Abdul Majid

ABSTRAK Indonesia adalah negara yang memiliki sumber daya energi yang berlimpah dan beragam baik yang bersumber dari fosil seperti minyak bumi, batubara dan gas bumi. Ataupun sumber energi alternatif dan terbarukan lainnya seperti tenaga surya, tenaga angin, tenaga air, geothermal, biomasa dan lain-lain. Meskipun potensi sumber energi yang dimiliki berlimpah, Indonesia sampai saat ini tetap belum bisa memenuhi kebutuhan energi dalam negerinya sendiri. Pada tahun 2005, sumber utama pasokan energi Indonesia adalah minyak bumi ( 54.78 % ), disusul gas bumi ( 22,24 % ), batubara ( 16.77 % ), Air ( 3.72 %) dan geothermal ( 2.46 % ). Sasaran pemerintah pada tahun 2025, diharapkan terwujudnya bauran energi yang lebih optimal, yaitu : minyak bumi ( < 20 % ), gas bumi ( > 30 %), batubara ( > 33 % ), biofuel ( > 5 % ), panas bumi ( > 5 % ), Energi terbarukan lainnya ( > 5 % ) dan batubara yang dicairkan ( > 2 % )

Melihat dari besarnya kebutuhan akan energi dari bahan bakar fosil di idonesia maka tentu akan menghasilkan Gas buang yang berdampak pada pencemaran udara yang kemudian akan mengakibatkan penipisan lapisan Ozon dan pemanasan global.Maka di perlukan suatu sumber energi alternative baru yang ramah lingkungan sebagai contoh sell surya

1

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 baker 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. Dalam proyek akhir ini akan dibahas mengenai bagaimana mekanisme atau prinsip kerja sel surya.apa bila diterapkan sebagai sumber energi pada BTS,MSC,di dunia telekomunikasi.

2

BAB I 1.1 Pendahuluan Usaha-usaha untuk mendapatkan energi alternatif telah lama dilakukan untuk mengurangi ketergantungan terhadap sumber daya minyak bumi. Pemanfaatan minyak bumi diperkirakan akan habis dalam waktu yang tidak lama jika pola pemakaian seperti sekarang ini yang justru semakin meningkat dengan meningkatnya industri maupun transportasi. Selain itu dari berbagai penelitian telah didapat gambaran bahwa kualitas udara telah semakin mengkawatirkan akibat pembakaran minyak bumi. Pemanfaatan energi alternatif dari cahaya matahari belum dapat berkembang menjadi energi komersial karena masih dihadapkan pada masalah teknologi maupun investasi yang sangat tinggi, meskipun sumber daya ini sangat melimpah. Dari 1.203,75 x 106 MW energi surya yang tersedia baru 5 MW yang dimanfaatkan sebagai energi listrik (Syariffuddin, 2000:10) Pemanfaatan energi terbarukan khususnya energi surya mempunyai prospek yang sangat baik di Indonesia terutama untuk BTS,MSC di daerah terpenil, se;lain itu letak geogerafis yang memungkinkan energi matahari terdistribusi secara merata dengan rata-rata 4,5 kW/h/m2 . Energi in baru sangat sedikit dimanfaatkan.Tantangan untuk memproduksi sel surya, standar teknis sistem, perencanaan dan pembangungan serta penguasan teknologi dalam pemeliharaan dan perbaikan masih merupakan kendala yang harus dicarikan penyelesaiannya jika program PLTS ini diterapkan. Indonesia memiliki potensi yang cukup besar dalam energi surya mengingat posisi Indonesia yang terletak dikatulistiwa. Hasil pantauan didapat bahwa nilai radiasi harian terendah adalah di Darmaga, Bogor Jawa Barat dengan intensitas 2,558 kWh/m 2 dan tertinggi di Waingapu Nusa Tenggara Timur dengan intensitas 5,747 kWh,tentu ini akan sangat mendukung pada pemasangan cell surya pada BTS,MSC

