25
TEKNOLOGI SEL SURYA SEBAGAI PEMBANGKIT ENERGI LISTRIK BAHAN LISTRIK OLEH : PUTU RUSDI ARIAWAN (0804405050) JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2010

Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

Citation preview

Page 1: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

TEKNOLOGI SEL SURYA SEBAGAI

PEMBANGKIT ENERGI LISTRIK

BAHAN LISTRIK

OLEH :

PUTU RUSDI ARIAWAN (0804405050)

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA

DENPASAR

2010

Page 2: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Permasalahan

Energi adalah satu kata yang mempunyai makna sangat luas karena tidak ada

aktivitas di alam raya ini yang bergerak tanpa energi dan itulah sebabnya kata salah

seorang professor di Jepang bahwa hampir semua perselisihan di dunia ini dipicu, atau

berpangkal pada perebutan atas penguasaan sumber energi.

Secara umum sumber energi dikategorikan menjadi dua bagian yaitu non-

renewable energy dan renewable energy. Sumber energi fosil adalah termasuk kelompok

yang pertama, dan ternyata sebagaian besar aktivitas di dunia ini menggunakan energi

konvensional ini.

Saat dunia membutuhkan sumber energi alternatif ramah lingkungan yang

ketersediaannya berlimpah, serta dapat diperbarui ( renewable energy ), maka teknologi

mutakhir yang disebut solar cell tampil ke depan, teknik penyediaan tenaga ini mengubah

cahaya matahari yang persediaannya di alam semesta hampir tak terbatas, untuk

selanjutnya dijadikan energi listrik yang siap guna.

1.2 Pokok Masalah

Dari berbagai amatan tentang ketersediaan dan pengelolaan energi bila dicermati

dari waktu ke waktu, akan terlihat bahwa ternyata biaya explorasi dan exploitasi yang

cenderung selalu meningkat dengan tajam dan akhirnya energi-energi tersebut menjadi

sangat mahal dan pada titik waktu tertentu bahkan bisa habis samasekali.. Pada saat yang

sama kebutuhan akan ketersediaan energi siap pakai dalam industri dan kehidupan sehari-

hari bertambah dengan angka kelipatan yang mencemaskan para ilmuwan. Oleh karena

itulah penelitian dan pengembangan sumber energi baru sangat diperlukan terutama

energi yang ramah terhadap lingkungan, ekonomis dan ketersediaannya mencukupi untuk

kebutuhan umat manusia pada masa yang akan datang.

Page 3: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

Salah satu sumber energi yang memiliki prospek sangat menjanjikan baik dilihat

dari sisi biaya maupun dari sudut pandang lingkungan hidup adalah energi yang berasal

dari sinar matahari.

Permasalahan mendasar dalam teknologi solar cell adalah kenyataan derajat

efisiensi yang sangat rendah dalam upaya pengubahan energi surya menjadi energi listrik.

Hingga saat ini efisiensi tertinggi yang berhasil dicapai tidak lebih dari 20 persen, itupun

masih dalam skala laboratoris.

Untuk itu di negara-negara maju, penelitian tentang solar cell ini mendapatkan

perhatian yang sangat besar, terlebih dengan isu bersih lingkungan yang menjadi sasaran

utama negara-negara maju pada masa kini.

1.3. Tujuan Penulisan

Penulisan naskah ini adalah guna mengetahui sejarah dan hasil

perkembangan penelitian serta penemuan teknologi sel surya yang digunakan

sebagai pembangkit energi listrik yang dapat diperbaharui.

1.4. Kegunaan Penulisan

Adapun kegunaan yang didapat dari penulisan karya ilmiah ini adalah :

1. Kegunaan teoritis

Sebagai referensi atau bahan bacaan tambahan mengenai sejarah dan hasil

perkembangan penelitian serta penemuan teknologi sel surya yang digunakan

sebagai pembangkit energi listrik yang dapat diperbaharui.

Page 4: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

2. Kegunaan Praktis

Penulisan ini diharapkan dapat memberikan sumbangan pemikiran yang

mungkin dapat diterima dan dapat digunakan sebagai bahan pertimbangan

untuk menghasilkan informasi yang relevan dalam pengembangan penelitian

dan penulisan karya ilmiah lebih lanjut.

1.5.Sistematika Penyajian

Karya ilmiah ini akan disajikan dalam 5 (lima) bab, setiap bab akan dibagi

lagi menjadi beberapa sub bab yang memiliki ikatan satu sama lain.

Secara sistematis akan disajikan dengan susunan sebagai berikut:

Bab I : Pendahuluan

Bab ini didalamnya diuraikan mengenai latar belakang masalah, pokok

permasalahan, tujuan penulisan, kegunaan penulisan dan sistematika

penyajian.

