi dari instalasi pembangkit listrik tenaga surya kita.

3.1.3 Inverter DC ke AC

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:

Kapasitas beban dalam Watt, usahakan memilih inverter yang beban kerjanya

mendekati dgn beban yang hendak kita gunakan agar effisiensi kerjanya maksimal

Input DC 12 Volt atau 24 Volt

Sinewave ataupun square wave outuput AC

3.1.4 Baterai untuk Sel Surya

Baterai adalah alat penyimpan tenaga listrik arus searah ( DC ).  Ada beberapa jenis baterai /

aki di pasaran yaitu jenis aki basah/ konvensional, hybrid dan MF ( Maintenance Free ). 

4. Monitor Arus Panel Surya, Tegangan Batere, Performansi Sistem

Perencanaan pembangkit listrik tenaga surya memperhatikan hal sebagai berikut:

Jumlah daya yang dibutuhkan dalam pemakaian sehari-hari (Watt).

Berapa besar arus yang dihasilkan panel surya / solar cell   (dalam Ampere hour),

dalam hal ini memperhitungkan berapa jumlah panel surya / solar cell yang harus

dipasang.

Berapa unit baterai yang diperlukan untuk kapasitas yang diinginkan dan

pertimbangan penggunaan tanpa sinar matahari. (Ampere hour).

Sistem Pembangkit Listrik Panel Surya, membangkitkan arus listrik dan menyimpan ke

dalam baterai. Diperlukan perangkat pengukur untuk monitoring arus yang dihasilkan panel

surya / solar cell, dan penggunaan oleh beban. Dalam hal ini adalah arus dari baterai yang

digunakan oleh beban.

5. Pemeliharaan Panel Surya

Pada umumnya panel surya / solar cell tidak membutuhkan pemeliharan yang rutin

seperti genset. Genset umumnya diharuskan untuk dihidupkan satu kali seminggu,

pemeriksaan oli, pemeriksaan batere, dll. Pemeliharaan panel surya / solar cell:

Dibersihkan berkala untuk tidak mengurangi penyerapan intensitas matahari.

Mengatur letak dari panel surya / solar cell supaya mendapatkan sinar matahari

langsung dan tidak terhalangi objek (pohon, jemuran, bangunan, dll)

6. Perkiraan Biaya Panel Surya Solar Cells

Bila membicarakan penggunaan tenaga surya untuk pembangkit listrik sendiri, berapakah

harga panel surya. Harga panel surya tergantung dari beberapa faktor:

Type panel/ teknologi/ efisiensi Ukuran panel dan daya dalam Watt yang dihasilkan

per jam

Perkiraan harga panel untuk 50 Watt Peak adalah sekitar Rp. 2.500.000 di Jakarta.

Jadi harga per Watt Peak adalah sekitar Rp. 50.000 (per Agustus 2009).

Harga tersebut akan terus turun karena beberapa faktor:

Jumlah pengguna yang semakin besar (karena kesadaran penggunaan energi hijau)

Produksi panel surya / solar cell semakin banyak

Harga minyak dan batu bara yang semakin mahal

Perkembangan teknologi sel surya (solar cell)

Harga, inilah yang menjadi kendala utama, investasi awalnya cukup besar, tetapi

kalau dihitung dengan penggunaan listrik dari PLN untuk beberapa tahun, tentu bisa sangat

hemat, umur ekonomis Solar Panel bisa lebih dari 10 tahun, yang agak singkat Battery

(kurang lebih 2 tahun) dan DC to AC Converter (tergantung kualitas perangkatnya). Untuk

50 Watt Peak (wp), dipasaran dijual paket lengkap seharga Rp. 3 juta - Rp. 4 juta. Untuk 100

wp Rp. 4 juta - Rp. 6 juta. Harga Battery bervariasi tergantung merk, biasanya untuk 100 AH

sekitar Rp. 1 juta, demikian juga dengan DC-AC Converter harga nya tergantung kapasitas

(watt) dan merknya.

PENUTUP

Energi merupakan salah satu kebutuhan utama dalam kehidupan manusia.