3

1.1 latar belakang

Cahaya matahari yang merupakan pancaran gelombang elektromagnet adalah salah satu contoh dari sekian banyak bentuk energi yang dapat kita rasakan di bumi dan telah kita manfaatkan sumber dayanya berabad-abad. Pemberdayaan energi cahaya matahari pada setiap zaman semakin meningkat seiring dengan pengetahuan yang kita dapatkan dan salah satunya adalah Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) yang memanfaatkan energi foton cahaya matahari menjadi energi listrik. Indonesia sendiri, sebuah negara yang dilewati oleh garis khatulistiwa dan menerima panas matahari yang lebih banyak daripada negara lain, mempunyai potensial yang sangat besar untuk mengembangkan pembangkit listrik tenaga surya sebagai alternatif batubara dan diesel sebagai pengganti bahan bakar fosil yang bersih, tidak berpolusi, aman dan persediaannya tidak terbatas. Berbagai instalasi sel surya telah banyak dipakai walaupun hanya pada beberapa golongan masyarakat mampu. Bahan sel surya sendiri terdiri kaca pelindung dan material adhesive transparan yang melindungi bahan sel surya dari keadaan lingkungan, material anti-refleksi untuk menyerap lebih banyak cahaya dan mengurangi jumlah cahaya yang dipantulkan, semikonduktor P-type dan N-type (terbuat dari campuran Silikon) untuk menghasilkan medan listrik, saluran awal dan saluran akhir (tebuat dari logam tipis) untuk mengirim electron keperabot listrik Cara kerja sel surya sendiri sebenarnya identik dengan piranti semikonduktor dioda. Ketika cahaya bersentuhan dengan sel surya dan diserap oleh bahan semikonduktor, terjadi pelepasan elektron. Apabila elektron tersebut bisa menempuh perjalanan menuju bahan semi-konduktor pada lapisan yang berbeda, terjadi perubahan sigma gaya-gaya pada bahan. Gaya tolakan antar bahan semi-konduktor, menyebabkan aliran medan listrik. Dan menyebabkan elektron dapat disalurkan ke saluran awal dan akhir untuk digunakan pada perabot listrik. Bahan dan cara kerja yang aman terhadap lingkungan menjadikan sel surya sebagai salah satu hasil teknologi pembangkit listrik

4

yang efisien bagi sumber energi alternatif masyarakat di masa depan. Memberikan harapan kepada kita untuk mengelola alam secara lebih “alamiah”. Hal diataslah yang menjadi motifasi penulis untuk mencoba membahas bagaimana apabila sell surya ini di buat menjadi sumber energi altenative pada BTS,MSC,karena sangat cocok untuk daerah-daerah terpencil selain itu sell surya adalah sumber energi alternative yang ramah lingkungan 1.2 Rumusan masalah Dalam penulisan proyek akhir ini penulis akan menitik beratkan pada penggunaan sell surya sebagai sumber energi alternative untuk pembangkit daya listrik BTS,MSC, juga akan dibahas perhitungan daya yang digunakan dan besaran biaya pembuatannya 1.3 Batasan masalah Dalam proyek akhir dengan judul SOLAR SEL SABAGAI SUMBAR ENERGI ALTERNATIVE BTS,MSC ini,penulis akan menitik beratkan pada perhitungan besaran daya listrik yang dibutuhkan untuk satu BTS sebagai sample. 1.4 Tujuan dan manfaat

Untuk mengubah cara pandang kita tentang energi dan memberi jalan baru bagi manusia untuk memperoleh energi listrik tanpa perlu membakar bahan baker fosil sebagaimana pada minyak bumi, gas alam atau batu bara, 1.5 Metologio penulisan Dalam menyusun proyek akhir ini penulis menggali informasi dari berbagai sumber baik media internet,Koran, majalah dan buku-buku yang memuat tentang informasi sell surya 1.6 Sistematika penulisan

5

Penulis memulai penulisan proyek akhir ini dangan abstrak,Pendahuluan,rumusan masalah,batasan masalah,tujuan dan manfaat,serata metodologi penulisan,perencanaan pembuatan sel surya dan implementasi hasil serta bab penutup

6

BAB II Prinsip kerja sel surya Sel surya merupakan suatu devais semikonduktor yang dapat menghasilkan listrik jika diberikan sejumlah energi cahaya. Proses penghasilan energi listrik itu diawali dengan proses pemutusan ikatan elektron pada atom-atom yang tersusun dalam kristal semikonduktor ketika diberikan sejumlah energi (hf). Salah satu bahan semikonduktor yang biasa digunakan sebagai sel surya adalah kristal silikon.

