SEL SURYA UNTUK LISTRIK RUMAH TANGGA

1. Pendahuluan

 

Dengan bertambah makmurnya kehidupan manusia membuat kebutuhan akan energi semakin meningjat. Konsumsi energi listrik di seluruh dunia saat ini diprediksikan akan meningkat sebesar 70 persen antara tahun 2000 sampai 2030. Sumber energi yang berasal dari fosil, yang saat ini menyumbang 87,7 persen 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 akibat proses pembakaran dari bahan baker fosil membuat tuntutan untuk segera mewujudkan teknologi baru bagi sumber energi yang terbaharukan dan ramah lingkugan.[8]

Untuk memecahkan memecahkan permasalahan ini , maka energi lisrtik tenaga surya merupakan salah satu alternative jawabannya. Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) yang menggunakan sel surya  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. Tidak itu saja di negara-negara sedang berkembang seperti India, Mongol promosi pemakaian sumber energi yang dapat diperbaharui ini terus dilakukan. Untuk lebih mengetahui apa itu pembangkit listrik tenaga surya atau kami singkat dengan PLTS yang lebih kita fokuskan penggunaannya  pada rumah tangga  maka dalam tulisan ini akan dijelaskan secara singkat komponen-komponen yang berperan dalam sistim kelistrikan tenaga surya dan trend teknologi yang ada.

 

2.  Sel Surya

2.1 Semikonduktor Sebagai bahan utama untuk sel surya

Hampir semua benda di alam ini dapat menghantarkan listrik, namun baik dan buruknya dalam menghantar listrik berbeda-beda. Suatu penghantar listrik yang buruk disebut isolator dan penghantar listrik yang baik disebut konduktor. Sedangkan semikonduktor adalah bahan yang mempunyai daya hantar diantara daya hantar isolator dan konduktor. Semikonduktor memiliki sifat-sifat  antara lain:

a.       mempunyai koefisien temperatur yang negatip dengan resistensi tidak seperti logam yang memiliki resistensi dengan koefisien temperatur positip.

b.      memberikan daya termolistrik yang tinggi dengan tanda positip atau negatip relatif terhadap logam bersangkutan.

c.       hubungan (junction) antara semikonduktor jenis p dengan jenis n menunjukkan sifat-sifat penyearahan.

d.      peka terhadap cahaya, membangkitkan baik tegangan foto maupun perubahan resistensi akibat penyinaran cahaya.[7]

Silikon (Si) dianggap sebagai salah semikonduktor dasar yang merupakan bahan sangat bermanfaat untuk pembuatan  sel  surya. Sel surya pertama kali berhasil diidentifikasi oleh seorang ahli Fisika berkebangsaan Prancis Alexandre Edmond Becquerel pada tahun 1839. Atas prestasinya dalam menemukan fenomena sel surya ini, Becquerel mendapat Nobel fisikia pada tahun 1903 bersama dengan Pierre dan Marrie Currie.

Baru pada tahun 1883 divais solar sel pertama kali berhasil dibuat oleh Charles Fritts. Charles Fritts saat itu membuat semikonduktor Selenium yang dilapisi dengan lapisan emas yang sangat tipis sehingga berhasil membentuk rangkaian seperti hubungan semikonduktor tipe p dan tipe n. Pada saat itu efisiensi yang didapat baru sekitar 1 persen. Pada perkembangan berikutnya seorang peneliti bernama Russel Ohl dikenal sebagai orang pertama yang membuat paten tentang divais solar sel modern.[4]

 

2.2 Bagian Dasar Sel  surya

Sel Surya diproduksi dari bahan semikon­duktor yaitu silicon berperan sebagai insulator pada temperatur rendah dan sebagai konduktor bila ada energi dan panas. Sebuah Silikon sel surya adalah sebuah diode yang terbentuk dari lapisan atas silikon tipe n ( phosphoros ) dan lapisan bawah type p ( boron ). Sebuah proses yang menambahkan sejumlah bahan phosphorous dan buron ke bahan silikon murni, untuk menciptakan ketidak seimbangan antar atom silikon, phosphorous dan buron, sehingga menyebabkan terjadinya reaksi sel surya. (semikonduktor mempunyai atom yang berkategori 3, 4 & 5 elektron; sedangkan silikon = 4 elektron, phosphorous = 5 elektron, buron = 3 elektron). Elektron-elektron bebas terbentuk dari milion photon atau benturan atom pada lapisan penghubung (junction= 0.2-0.5 micron4) menye­babkan terjadinya aliran listrik.[5]

 

Gambar 1. Bagian sel surya

2.3 Perkembagan Generasi  Sel Surya

Pengembangan Sel Surya Silikon secara Individu[1]  :

a.. Mono-crystalline (Si) Dibuat dari silikon kristal tunggal yang didapat dari peleburan silikon dalam bentuk bujur. Sekarang Mono-crystalline dapat dibuat setebal 200 mikron, dengan nilai effisiensi sekitar 24%.

b. Poly-crystalline/Multi-crystalline (Si) Dibuat dari peleburan silikon dalam tungku keramik, kemudian pendinginan perlahan untuk mendapatkan bahan campuran silikon yang akn timbul diatas lapisan silikon. Sel ini kurang efektif dibanding dengan sel Poly­crystalline ( efektivitas 18% ), tetapi beaya lebih murah.

c. Gallium Arsenide (GaAs) Sel Surya III-V semikonduktor yang sangat efisien , dengan efisiensi sekitar 25%.