Peningkatan kebutuhan energi dapat merupakan indikator peningkatan kemakmuran, namun

bersamaan dengan itu juga menimbulkan masalah dalam usaha penyediaannya. Oleh karena

itu, penyediaan sumber energi alternatif seperti energi surya melalui pemanfaatan sel

fotovoltaik merupakan sebuah prospek yang menjanjikan untk dikembangkan lebih lanjut,

mengingat pemakaian primer minyak bumi dan gas alam masih merupakan sumber energi

utama. Selain ramah lingkungan, sumber energi dari matahari tidak memerlukan perawatan

khusus secara periodik, yang selanjutnya akan mengurangi biaya produksi.

Salah satu kegunaan sel surya dalam panel surya adalah pengganti energi listrik yang

di pasok dari PLN, dengan panel surya sehingga menghasilkan energi listrik mandiri atau

yang biasa disebut Solar Home System.

Kelemahan sistem fotovoltaik yang hanya dapat digunakan setengah hari dapat

disiasati dengan menggunakan sumber energi alternatif ramah lingkungan lainnya, seperti

energi angin, air laut maupun biomassa (sistem hibrida). Dengan cara seperti ini, pasokan

listrik akan dapat terus terpenuhi. Untuk itulah perlu diusahakan menekan harga fotovoltaik

misalnya dengan cara sebagai berikut. Pertama menggunakan bahan semikonduktor lain

seperti Kadmium Sulfat dan Galium Arsenik yang lebih kompetitif. Kedua meningkatkan

efisiensi sel surya dari 10% menjadi 15%. Dan juga harga yang masih relatif mahal pada saat

pertama kali pemasangannya. Harga, inilah yang menjadi kendala utama, investasi awalnya

cukup besar, tetapi kalau dihitung dengan penggunaan listrik dari PLN untuk beberapa tahun,

tentu bisa sangat hemat, umur ekonomis Solar Panel bisa lebih dari 10 tahun.

DAFTAR PUSTAKA

Holladay, April. Solar Energy. Microsoft Encarta 2006 [DVD]. Redmond, WA:

Microsoft Corporation, 2005.

http://energisurya.wordpress.com/ diambil pada 26 Oktober 2010

http://www.panelsurya.com/ diambil pada 26 Oktober 2010

http://energisurya.wordpress.com/ diambil pada 26 Oktober 2010

http://anggoero.blogspot.com/2010/03/panel-surya-sel-surya.html diambil pada 26 Oktober

2010

Solar charge controller, adalah komponen penting dalam Pembangkit Listrik Tenaga Surya.

Solar charge controller berfungsi untuk:

Charging mode: Mengisi baterai (kapan baterai diisi, menjaga pengisian kalau baterai

penuh).

Operation mode: Penggunaan baterai ke beban (pelayanan baterai ke beban diputus

kalau baterai sudah mulai 'kosong').

Charging Mode Solar Charge Controller

Dalam charging mode, umumnya baterai diisi dengan metoda three stage charging:

Fase bulk: baterai akan di-charge sesuai dengan tegangan setup (bulk - antara 14.4 -

14.6 Volt) dan arus diambil secara maksimum dari panel surya / solar cell. Pada saat

baterai sudah pada tegangan setup (bulk) dimulailah fase absorption.

Fase absorption: pada fase ini, tegangan baterai akan dijaga sesuai dengan tegangan

bulk, sampai solar charge controller timer (umumnya satu jam) tercapai, arus yang

dialirkan menurun sampai tercapai kapasitas dari baterai.

Fase flloat: baterai akan dijaga pada tegangan float setting (umumnya 13.4 - 13.7

Volt). Beban yang terhubung ke baterai dapat menggunakan arus maksimun dari

panel surya / solar cell pada stage ini.  

Sensor Temperatur Baterai

Untuk solar charge controller yang dilengkapi dengan sensor temperatur baterai. Tegangan

charging disesuaikan dengan temperatur dari baterai. Dengan sensor ini didapatkan optimun

dari charging dan juga optimun dari usia baterai.

Apabila solar charge controller tidak memiliki sensor temperatur baterai, maka tegangan

charging perlu diatur, disesuaikan dengan temperatur lingkungan dan jenis baterai.

Mode Operation Solar Charge Controller

Pada mode ini, baterai akan melayani beban. Apabila ada over-discharge ataun over-load, maka

baterai akan dilepaskan dari beban. Hal ini berguna untuk mencegah kerusakan dari baterai.

Lanjutan kabel instalasi

Untuk itu perhatikan tabel gauge kabel standard Amerika (AWG) berikut ini:

Diameter kabel yang kecil memiliki nomor wire gauge yang besar. Tabel itu adalah

untuk ukuran kabel tunggal. Salah satu contoh saja, kabel UTP cat 5 adalah 24 AWG.