Bab II : Tinjauan Pustaka

Bab ini berisikan uraian mengenai landasan teori yang menunjang

dalam pelaksanaan penulisan karya ilmiah dan pembahasan mengenai

artikel-artikel sebelumnya.

Bab III : Metode Penulisan

Bab ini akan membahas metode penulisan karya ilmiah ini dan nantinya

dipergunakan dalam pemecahan masalah.

Page 5: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

Bab IV : Hasil dan Pembahasan

Bab ini akan membahas gambaran umum tentang energi matahari yang

dikonversikan menjadi energi listrik serta penerapan teknologinya.

Bab V : Simpulan dan Saran

Bab terakhir dari karya tulis ini akan mengurai simpulan dari hasil

pembahasan dan pengkajian yang dilakukan pada bab sebelumnya, bab

ini juga menyajikan saran untuk pengembangan kedepan.

Page 6: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Energi

2.1.1 Menurut Bob Foster dalam bukunya yang berjudul Fisika, mendefinisikan :

“ Energi adalah sesuatu yang dapat mengubah materi sebuah benda baik dari dalam

maupun luar benda tersebut. ”

2.1.2 Menurut Encharta Encyclopedia deluxe , energi didefinisikan sebagai berikut :

“ Energy, capacity of matter to perform work as the result of its motion or its position in

relation to forces acting on it. ”

2.1.3 Menurut Sir Issac Newton dalam buku yang berjudul The Physics, energi

didefinisikan :

“ Kemampuan untuk melakukan usaha” Pelepasan energi memerlukan usaha, melakukan

usaha pada sebuah benda berarti menambah energi pada benda tersebut. Dapat ditarik

kesimpulan bahwa energi dan usaha adalah konsep yang sama.

2.2 Pengertian Energi Surya

2.2.1 Menurut Simon Roberts dalam bukunya yang berjudul Solar Electricity, Energi

matahari adalah :

“ All the energy that reaches the earth from the sun. “ jadi energi matahari adalah semua

energi yang mencapai bumi yang berasal dari matahari.

2.2.2 Menurut Encharta Encyclopedia deluxe Energi Surya terdefinisikan sebagai

berikut :

Page 7: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

“ Energi surya adalah energi yang diberikan matahari dari reaksi fusi di dalam inti

matahari. “

2.3 Pengertian Solar Cell ( Sel Surya )

2.3.1 Menurut Drs.Muhaimin dalam bukunya yang berjudul Bahan-Bahan Listrik untuk

Politeknik solar cell ( sel surya ) adalah :

“ Sebuah fotovoltaik yaitu bahan semikonduktor yang mengubah secara langsung energi

cahaya menjadi energi listrik. “

2.3.2 Menurut Simon Roberts dalam bukunya yang berjudul Solar Electricity Solar cell

(sel surya) adalah :

“ The word „photovoltaic‟ cell refers to an cell that caused electric by light “

2.3.3 Menurut Encharta Encyclopedia deluxe Solar cell ( sel surya ) didefinisikan

sebagai berikut :

“ Solar cells called photovoltaics made from thin slices of crystalline silicon, gallium

arsenide, or other semiconductor materials convert solar radiation directly into

electricity. “

Dari uraian di atas dapat disimpulkan bahwasanya energi sinar matahari dapat

dikonversi menjadi energi elektrik yang siap guna dengan menggunakan solar cell (sel

surya)

Page 8: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

BAB III

METODE PENULISAN

3.1 Jenis Data

3.1.1 Menurut sumbernya

1. Data primer merupakan data yang dikumpulkan dari tempat penelitian

melalui hasil wawancara langsung dengan pihak-pihak berkompeten mengenai

teknologi dari hasil penelitian yang terkait dengan energi listrik dari sel surya.

2. Data sekunder merupakan data yang diperoleh secara tidak langsung dari

buku-buku dan artikel yang mengandung atau menyajikan tulisan ilmiah

tentang teknologi dari hasil penelitian yang terkait dengan energi listrik dari

sel surya.

3.1.2 Menurut sifatnya data dapat digolongkan menjadi:

1. Data kualitatif yaitu data yang tidak berbentuk angka-angka seperti sejarah

penelitian dan naskah penemuan energi listrik dari sel surya,

2. Data kuantitatif yaitu data yang berupa angka-angka dalam hal ini adalah

perhitungan-perhitungan contohnya perhitungan efisiensi dari sebuah sel

surya.

3.2 Metode Pengumpulan Data

1. Dokumentasi

Yaitu cara pengumpulan data dengan membaca buku-buku dan artikel tentang

sel surya dan hal-hal yang terkait dengan perkembangan penelitian dan

penemuan teknologi sel surya, dan kemudian mencatat dan merangkainya

dalam naskah ini.

3.3 Teknik Analisis

Data terkumpul, digunakan untuk mencapai tujuan penyajian karya tulis

ilmiah ini dianalisis secara kualitatif.

Page 9: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

BAB IV

PEMBAHASAN DAN ANALISA

4.1 Apa Itu Tenaga Surya

Pada umumnya tenaga surya dapat diartikan semua energi yang mencapai bumi

yang berasal dari matahari. Energi tersebut memberikan sinar yang terang, membuat

bumi ini hangat dan merupakan sumber energi bagi tumbuhan untuk hidup.

Energi matahari juga memberi manfaat langsung bagi kehidupan kita yaitu :

energi panas matahari dan energi listrik tenaga matahari , manfaat yang disebut pada

urutan ke-dua adalah subyek dari makalah ini. Kedua manfaat itu terlihat hampir sama

namun pada kenyataannya dikumpulkan dari proses yang berbeda dan membutuhkan

peralatan yang berbeda untuk mendapatkannya.

Energi panas matahari

Energi panas matahari adalah pemanfaatan tenaga panas yang dihasilkan oleh

penangkapan sinar matahari. Sejak berabad-abad yang lalu telah ada upaya-upaya untuk

menggunakan energi ini dalam kehidupan sehari hari seperti : untuk mengeringkan

jagung, mengeringkan batu bata, mengeringkan gerabah dan untuk membuat garam dari

air laut dengan menggunakan alat yang disebut bejana penguapan. Energi ini bahkan

dimanfaatkan untuk memasak dengan peralatan yang disebut tungku pengumpul tenaga

surya. Yang sekarang sangat dikenal dan banyak digunakan adalah peralatan pemanas air

tenaga surya.

Energi listrik tenaga matahari

Manfaat lain dari sinar matahari adalah energi listrik tenaga matahari. Ini lah

energi yang dihasilkan dari sinar matahari yang dikonversi menjadi energi listrik

menggunakan solar cells atau photovoltaik cells. Solar cells ( sel surya ) pertamakali

dikembangkan gunaa memberikan tenaga pada satelit untuk program luar angkasa di

tahun 1950-an. Pada saat ini sel surya telah digunakan di bumi dan diproduksi oleh

berbagai perusahaan di berbagai penjuru dunia.

Lebih lanjut mengenai sel surya dapat dilihat pada subbab-subbab berikut.

Page 10: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

4.2 Energi Matahari Sebagai Sumber Energi Alternatif

Sekitar tahun delapan puluhan ketika para ahli di Indonesia menawarkan sumber

energi alternatif yang banyak digunakan di negara maju yaitu nuklir, terjadi berbagai

pertentangan pendapat dan perdebatan yang cukup panjang sehingga mengandaskan

rencana penggunaan sumber energi yang dinilai sangat membahayakan tersebut. Diantara

usulan, pemikiran dan pertanyaan yang banyak dilontarkan kala itu adalah mengapa kita

tidak menggunakan sumber energi surya. Memang tidak diragukan lagi bahwa solar cell

adalah salah satu sumber energi yang ramah lingkungan dan sangat menjanjikan pada

masa yang akan datang, karena penggunaan energi ini tidak menimbulkan dampak

samping yang berupa polusi selama proses konversi energi, selain itu sumber energinya

di alam tersedia hampir tanpa batas, terlebih lagi kenyataan geograpis negeri tropis

seperti Indonesia yang menerima paparan sinar matahari sepanjang tahun dengan

intensitas maksimal.

4.3 Mengkonversikan Energi Sinar Matahari Menjadi Listrik

Energi sinar matahari dapat diubah menjadi arus listrik yang searah dengan

menggunakan silikon yang tipis. Sebuah kristal silindris Si diperoleh dengan cara

memanaskan Si itu pada tekanan yang diatur sehingga Si itu berubah menjadi penghantar.

Bila kristal silindris itu dipotong stebal 0,3 mm, akan terbentuklah sel-sel silikon yang

tipis atau yang disebut juga dengan sel surya fotovoltaik. Sel-sel silikon itu dipasang

dengan posisi sejajar / seri dalam sebuah panel yang terbuat dari alumunium atau baja

anti karat dan dilindungi dengan lapisan kaca atau plastik transparan. Kemudian pada

tiap-tiap sambungan sel dengan sel lain, diberi penghubung listrik. Bila sel-sel itu terkena

sinar matahari maka pada sambungan itu akan mengalir arus listrik. Besarnya arus /

tenaga listrik itu tergantung pada jumlah energi cahaya yang mencapai silikon itu serta

luas permukaan sel itu.

Secara sederhana solar cell terdiri dari persambungan bahan semikonduktor

bertipe p dan n (p-n junction semiconductor) yang jika tertimpa sinar matahari maka akan

Page 11: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

terjadi aliran electron, nah aliran electron inilah yang disebut sebagai aliran arus listrik.

Sedangkan struktur dari solar cell adalah seperti ditunjukkan dalam gambar 1.

Bagian utama perubah energi sinar matahari menjadi listrik adalah absorber

(penyerap), meskipun demikian, masing-masing lapisan juga sangat berpengaruh

terhadap efisiensi dari solar cell. Sinar matahari terdiri dari bermacam-macam jenis

gelombang elektromagnetik yang secara spektrum dapat dilihat pada gambar 2. Oleh

karena itu absorber disini diharapkan dapat menyerap sebanyak mungkin solar radiation

yang berasal dari cahaya matahari.

Lebih detail lagi bisa dijelaskan sinar matahari yang terdiri dari photon-photon,

jika menimpa permukaaan bahan solar sel (absorber), akan diserap, dipantulkan atau

dilewatkan begitu saja, dan hanya foton dengan level energi tertentu yang akan

membebaskan elektron dari ikatan atomnya, sehingga mengalirlah arus listrik. Level

energi itu disebut energi band-gap yang didefinisikan sebagai sejumlah energi yang

dibutuhkan untuk mengeluarkan elektron dari ikatan kovalennya sehingga terjadilah

aliran arus listrik. Untuk membebaskan electron dari ikatan kovalennya, energi foton (hc)

Page 12: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

harus sedikit lebih besar / diatas daripada energi band-gap. Jika energi foton terlalu besar

dari pada energi band-gap, maka extra energi tersebut akan dirubah dalam bentuk panas

pada solar sel. Karenanya sangatlah penting pada solar sel untuk mengatur bahan yang

dipergunakan, yaitu dengan memodifikasi struktur molekul dari semikonduktor yang

dipergunakan.

Pada asasnya sel surya fotovoltaik merupakan suatu dioda semikonduktor yang

berkerja dalam proses tak seimbang dan berdasarkan efek fotovoltaik. Dalam proses itu

sel surya menghasilkan tegangan 0,5 - 1 volt tergantung intensitas cahaya dan zat

semikonduktor yang dipakai. Sementara itu intensitas energi yang terkandung dalam

sinar matahari yang sampai ke permukaan bumi besarnya sekitar 1000 Watt. Tapi karena

daya guna konversi energi radiasi menjadi energi listrik berdasarkan efek fotovoltaik baru

mencapai 25%, maka produksi listrik maksimal yang dihasilkan sel surya baru mencapai

250 Watt per m2 . Dari sini terlihat bahwa PLTS itu membutuhkan lahan yang luas. Hal

itu merupakan salah satu penyebab harga PLTS menjadi mahal. Ditambah lagi harga sel

surya fotovoltaik berbentuk kristal mahal, hal ini karena proses pembuatannya yang

rumit. Namun, kondisi geografis Indonesia yang banyak memiliki daerah terpencil sulit

dibubungkan dengan jaringan listrik PLN, kemudian sebagai negara tropis Indonesia

mempunyai potensi energi surya yang tinggi, hal ini terlihat dari radiasi harian rata-rata

permukaan wilayah Indonesia yang sebesar 4,5 kWh / m2 / hari, maka itu berarti prospek

penggunaan fotovoltaik di Indonesia pada masa mendatang cukup cerah. Untuk itulah

perlu diusahakan untuk menekan harga fotovoltaik misalnya dengan cara sebagai berikut:

Pertama menggunakan bahan semikonduktor lain seperti Kadmium Sulfat dan

Galium Arsenik yang lebih kompetitif.

Ke dua meningkatkan efisiensi sel surya dari 10% menjadi 15%.

Tentu saja agar efisiensi dari solar cell bisa mencapai derajat yang tinggi maka

foton yang berasal dari sinar matahari harus mampu diserap yang sebanyak banyaknya,

kemudian memperkecil refleksi dan rekombinasi serta memperbesar konduktivitas dari

bahannya. Untuk bisa membuat agar foton yang terserap sebanyak banyaknya, maka

absorber harus memiliki energi band-gap dengan range yang lebar, sehingga

Page 13: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

memungkinkan serapan optimal atas sinar matahari yang mempunyai energi sangat

bermacam-macam tersebut. Salah satu bahan yang sedang banyak diteliti adalah CuInSe2

yang dikenal merupakan salah satu dari direct semiconductor.

4.4 Teknologi Pengembangan Modul Fotovoltaik

4.4.1 Modul fotovoltaik

Komponen utama sistem surya fotovoltaik adalah modul yang merupakan unit

rakitan beberapa sel surya fotovoltaik. Untuk membuat modul fotovoltaik secara

pabrikasi bisa digunakan teknologi kristal dan thin film. Modul fotovoltaik kristal dapat

dibuat dengan teknologi yang relatif sederhana, sedangkan untuk membuat sel

fotovoltaik diperlukan teknologi tinggi.

Modul fotovoltaik tersusun dari beberapa sel fotovoltaik yang dihubungkan secara

seri dan paralel. Biaya yang dikeluarkan untuk membuat modul sel surya yaitu sebesar

60% dari biaya total. Jadi, jika modul sel surya itu bisa diproduksi di dalam negeri berarti

akan bisa menghemat biaya pembangunan PLTS.

Untuk itulah, modul pembuatan sel surya di Indonesia tahap pertama adalah

membuat bingkai (frame), kemudian membuat laminasi dengan sel-sel yang masih

diimpor. Jika permintaan pasar banyak maka pembuatan sel yang dilaksanakan di dalam

negeri akan semakin ekonomis, hal ini terjadi karena pada kenyataannya teknologi

pembuatan sel surya dengan bahan silikon single dan poly cristal secara teoritis sudah

dikuasai.

Dalam bidang fotovoltaik yang digunakan pada PLTS, di Indonesia ternyata telah

melewati tahapan penelitian dan pengembangan dan sekarang menuju tahapan

pelaksanaan dan instalasi guna elektrifikasi untuk daerah pedesaan. Teknologi ini cukup

canggih dan memiliki keuntungan-keuntungan yaitu : harganya murah, ramah

lingkungan, mudah dipasang dan dioperasikan serta mudah dirawat.

Sedangkan 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.

Page 14: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

4.4.2 Teknologi Silikon dan GaAs

Pada prinsipnya, sel surya adalah identik dengan piranti semikonduktor dioda.

Hanya saja dewasa ini strukturnya menjadi sedikit lebih rumit karena perancangannya

yang lebih cermat guna meningkatkan derajat efisiensi. Untuk penggunaan secara luas

dalam bentuk arus bolak-balik, masih diperlukan peralatan tambahan seperti inventer,

baterei penyimpanan dan lain-lain.

Kemajuan penelitian atas material semikonduktor sebagai bahan inti sel surya,

telah menjadi faktor kunci bagi pengembangan teknologi ini. Dalam teknologi sel surya,

terdapat berbagai pilihan penggunaan material intinya.

Kristal tunggal silikon sebagai pioner dari sel surya memang masih menjadi

pilihan sekarang karena teknologinya yang sudah mapan sehingga bisa mencapai efisiensi

lebih dari 20 % untuk skala riset. Sedangkan modul / panel sel surya kristal silikon yang

sudah diproduksi berefisiensi sekitar 12 %. Namun demikian, penggunaan material ini

dalam bentuk lempengan (waver) masih digolongkan mahal dan juga volume produksi

lempeng silikon tidak dapat mencukupi kebutuhan pasar bila terjadi penggunaan sel surya

ini secara massal. Sehingga untuk penggunaan secara besar-besaran harus dilakukan

uasaha untuk mempertipis lapisan silikonnya dari ketebalan sekarang yang mencapai

ratusan mikron.

Material yang berifisiensi tinggi lainnya adalah dari paduan golongan unsur III-V

GaAs dan InP. Walaupun secara teoritis efisiensinya bisa mencapai 35%, tetapi sulitnya

menumbuhkan kristal tunggal berkualitas tinggi dari material-material di atas

menyebabkan harganya tergolong sangat mahal sehingga penggunaannya masih terbatas,

terutama hanya untuk penggunaan di angkasa luar. Ditunjang oleh sifat material tersebut

yang tahan terhadap radiasi-radiasi di angkasa luar maka menggunakan bahan ini masih

menjadi pilihan utama. Hingga saat sekarang material golongan ini memang belum

dipertimbangkan untuk digunakan secara massal.

Usaha yang sedang diupayakan sekarang untuk menekan harga pembuatannya

adalah menumbuhkan lapisan GaAs di atas lempeng silikon. Namun, penggabungan dari

dua material dengan struktur berbeda ini menyebabkan timbulnya strain pada lapisan

antarmukanya sehingga menurunkan derajat efisiensi.

Page 15: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

4.4.3 Sel surya film tipis

Pilihan yang paling diharapkan saat ini untuk dapat diproduksi secara massal

dengan harga yang murah adalah sel surya yang terbuat dari film tipis (Thin film solar

cells). Di antaranya ada tiga material yang sedang dikembangkan secara intensif yaitu :

CuInSe2 (atau paduannya seperti CuIns2 atau CuInGaSe2), CdTe dan Silikon amorf.

Tingkat efisiensi bahan-bahan tersebut sekitar 10%, sel surya film tipis ini sudah layak

untuk diproduksi massal dengan harga yang dapat bersaing dengan sumber energi listrik

yang lain. Untuk ketiga material di atas hanya dibutuhkan ketebalan sekitar satu mikron

agar membentuk sel surya yang efisien, hal ini disebabkan oleh daya serap cahayanya

yang besar.

Sel surya film tipis CdTe telah dapat diproduksi dalam bentuk modul percobaan

dengan efisiensi sekitar 10%. Sebenarnya cukup layak pula untuk diproduksi secara

massal. Persoalannya adalah material ini belum dapat diterima dengan baik karena

mengandung unsur cadmium. Dampak buruk bahan ini adalah bila rumah yang atapnya

dinstal sel surya CdTe terbakar, unsur cadmium ini akan menimbulkan polusi yang

membahayakan.

Material CuInSe2 juga sangat diharapkan agar dapat digunakan secara luas,

material dengan daya absorpsi cahaya yang besar ini, secara teoritis mempunyai efisiensi

20% bahkan lebih. Dalam skala laboratorium saat ini telah diupayakan derajat efisiensi di

atas 15%. Kesulitan dari material yang masih baru ini adalah sukarnya mengontrol

komposisi dari ketiga unsur pembentuknya terutama saat diproduksi dalam sekala yang

besar secara massal, sehingga masih akan mengahadapi kesulitan terutama dalam

memproduksi modul dengan kualitas yang sama. Mencari proses pembuatan yang murah

dan layak untuk produksi massal adalah masalah yang menjadi pusat perhatian untuk

material golongan ini.

Yang terakhir adalah silikon amorf. Material ini juga dikenal sebagai bahan dasar

pembuatan flat panel display untuk layar komputer atau televisi portabel, hal ini

dimungkinkan karena material ini bisa dikembangkan dalam ukuran besar dengan lebar

lebih dari satu meter. Film tipis silikon amorf biasanya dibuat dengan menguraikan gas

monosilane (SiH4 ) dalam plasma yang dibangkitkan oleh penguat frekuensi radio (glow

Page 16: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

discharge) pada suhu yang relatif rendah (250o C). Material ini tergolong yang paling

murah di antara semua sel surya film tipis. Secara teoritis, bahan ini dapat menghasilkan

derajat efisiensi sekitar 15-16%. Kelemahannya adalah adanya degrasi / penurunan

efisiensi sekitar 30% dari harga awal, saat pertama kali disinari, walaupun pada akhirnya

menjadi stabil (efek Staebler Wronski). Panel sel surya dengan efisiensi (setelah

terdegradasi) 10% sudah berhasil dibuat. Walaupun nilai efisiensi tersebut sudah masuk

kategori layak produksi, usaha untuk menyempurnakan proses pembuatannya masih terus

berlangsung guna menekan serendah mungkin harga jualnya.

Ada dua hal lain yang juga sering dipertanyakan orang terhadap sel surya. Yang

pertama adalah polusi. Meskipun saat menggunakannya, sel surya tidak menyebabkan

polusi tapi saat pembuatannya (seperti industri semikonduktor lainnya) tetap

menimbulkan dampak limbah / polusi. Yang kedua adalah adanya parameter “energy

pay-back time” yang menyatakan lamanya waktu yang diperlukan oleh sel surya untuk

menghasilkan energi yang sama dengan energi yang dipakai saat pembuatan sel surya itu

sendiri. Terhadap dua hal di atas, sel surya film tipis silikon amorf ternyata lebih unggul

dibandingkan dengan sel surya lainnya.

4.4.4 Hibrida dengan nickel-cadmium batteries

Cadmium, dengan lambang kimia Cd, Silvery-White unsur metalik yang mudah

dibentuk. Nomor atom cadmium adalah 48, unsur ini adalah salah satu dari elemen

transisi di dalam kelompok 12 atau IIB, pada daftar susunan unsur kimia dikenal sebagai

daftar Hukum Berkala.

Cadmium telah ditemukan 1817 oleh Ahli kimia Jerman Friedrich Stromeyer, ia

menemukan Cadmium di dalam lapisan / kerak dalam tungku perapian seng. Cadmium

telah digunakan sebagai material pelapis dalam perangkat pembangkit tenaga atom

karena tingginya kemampuan serap terhadap low-energy netron.

Oleh karena itulah Sulfida Cadmium digunakan juga sebagai sel photovoltaic, dan

Sulfida Cadmium juga dimanfaatkan dalam pembuatan nickel-cadmium baterei.

Page 17: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

Another alkaline cell similar to the Edison battery is the nickel-cadmium cell, or

cadmium battery, in which the iron electrode is replaced by one consisting of cadmium. It

also produces about 1.15 V, and its useful lifetime is about 25 years.

A new type of storage battery with a life expectancy of from 10 to 20 years was

demonstrated recently by Sonotone Corporation. The battery is half the size and will cost

half as much as conventional batteries. The grids of both positive and negative plates

consist of sintered, carbonyl-nickel powder. The active material of the positive plate

when charged is nickel oxide and that of the negative plate is cadmium. The electrolyte is

a 30 per cent by weight solution of potassium hydroxide, the specific gravity of which is

1.29 at room temperature. During charge and discharge no over-all chemical change

occurs in the electrolyte so that there are no appreciable changes in the specific gravity as

the state of a cell changes. The potential of the cell at room temperature is approximately

1.3 volts, and the terminal voltage when the cell is delivering current is about 1.2 volts.

The cells will withstand extreme conditions of temperature and can be charged at

temperatures as low as -40°F. and operate at temperatures as low as -65°F. One of the

demonstrations showed the operation of the battery under circumstances that would cause

other types to cease functioning. A nickel-cadmium unit was frozen in ice with cables

through the ice connected to an automobile-motor starter. The battery repeatedly started

the motor without difficulty. It is also unaffected by shock and vibration and is not

injured by overcharging, reversed charging, and short circuit.

Although the initial cost of this battery is greater than that of conventional types,

it is expected that the actual cost will be considerably lower because of the long life

expectancy.

Power for electronic equipment is furnished by 19,000 solar cells covering more

than 70% of the total sphere surface. They convert sunlight directly to electricity which

charges a nickel cadmium storage battery when the satellite is in sunlight. The battery

runs the equipment when Courier is in the earth's shadow.

Page 18: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

4.4.5 Hibrida dengan pembangkit lain

Dalam penerapannya fotovoltaik dapat digabungkan dengan pembangkit lain seperti

pembangkit tenaga diesel ( PLTD ) dan pembangkit listrik tenaga mikro hidro ( PLTM ).

Penggabungan ini dinamakan sistem hibrida yang tujuannya untuk mendapatkan daya

guna yang optimal.

● Pada sistem ini hibrida PLTS merupakan komponen utama, sedang pembangkit

listrik lainnya digunakan untuk mengkompensasi kelemahan sistem PLTS dan

mengantisipasi ketidakpastian cuaca dan sinar matahari.

● Pada sistem PLTS-PLTD, maka PLTD-nya akan digunakan sebagai "bank up"

untuk mengatasi beban maksimal. Pengkajian dan penerapan sistem ini sudah dilakukan

di Bima (NTB) dengan kapasitas PLTS 13,5 kWp dan PLTD 40 kWp.

● Penggabungan antara PLTS dengan PLTM mempunyai prospek yang cera, hal ini

karena sumber air yang dibutuhkan PLTM relatif sedikit tipikal ini banyak dijumpai di

desa-desa. Untuk itulah pemerintah Indonesia dengan pemerintah Jepang telah

merealisasi penerapan sistem model hidro ini di desa Taratak (Lombok Tengah) dengan

kapasitas PLTS 48 kWp dan PLTM sebesar 6,3 kW.

● Pada sistem hibrida antara fotovoltaik dengan Fuel Cell (sel bahan bakar), selisih

antara kebutuhan listrik pada beban dan listrik yang dihasilkan oleh fotovoltaik akan

dipenuhi oleh fuel cell. Controller berfungsi untuk mengatur fuel cell agar listrik yang

keluar sesuai dengan kepeluan. Arus DC yang dihasilkan fuel cell dan arus fotovoltaik

digabungkan pada tegangan DC yang sama kemudian diteruskan ke power conditioning

subsystem ( PCS ) yang berfungsi untuk mengubah arus DC menjadi arus AC.

Keuntungan sistem ini adalah efisiensinya tinggi sehingga dapat menghemat bahan bakar,

dan kehilangan daya listrik dapat diperkecil dengan menempatkan fuel cell dekat dengan

pusat beban.

Page 19: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

BAB V

SIMPULAN DAN SARAN

5.1 Simpulan

Setelah mengkaji uraian pada bab-bab dan sub bab nya masing-masing, maka ada

beberapa simpulan yang dapat diambil :

1. Dunia membutuhkan sumber energi alternatif ramah lingkungan yang

ketersediaannya memadai, murah serta dapat diperbarui ( renewable energy).