2.4 Energi Listrik Dari Sel Surya

Listrik tenaga surya  dibangkitkan oleh komponen yang disebut solar cell/sel surya yang besarnya sekitar 10 ~ 15 cm persegi. Komponen ini mengkonversikan energi dari cahaya matahari menjadi energi listrik. Solar cell merupakan komponen vital yang umumnya terbuat dari bahan semikonduktor. Sebuah Sel Surya dalam menghasilkan energi listrik (energi sinar matahari menjadi photon) tidak tergantung pada besaran luas bidang Silikon, dan secara konstan akan menghasilkan energi berkisar ± 0.5 volt — max. 600 mV pada 2 amp, dengan kekuatan radiasi solar matahari 1000 W/m2 = ”1 Sun” akan menghasilkan arus listrik (I) sekitar 30 mA/cm2 per sel surya.[5]

Pada grafik I-V Curve dibawah yang menggambarkan keadaan sebuah Sel Surya beroperasi secara normal. Sel Surya akan menghasilkan energi maximum jika nilai Vm dan Im juga maximum. Sedangkan Isc adalah arus listrik maximum pada nilai volt = nol; Isc berbanding langsung dengan tersedianya sinar matahari. Voc adalah volt maximum pada nilai arus nol; Voc naik secara logaritma dengan peningkatan sinar matahari, karakter ini yang memungkinkan Sel Surya untuk mengisi accu.

 

Gambar 2. Grafik I-V Curve

Agar dapat memperoleh sejumlah voltage atau ampere yang dikehendaki, maka umumnya masing-masing sel surya dikaitkan satu sama lainnya baik secara hubungan “seri” ataupun secara “pararel” untuk membentuk suatu rangkaian sel surya yang lazim disebut “Modul”. Sebuah modul sel surya umumnya terdiri dari 36 sel surya atau 33 sel, dan 72 sel. Beberapa modul sel surya dihubungkan untuk membentuk satu rangkaian tertentu disebut “Panel Sel Surya” , sedangkan jika berderet-deret modul sel surya dihubungkan secara baris dan kolom disebut “ Array Sel Surya”. [1]

 

Gambar 3.        Diagram Hubungan Sel Surya, Modul, Panel & Array

 

Hubungan sel surya dalam Modul dapat dilakukan secara seri untuk mendapat­kan tegangan yang tinggi dan hubungan secara parallel arus yang besar. Pada applikasinya, karena tenaga listrik yang dihasilkan oleh satu module masih cukup kecil (rata-rata maksimum tenaga listrik yang dihasilkan 130 W) maka dalam pemanfaatannya beberapa module digabungkan dan terbentuklah apa yang disebut array. Sebagai contoh untuk menghasilkan listrik sebesar 3 kW dibutuhkan array seluas kira-kira 20 ~ 30 meter persegi.[5]

 

\

Gambar 4. Rangkaian seri dan parallel sel surya

 

2.5 Sel Surya Bagian dari Atap Bagunan

Selain dari pencarian bahan-bahan baru untuk meningkatkan efisiensi module yang nantinya akan meningkatkan tenaga listrik dengan luas yang sama, maka trend sekarang adalah memberikan nilai tambah module itu dengan menjadikan module sebagai bagian dari bangunan yang menambah keindahan bangunan tersebut dan menambah kenyamanan orang-orang yang tinggal di dalamnya. Disamping akan mengurangi biaya karena tidak diperlukan lagi biaya untuk pemasangan atap. Dari segi module sebagai komponen pembangkit listrik tidak ada perubahan dalam performansi yang dituntut. Tetapi dari segi module sebagai bahan bangunan maka diperlukan syarat-syarat tambahan, seperti syarat kekuatan, daya tahan terhadap hujan, angin, petir dan gangguan luar lainnya. Selain itu bagi para arsitektur syarat keindahan arsitektur juga diperlukan. Gambar di bawah ini memperlihatkan contoh module yang dipakai juga sebagai bahan bahan bagunan.