AWGDiameter Resistansi

(mm) (Ω/km)

0000 (4/0) 11.68 0.16

000 (3/0) 10.4 0.2

00 (2/0) 9.27 0.26

0 (1/0) 8.25 0.32

1 7.35 0.41

2 6.54 0.51

3 5.83 0.65

4 5.19 0.82

5 4.62 1.03

6 4.12 1.3

7 3.67 1.63

8 3.26 2.06

9 2.91 2.6

10 2.59 3.28

11 2.31 4.13

12 2.05 5.21

13 1.83 6.57

14 1.63 8.29

15 1.45 10.45

16 1.29 13.17

17 1.15 16.61

18 1.02 20.95

19 0.91 26.42

20 0.81 33.31

21 0.72 42

22 0.64 52.96

23 0.57 66.79

24 0.51 84.22

25 0.46 106.2

Sebagai contoh, tiga panel surya / solar cell dengan masing-masing arus 6 ampere

dihubungkan sepanjang 30 feet (1 feet adalah 30 cm) dari charge controller. Berarti ada 18

Ampere arus melalui kabel. Tabel di bawah ini adalah tabel arus (baris kolom) dan tabel

gauge kabel (baris atas) yang disarankan. Untuk melihat kabel yang sesuai, pilih sesuai

dengan jarak (lebih besar lebih baik) dan nomor AWG kecil. 

#12 #10 #8 #6 #4 #3 #2 #1 #1/0 #2/0

4 22.7 36.3 57.8 91.6 146 184 232 292 369 465

6 15.2 24.2 38.6 61.1 97.4 122 155 195 246 310

8 11.4 18.2 28.9 45.8 73.1 91.8 116 146 184 233

10 9.1 14.5 23.1 36.7 58.4 73.5 92.8 117 148 186

12 7.6 12.1 19.3 30.6 48.7 61.2 77.3 97.4 123 155

14 6.5 10.4 16.5 26.2 41.7 52.5 66.3 83.5 105 133

16 5.7 9.1 14.5 22.9 36.5 45.9 58 73 92 116

18 5.1 8.1 12.9 20.4 32.5 40.8 51.6 64.9 81.9 103

20 4.6 7.3 11.6 18.3 29.2 36.7 46.4 58.4 73.8 93.1

25 3.6 5.8 9.3 14.7 23.4 29.4 37.1 46.8 59.1 74.5

30 3.1 4.8 7.7 12.2 19.5 24.5 30.9 38.9 49.2 62.1

35 2.6 4.2 6.6 10.5 16.7 20.9 26.5 33.4 42.2 53.2

40 2.3 3.6 5.8 9.2 14.6 18.4 23.2 29.2 36.9 46.5

Sesuai dengan tabel diatas, kita akan menggunakan kabel AWG 4, untuk mencapai

pengurangan tegangan kurang dari 3%. Tabel diatas adalah untuk 12 Volt, untuk 24 Volt,

bagi jarak dengan 2, untuk 48 Volt, bagi jarak dengan angka 4.

Untuk menghubungkan charge controller dengan baterai, gunakan gauge kabel yang sama,

dengan alasan, arus antara charge controller ke baterai, dan arus panel surya / solar cell ke

charge controller, hampir sama.

Pada umumnya panel surya / solar cell tidak membutuhkan pemeliharan yang rutin

seperti genset. Genset umumnya diharuskan untuk dihidupkan satu kali seminggu,

pemeriksaan oli, pemeriksaan batere, dll. Pemeliharaan panel surya / solar cell:

Dibersihkan berkala untuk tidak mengurangi penyerapan intensitas matahari.

Mengatur letak dari panel surya / solar cell supaya mendapatkan sinar matahari

langsung dan tidak terhalangi objek (pohon, jemuran, bangunan, dll)

7. Perkiraan Biaya Panel Surya Solar Cells

Jadi kalau dari tadi kita membicarakan penggunaan tenaga surya untuk pembangkit listrik

sendiri / mandiri, berapakah harga panel surya / solar cell?