[Sketsa penampang dua dimensi dari kristal silikon.] » SEMIKONDUKTOR TIPE-P DAN TIPE-N Ketika suatu kristal silikon di-doping dengan unsur golongan kelima, misalnya arsen, maka atom-atom arsen itu akan menempati ruang diantara atom-atom silikon yang mengakibatkan munculnya elektron bebas pada material campuran tersebut. Elektron bebas tersebut berasal dari kelebihan elektron yang dimiliki oleh arsen terhadap lingkungan sekitarnya, dalam hal ini adalah silikon. Semikonduktor jenis ini kemudian diberi nama semikonduktor tipe-n. Hal yang sebaliknya terjadi jika kristal silikon di-doping oleh unsur golongan ketiga, misalnya boron, maka kurangnya 7

elektron valensi boron dibandingkan dengan silikon mengakibatkan munculnya hole yang bermuatan positif pada semikonduktor tersebut. Semikonduktor ini dinamakan semikonduktor tipe-p. Adanya tambahan pembawa muatan tersebut mengakibatkan semikonduktor ini akan lebih banyak menghasilkan pembawa muatan ketika diberikan sejumlah energi tertentu, baik pada semikonduktor tipe-n maupun tipe-p.

[Semikonduktor tipe-p (kiri) dan tipe-n (kanan).]

[Diagram pita energi semikonduktor tipe-p (kiri) dan tipe-n (kanan).] » SAMBUNGAN P-N Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n disambungkan maka akan terjadi difusi hole dari tipe-p menuju tipe-n dan difusi elektron dari tipe-n menuju tipe-p. Difusi tersebut akan meninggalkan daerah yang lebih positif pada batas tipe-n dan daerah lebih negatif pada batas tipe-p. Batas tempat terjadinya perbedaan muatan pada sambungan p-n disebut dengan daerah deplesi. Adanya perbedaan muatan pada daerah deplesi akan mengakibatkan munculnya medan listrik yang mampu menghentikan laju difusi selanjutnya. Medan listrik tersebut mengakibatkan munculnya arus drift. Namun arus ini terimbangi oleh arus difusi sehingga secara keseluruhan tidak ada arus listrik yang mengalir pada semikonduktor sambungan p-n tersebut.

8

[Diagram energi sambungan p-n dan munculnya daerah deplesi.]

dapat mengalir sehingga menimbulkan energi listrik? Sebagaimana yang kita ketahui bersama, elektron adalah partikel bermuatan yang mampu dipengaruhi Lantas, bagaimana elektron-elektron yang terlepas dari atom-atom kristal semikonduktor oleh medan listrik. Kehadiran medan listrik pada elektron dapat mengakibatkan elektron bergerak. Hal inilah yang dilakukan pada sel surya sambungan p-n, yaitu dengan menghasilkan medan listrik pada sambungan p-n agar elektron dapat mengalir akibat kehadiran medan listrik tersebut.

9

[Kurva I-V sel surya pada keadaan gelap dan diberikan cahaya.] Ketika semikonduktor sambungan p-n disinari maka akan terjadi pelepasan elektron dan hole pada semikonduktor tersebut. Lepasnya pambawa muatan tersebut mengakibatkan penambahan kuat medan listrik di daerah deplesi. Adanya kelebihan muatan ini akan mengakibatkan muatan ini bergerak karena adanya medan listrik pada daerah deplesi. Pada keadaan ini, arus drift lebih besar daripada arus difusi sehingga secara keseluruhan dihasilkan arus berupa arus drift, yaitu arus yang dihasilkan karena kemunculan medan listrik. Arus inilah yang kemudian dimanfaatkan oleh sel surya sambungan p-n sebagai arus listrik.

10

Energi Listrik yang dihasilkan oleh sel surya disimpan dalam batere. Batere disini berfungsi sebagai penyimpanan energi listrik secara kimiawi pada siang hari dan berfungsi sebagai catu daya listrik pada malam hari. Untuk mengontrol pengisian energi ke batere digunakan alat pengontrol pengisian batere yang disebut dengan BCR (Battery Charge Regulator) atau BCU (Batere Controll Unit). BCR / BCU juga mengatur discharge batere sesuai dengan nilai yang telah disetting oleh pabrikannya. Alat ini juga berfungsi untuk mengatur tegangan maksimal dan minimal dari beterai dan memberikan pengamanan terhadap sistem, yaitu : Proteksi terhadap pengisian berlebih (over charge) oleh penyinaran matahari, pemakaian berlebih (over charge) oleh beban, mencegah terjadinya hubungan singkat pada beban listrik dan sebagai interkoneksidarikomponen-komponenlainnya.Dari BCU ini kemudian dihubungkan ke BTS,MSC

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 maksimun dari panel surya. 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 pada stage ini.