2. Salah satu sumber energi yang memiliki prospek sangat menjanjikan baik dilihat

dari sisi biaya maupun dari sudut pandang lingkungan hidup dan jumlah

ketersediaannya adalah energi yang berasal dari sinar matahari.

3. Permasalahan mendasar dalam teknologi solar cell adalah kenyataan derajat

efisiensi yang sangat rendah dalam upaya pengubahan energi surya menjadi

energi listrik. Hingga saat ini efisiensi tertinggi yang berhasil dicapai tidak lebih

dari 20 persen, itupun masih dalam skala laboratoris.

4. Energi sinar matahari dapat diubah menjadi arus listrik yang searah dengan

menggunakan silikon yang tipis. Kristal Silikon berbentuk silindris yang tebalnya

0,3 mm, disebut juga dengan nama sel surya fotovoltaik.

5. Untuk menekan harga fotovoltaik dapat dilakukan dengan cara :

Pertama menggunakan bahan semikonduktor lain seperti Kadmium Sulfat

dan Galium Arsenik yang lebih kompetitif.

Ke-dua meningkatkan efisiensi sel surya dari 10% menjadi 15%.

6. Teknologi Pengembangan Modul Fotovoltaik ada beberapa :

a. Modul Fotovoltaik

Modul fotovoltaik tersusun dari beberapa sel fotovoltaik yang dihubungkan

secara seri dan paralel. Biaya yang dikeluarkan untuk membuat modul sel surya sebesar

Page 20: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

60% dari biaya total. Jadi, jika modul sel surya itu bisa diproduksi di dalam negeri berarti

akan bisa menghemat biaya pembangunan PLTS.

b. Teknologi Silikon dan GaAs

Pada prinsipnya, sel surya adalah identik dengan piranti semikonduktor dioda,

hanya saja strukturnya lebih rumit karena perancangannya yang lebih cermat guna

meningkatkan derajat efisiensi. Untuk penggunaan secara luas dalam bentuk arus bolak-

balik, masih diperlukan peralatan tambahan seperti inventer, baterei penyimpanan dan

lain-lain.

c. Sel Surya Film Tipis

Pilihan yang paling diharapkan saat ini untuk dapat diproduksi secara massal

dengan harga yang murah adalah sel surya yang terbuat dari film tipis (Thin film solar

cells).

d. Hibrida dengan nickel-cadmium batteries

e. Hibrida dengan pembangkit lain

Dalam penerapannya fotovoltaik dapat digabungkan dengan pembangkit lain seperti

pembangkit tenaga diesel ( PLTD ) dan pembangkit listrik tenaga mikro hidro ( PLTM ).

Penggabungan ini dinamakan sistem hibrida yang tujuannya untuk mendapatkan daya

guna yang optimal.

5.2 Saran

1. Sangat menyarankan untuk dilaksanakannya penelitian, penulisan dan penerapan

teknologi solar cell dengan derajat efisiensi yang yang terus ditingkatkan dalam

pengubahan energi surya menjadi energi listrik.

2. Menyarankan lebih lanjut kerjasama beberapa pihak seperti pemerintah,

pengusaha swasta dan ilmuwan peneliti untuk mempercepat dan memastikan

upaya penerapan teknologi solar cell .

Page 21: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

Demikianlah simpulan dan saran yang dapat kami sajikan dalam karya tulis ini,

semoga seluruh muatan naskah ini ada manfaatnya bagi siapapun yang berkenan untuk

membaca dan mengkajinya lebih lanjut.

Keterangan gambar :

Sebuah rumah pengguna tenaga surya, di Corrales, New Mexico, lempeng datar

pengumpul tenaga surya (kanan bawah) adalah komponen penyedia energi bagi penghuni

rumah tersebut.

Page 22: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

Ketrangan gambar :

Perangkat lempeng datar pengumpul energi surya, dimanfaatkan untuk memanaskan

bejana air berbahan tembaga, yang lebih lanjut menjadi penghangat ruangan dan

penyedia kebutuhan akan air panas bagi penghuni rumah.

Page 23: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

Keterangan gambar :

Experiments menggunakan photovoltaics yang berkesinambungan di Gurun Arizona.

03 03 03

Page 24: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

Keterangan gambar :

Satelit Misi Maksimum, satelit ilmiah yang dirancang untuk mempelajari radiasi

matahari

Page 25: Teknologi Sel Surya Sebagai Pembangkit Energi Listrik

PUTU RUSDI ARIAWAN

BIODATA PENULIS

Nama : Putu Rusdi Ariawan

TTL : Denpasar. 19 April 1990

Agama : Hindu

Mahasiswa Teknik Elektro Unv. Udayana

Email : [email protected]

www.facebook.com/turusdi