Harga panel surya / solar cell tergantung dari beberapa faktor:

* Type panel/ teknologi/ efisiensi

* Ukuran panel dan daya dalam Watt yang dihasilkan per jam

Perkiraan harga panel untuk 50 Watt Peak adalah sekitar Rp. 2.500.000 di Jakarta. Jadi harga

per Watt Peak adalah sekitar Rp. 50.000 (per Agustus 2009). Harga tersebut akan terus turun

karena beberapa faktor:

Jumlah pengguna yang semakin besar (karena kesadaran penggunaan energi hijau)

Produksi panel surya / solar cell semakin banyak

Harga minyak dan batu bara yang semakin mahal

Perkembangan teknologi sel surya (solar cell)

Harga solar cells panel per Agustus 2010 adalah Rp. 32.500 untuk satu Watt Peak.

Lanjutan NO.7

Ampere meter untuk mengukur charging panel surya / solar cell. Volt meter digunakan

untuk mengukur tegangan baterai, mengindikasikan berapa jumlah discharge dari baterai.

Pengukuran nya adalah sebagai berikut:

% Full Charge  Tegangan

 100%  12.7

 90%  12.6

 80%  12.5

 70%  12.3

 60%  12.2

 50%  12.1

 40%  12.0

 30%  11.9

 20%  11.8

 10%  11.7

 Discharge  11.6 atau kurang

Pada saat pengukuran perhatikan supaya pada saat tidak terjadi charging maupun

discharging. Jadi sebaiknya pengukuran dilakukan pagi hari pada saat belum ada charging

dan tidak ada penggunaan.

Baterai yang sering digunakan lebih dari 40% - 50% akan mengurangi lifetime. Jadi dalam

perencanaan perhatikan penggunaan daya dan perhitungan baterai adalah 2 kali lipat dari

daya tersebut.

Gunakan digital meter, karena lebih akurat. Harga digital meter sekitar Rp. 300.000 - Rp.

750.000. Kemudian untuk digital multi meter harganya bervariasi mulai dari 2 juta rupiah

keatas.

Monitor Arus Panel Surya, Tegangan Batere, Performansi Sistem

Perencanaan pembangkit listrik tenaga surya memperhatikan hal sebagai berikut:

Jumlah daya yang dibutuhkan dalam pemakaian sehari-hari (Watt).

Berapa besar arus yang dihasilkan panel surya / solar cell   (dalam Ampere hour),

dalam hal ini memperhitungkan berapa jumlah panel surya / solar cell yang harus

dipasang.

Berapa unit baterai yang diperlukan untuk kapasitas yang diinginkan dan

pertimbangan penggunaan tanpa sinar matahari. (Ampere hour).

Sistem Pembangkit Listrik Panel Surya, membangkitkan arus listrik dan menyimpan ke dalam

baterai. Diperlukan perangkat pengukur untuk monitoring arus yang dihasilkan panel surya /

solar cell, dan penggunaan oleh beban. Dalam hal ini adalah arus dari baterai yang digunakan

oleh beban.

Ampere meter untuk mengukur charging panel surya / solar cell. Volt meter digunakan untuk

mengukur tegangan baterai, mengindikasikan berapa jumlah discharge dari baterai.

Pengukuran nya adalah sebagai berikut:

% Full Charge  Tegangan

 100%  12.7

 90%  12.6

 80%  12.5

 70%  12.3

 60%  12.2

 50%  12.1

 40%  12.0

 30%  11.9

 20%  11.8

 10%  11.7

 Discharge  11.6 atau kurang

Pada saat pengukuran perhatikan supaya pada saat tidak terjadi charging maupun discharging.

Jadi sebaiknya pengukuran dilakukan pagi hari pada saat belum ada charging dan tidak ada

penggunaan.

Baterai yang sering digunakan lebih dari 40% - 50% akan mengurangi lifetime. Jadi dalam

perencanaan perhatikan penggunaan daya dan perhitungan baterai adalah 2 kali lipat dari daya

tersebut.

Gunakan digital meter, karena lebih akurat. Harga digital meter sekitar Rp. 300.000 - Rp.

750.000. Kemudian untuk digital multi meter harganya bervariasi mulai dari 2 juta rupiah

keatas.

Gambar di bawah ini sedikit menggambarkan berapa porsi anggaran yang dibutuhkan pada

saat pemasangan dan perbandingannya pada 20 tahun kemudian. Asumsi memakai 1300

Watt menggunakan baterei 35 Ah. Literatur ini menggunakan negara Meksiko sebagai

contohnya.

Di sana terlihat bahwa komponen baterei yang memiliki masa pakai optimum yang terbatas

(sekitar 4 tahun), memerlukan perhatian khusus terutama karena adanya penambahan biaya

ekstra untuk penggantian baterei baru.

8.1 Biaya perangkat dan pelayanan pendukung.

Memanfaatkan sel surya untuk keperluan apapun membutuhkan perangkat pendukung

yang disebut Balance of System (BOS) yang biasanya terdiri atas baterei, inverter, biaya

pemasangan serta infrasturktur (lihat gambar berikut). Di sini peran BOS sangat penting

sehinga semua ini (Sel surya + BOS) disebut dengan sistem fotovoltaik. Baterei serta

pegontrolnya diperlukan untuk meyimpan tenaga listrik untuk pemakaian di malam hari jika

diperlukan. Inverter dibutuhkan untuk mengubah keluaran sel surya yang berarus DC

menjadi AC sesuai dengan keperluan perumahan. Dan instalasi diperlukan untuk

menyelaraskan bentuk (atap) rumah dengan berapa luas sel surya atau daya yang dibutuhkan

agar optimal.

Secara perhitungan kasar, harga Sel surya + BOS ini mencapai US$ 8-10/Watt. Sehingga jika

hendak menggunakan sel surya di perumahan lengkap dengan sarana pendukungnya untuk

1300 Watt atau 1.3 kW, maka biaya kasar yang perlu diperlukan kira-kira 1300 Watt x (US$

8 – 10) = US$ 10.400 – 13.000 atau jika di-rupiah-kan sekitar Rp 98.880.000 – 117.000.000

dengan masa pakai 20 tahun lebih dan biaya tambahan untuk penggantian baterei per 4-5

tahun sekali.

Tabel di bawah merupakan simulasi perhitungan biaya yang diperlukan untuk

memasang sel surya di sebuah rumah dengan kapasitas daya terpasang sebesar 50 Watt. Jika

hendak memasang sel surya di rumah dengan daya 1000 Watt mirip dengan rata-rata daya

terpasang pada rumah di Indonesia dari PLN, maka harga total tinggal dikalikan saja dengan

20.

Biaya produksi pembuatan sel surya.

Jika kita melihat proses pembuatan sel surya dengan mengambil contoh sel surya

silikon yang menempati 90% pangsa pasar sel surya saat ini, maka terlihat adanya proses

produksi yang melibatkan modal besar (high capital), yakni industri semikonduktor. Industri

semikonduktor ini masih merupakan industri padat modal karena bersandar pada pembuatan

dan penyediaan silikon, lebih tepatnya wafer silikon. Sejatinya, silikon sendiri ialah elemen

terbanyak kedua di kulit bumi setelah oksigen, sehingga harganya relatif rendah.

Secara kasar, saat ini, harga sebuah sel surya sekitar US$ 4-5/Watt, belum termasuk

pendukungnya. Sehingga jika seorang konsumen hendak membeli sel surya dengan daya 50

Watt, maka perlu menganggarkan biaya sekitar US$ 200-250.

Kendala atas mahalnya sel surya bisa di atasi dengan :

1. pembuatan silikon untuk sel surya atau semikonduktor ialah sebuah usaha

padat modal yang sangat besar dari segi investasi. Dan tidak semua negara di

dunia yang mampu secara teknologi melakoni pekerjaan besar ini, hanya

beberapa negara saja yang mampu membuat silikon dengan kadar yang

dibutuhkan maupun wafer silikon, semisal, Amerika, Jerman, Jepang dan

Korea. Selain itu, industri pembuatan silikon berkadar tinggi maupun

pembuatan wafer silikon ini juga menyedot tenaga listrik yang cukup besar.

Namun mengingat bahan dasar silikon seperti pasir silika ini mudah ditermui

di Indonesia dengan dukungan investor dan pemerintah, saya kira kita cukup

mampu dalam hal ini.

2. jika dalam jangka pendek tujuannya ialah memasarkan sel surya sebanyak

mungkin, maka kita perlu meniru langkah China dalam memasarkan sel surya

di negaranya. Industri-industri China tidak membuat material dasar silikon

untuk sel surya ini. Mereka juga tidak memiliki kemampuan dalam membuat

mesin-mesin yang dipergunakan pabrik-pabrik mereka untuk membuat sel

surya dalam skala besar.