11

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

12

Performansi dari Modul Surya Daya listrik yang dihasilkan sel surya ketika mendapat cahaya diperoleh dari kemampuan perangkat sel surya tersebut untuk memproduksi tegangan ketika diberi beban dan arus melalui beban pada waktu yang sama. Kemampuan ini direpresentasikan dalam kurva arus-tegangan (I-V). Ketika sel dalam kondisi short circuit, arus maksimum atau arus short circuit (ISC) dihasilkan, sedangkan pada kondisi open circuit tidak ada arus yang dapat mengalir. sehingga tergangannya maksimum, disebut tegangan open-circuit. (VOC). Titik pada kurva I-V yang menghasilkan arus dan tegangan maksimum disebut titik daya maksimum (MPP). Karaktersitik penting lainnya dari sel surya yaitu fill factor (FF), dengan persamaan:

FF=(V_pm × I_pm)/V_oc

13

Dengan menggunakan fill factor maka maksimum daya dari sel surya didapat dari persamaan, P_max=V_oc×I_sc×FF Sehingga efisiensi sel surya yang didefinisikan sebagai daya yang dihasilkan dari sel ( PMAX ) dibagi dengan daya dari cahaya yang datang ( PCahaya ) : η=P_max/P_cahaya ×100 %

Daya Dan Efisiensi. Sebelum mengetahui daya sesaat yang dihasilkan kita harus mengetahui energi yang diterima, dimana energi tersebut adalah perkalian intensitas radiasi yang diterima dengan luasan dengan persamaan : E = Ir x A dimana : Ir = Intensitas radiasi matahari ( W/m2) A = Luas permukaan (m2) Sedangkan untuk besarnya daya sesaat yaitu perkalian tegangan dan arus yang dihasilkan oleh sel fotovoltaik dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut : P=VxI dimana : P = Daya (Watt), V = Beda potensial (Volt) I = Arus (Ampere) Radiasi surya yang mengenai sel fotovoltaik dengan menggunakan alat pyranometer adalah dalam satuan mV sehingga harus dikonversikan menjadi W/m2 , persamaan yang digunakan adalah : Ir (mV) Ir = _______ x 1000 21,13

(W/m2)

14

Efisiensi yang terjadi pada sel surya adalah merupakan perbandingan daya yang dapat dibangkitkan oleh sel surya dengan energi input yang diperoleh dari sinar matahari. Efisiensi yang digunakan adalah efisiensi sesaat pada pengambilan data. Output η = _______ x 100 % Input Sehingga efisiensi yang dihasilkan : P ηsesaat = _______ x 100 % Ir x A dimana: = Efisiensi (%) Ir = Intensitas radiasi matahari (Watt/m2) P = Daya listrik (Watt) A = Luasan sel surya (m2)

BAB V KESIMPULAN Krisis listrik sebenarnya tak perlu terjadi jika kita jeli memanfaatkan potensi SDA kita yang dapat diperbaharui. Salah satunya yang saat ini sangat berlimpah yaitu sinar matahari. Untuk rumah tangga pembangkit listrik tenaga surya ( plts ) cocok sebagai solusi menghemat biaya listrik bulanan. PLTS terutama panel surya dapat tahan bertahun - tahun. Dengan investasi pembelian peralatan listrik tenaga surya yang meliputi panel solar cell ( papan panel pengubah cahaya matahari menjadi energi listrik ), aki ( accu ) mobil dengan ukuran antara 45 ah hingga 65 ah, inverter ( alat pengubah dan pengganda voltase arus dc menjadi ac ), Charge Regulator / Kontroler ( alat pengatur lalu lintas pengisian energi listrik dari panel ke aki dan pengatur arus listrik dari aki ke beban, jika energi dalam aki tinggal 30 % maka kontroller akan mengeluarkan alarm lalu beberapa saat kemudian arus listrik menuju beban otomatis diputuskan agar aki mengisi arus kembali). 15

Keuntungan PLTS : PLTS sangat ramah lingkungan karena tidak meninggalkan limbah. - Tidak mengeluarkan suara ( polusi suara ), dan mudah perawatannya. Satu set PLTS untuk rumah tangga setidaknya menghasilkan listrik berdaya 300 watt hour dengan daya pakai sekitar 1 jam untuk konsumsi 300 watt, 2 jam untuk 150 watt, 3 jam untuk 100 watt, 4 jam untuk 75 watt, dan jika ingin bertahan 8 jam maka cukup konsumsi 37,5 watt atau setara nyala lampu 4 pcs lampu neon 5 watt. Pokoknya diatur sajalah. - Untuk yang full PLTS nggak capek antri atau menyempatkan diri bayar listrik. - Fleksibel dipasang di mana saja selama ada cahaya matahari. - Ringkas. - Nggak kena pajak yang berhubungan dengan listrik. - Tanpa perlu beli bahan bakar untuk operasionalnya ( non BBM / BBG / batubara / kayu dll

16