 

Gambar 5.  Sel surya pada atap bangunan [6]

Seperti yang telah diterangkan diatas module adalah komponen yang merubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Listrik yang dihasilkan adalah DC. Untuk dapat dimanfaatkan lebih banyak lagi biasanya listrik DC ini dirubah menjadi AC. Untuk diubah maka listrik DC dari beberapa module digabungkan dan dikonversikan menjadi AC dengan alat yang disebut power conditioner. Karena menggabungkan listrik dari beberapa module maka sistim pengkabelannnya menjadi rumit dan kapasitas yang dibutuhkan dari power conditionernya pun menjadi besar.Untuk mengatasi persoalan ini, maka sekarang dikembangkan apa yang disebut AC module. Yaitu module yang langsung menghasilkan listrik AC. Secara prinsip tidak ada perubahaan yang terjadi, tetapi secara teknologi diperlukan power conditioner berskala kecil yang dapat dipasang di belakang module.Contoh power conditioner yang sekarang banyak dipasarkan .

Ada 3 Sistim Rangkaian Sel Surya

1. Sistim DC semua

2. Sistim DC dan AC 

3. Sistim interaktip DC, AC dan jaringan listrik lokal PLN.

Dalam sistim DC dan AC, memungkinkan penggunaan Generator set sebagai tenaga cadangan untuk membantu pengisian rangkaian batery-batery bila cuaca atau solar radiasi mata­hari tidak dapat menghasilkan tenaga listrik atau voltage untuk pengisian ke batery. Untuk system interaktif DC dan AC dan jaringan listrik PLN disini dapat berupa listrik yang diperlukan di perumahan atau kantor.  Yang menjadi ciri utama dari sistim ini adalah dihubungkannya AC load ke jaringan distribusi listrik yang dimiliki oleh perusahaan listrik. Jadi apabila listrik yang dihasilkan oleh solar panel cukup banyak melebihi yang dibutuhkan oleh AC load maka listrik tersebut dapat dialirkan ke jaringan distribusi yang ada. Sebaliknya apabila listrik yang dihasilkan solar panel sedikit –kurang dari kebutuhan ac load maka kekurangan itu dapat diambil dari listrik yang dihasilkan perusahaan listrik. [1]

 

Gambar 6.Sistem sel surya terintegrasi

 

Keterangan gambar : 1. solar panel; 2 adalah power conditioner ;3  alat pendistribusi litrik ;4 alat pengukur banyaknya listrik yang dijual atau dibeli.

Sistem  ini di banyak negara-negara industri maju secara peraturan telah memungkinkan. Keuntungan dari sistim ini adalah tidak diperlukan lagi battery. Biaya battery dapat dikurangi. Selain dari itu bagi rumah atau kantor yang memasang solar panel, mereka akan mendapatkan keuntungan dengan penjualan listrik. Persoalan yang dihadapi sekarang adalah soal teknis. Karena terhubungi dengan sistim distribusi, maka masalah keselamatan menjadi perhatian yang utama.Dan salah satu dari pemecahannya adalah membuat power conditioner yang mampu mendeteksi apabila terjadi kecelakaan dan mampu mengkontrol tegangan apabila terjadi perubahan tegangan di AC load dan beberapa soal teknis yang lain.

 

 

 

 

3. Kesimpulan

 

Pengunaan energi matahari dengan menggunakan sel surya  sebagai usaha untuk mengganti atau mengatasi masalah kebutuhan energi  pada masa kini dan datang adalah suatu langkah yang tepat. Untuk pelaksanaan yang ide penggunaannya pada listrikruamah tangga  masih banyak tahap aplikatif yang harus dikembangkan, hal ini masih tampak dengan masih jarangnya penggunaan sistem ini dalam masyarakat kita. Untuk itu perkembangan teknologi ini dalam pemanfaatan dan  pengolahannya terus dikembangkan dan merupakan suatu tantangan yang harus kita hadapi.

 

4. Referensi

 

1.      Danny Santoso Mintorogo, Strategi aplikasi sel urya pada perumahan dan bangunan komersial, Dimensi teknik arsitektur, vol 2  Desember 2000.

2.      Anto tri sugiarto, Prospek Energi Masa Depan, Dimensi vol 4 , Juni 2001

3.      Abdul Hallim , Photovoltaic Power System, Vol 4 Juni 2001

4.      Yulianto Purwanto, Aternatif Sumber Energi Listrik untuk Masa Depan,

5.      Rhazio, Pembangkit Listrik Tenaga Surya, Sep 2007, Jakarta

6.      Kamaruzzaman Sopian, Mengintegrasikan Teknologi Energi Matahari dalam Bangunan di Malaysia – Peluang dan Tantangan, 08 Mei 2006 /www.alambina.net

7.      Chattopadhya dkk, 1999, Dasar Elektronika, 

8.      Brian Yulianto, 2006, Energi-Surya:-Alternatif-Sumber-Energi-Masa-Depan-di-Indonesia.shtml http://www.beritaiptek.com

9.      http://en.wikipedia.org/wiki/Photovoltaics

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sel Surya Untuk Listrik Rumah Tangga

 

 

 

 

 

Oleh

 

Emhadelima                  : 20206036

                  

 

 

 

 

                            

 

 

 

 

 

 

Prodi Fisika – Fakultas MIPA

Institut Teknologi Bandung

2008

 

 

About these ads

Berikan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s


Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.

%d blogger menyukai ini: