BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi...

38
4 BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir Terdapat beberapa penelitian yang mendukung Tugas Akhir ini, dimana pada penelitian tersebut dijadikan dasar acuan pada penelitian pada tugas akhir ini. Jurnal Perancangan Sistem Hibrid PLTS dengan Jala-Jala Listrik PLN untuk Rumah Perkotaan. Pada jurnal membahas mengenai sistem hybrid PLTS dengan PLN yang menggunakan baterai sebagai penyimpan energi listrik ( storage system). Sistem hybrid PLTS dengan listrik PLN dapat diterapkan pada rumah diperkotaan, serta menganalisis faktor yang mempengaruhi besarnya energi listrik yang dihasilkan sel surya berkaitan dengan waktu kerja sistem PLTS. PLTS akan memasok energi listrik sekitar 30% dari beban keseluruhan peralatan listrik rumah tangga, sedangkan 70% listrik sisanya dari PLN. (Bien, L E. 2008). Studi Komporatif 2 Model Pembangkit Listrik Sistem hybrid PLTS dan PLN/Genset. Dalam jurnal ini membahas tentang perbandingan antara PLTS model 1 yang hybrid dengan PLN dan PLTS model 2 yang dibuat secara seri yang akan dianalisis untuk mendapatkan model PLTS yang terbaik. Terdapat perbedaan antara kedua model yaitu pada switch controller (unit pengatur PLTS). Model 2 energi yang dihasilkan dari PLTS, Genset dan kincir akan langsung terdistribusi menuju baterai dan beban tanpa adanya supplay dari PLN. Dari konfigurasi bentuk sistem hybrid model 1 dan model 2 (baik seri maupun parallel), dapat disimpulkan bahwa kinerja dari kedua model pada perinsipnya memiliki keandalan yang sama dalam mempertahankan kontinuitas supplay daya ke beban, namun dari kesederhanaan sistem peralatan, model PLTS 1 lebih sederhana dari model PLTS 2, dan jika dilihat dari kesiapan PLTS dalam mensuplai daya ke beban, maka model PLTS 2 jauh lebih baik dibanding model PLTS 1, sedangkan dari sisi investasi maka model 2 jauh lebih mahal dibanding model 1. (Indrajaya,2012)

Transcript of BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi...

Page 1: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

4

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Mutakhir

Terdapat beberapa penelitian yang mendukung Tugas Akhir ini, dimana

pada penelitian tersebut dijadikan dasar acuan pada penelitian pada tugas akhir

ini. Jurnal “Perancangan Sistem Hibrid PLTS dengan Jala-Jala Listrik PLN untuk

Rumah Perkotaan”. Pada jurnal membahas mengenai sistem hybrid PLTS dengan

PLN yang menggunakan baterai sebagai penyimpan energi listrik (storage

system). Sistem hybrid PLTS dengan listrik PLN dapat diterapkan pada rumah

diperkotaan, serta menganalisis faktor yang mempengaruhi besarnya energi listrik

yang dihasilkan sel surya berkaitan dengan waktu kerja sistem PLTS. PLTS akan

memasok energi listrik sekitar 30% dari beban keseluruhan peralatan listrik rumah

tangga, sedangkan 70% listrik sisanya dari PLN. (Bien, L E. 2008).

Studi Komporatif 2 Model Pembangkit Listrik Sistem hybrid PLTS dan

PLN/Genset. Dalam jurnal ini membahas tentang perbandingan antara PLTS

model 1 yang hybrid dengan PLN dan PLTS model 2 yang dibuat secara seri yang

akan dianalisis untuk mendapatkan model PLTS yang terbaik. Terdapat perbedaan

antara kedua model yaitu pada switch controller (unit pengatur PLTS). Model 2

energi yang dihasilkan dari PLTS, Genset dan kincir akan langsung terdistribusi

menuju baterai dan beban tanpa adanya supplay dari PLN. Dari konfigurasi

bentuk sistem hybrid model 1 dan model 2 (baik seri maupun parallel), dapat

disimpulkan bahwa kinerja dari kedua model pada perinsipnya memiliki

keandalan yang sama dalam mempertahankan kontinuitas supplay daya ke beban,

namun dari kesederhanaan sistem peralatan, model PLTS 1 lebih sederhana dari

model PLTS 2, dan jika dilihat dari kesiapan PLTS dalam mensuplai daya ke

beban, maka model PLTS 2 jauh lebih baik dibanding model PLTS 1, sedangkan

dari sisi investasi maka model 2 jauh lebih mahal dibanding model 1.

(Indrajaya,2012)

Page 2: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

5

Studi Pemanfaatan PLTS Sebagai catu Daya Tambahan pada Insdustri

Perhotelan di Nusa Lembongan Bali. Tesis ini membahas tentang perencanaan

sebuah PLTS yang hybrid dengan PLN dimana sistem PLTS yang akan

dikembangkan untuk mensuplai energi listrik direncanakan sebesar 30%. Besar

daya PLTS yang akan dibangkitkan untuk mensuplai energi hotel yang akan

direncanakan tersebut adalah sebesar 21,6 kWp, yang akan dihasilkan dari 144

panel dengan kapasitas 150 Wp. Biaya energi PLTS dengan harga panel surya saat

ini adalah Rp.8500/Kwh. Dengan memperhitungkan penurunan harga panel surya

rata-rata sebesar 9% pertahun dan kecenderungan kenaikan harga minyak dunia,

diperoleh bahwa pada 5 tahun mendatang biaya energi PLTS akan menurun

menjadi Rp.6100/Kwh, mendekati biaya energi dari PLTD. Analisis kelayakan

investasi PLTS yang dilakukan dengan menggunakan NPV, PI dan DPP

menunjukkan hasil bahwa investasi PLTS layak untuk dilaksanakan. Alternatif

strategi untuk menentukan kelayakan PLTS sebagai catu daya tambahan diperoleh

dengan menganalisis aspek teknis, aspek biaya dan aspek regulasi menggunakan

analisis SWOT. Alternatif strategi dari analisis SWOT menunjukkan bahwa

penetapan regulasi dari pemerintah sangat berperan untuk membuat pemanfaatan

PLTS sebagai catu daya tambahan, layak untuk dikembangkan pada industry

perhotelan di Nusa Lembongan khususnya pada hotel Bali Hai Tide Huts.(

Santiari,Dewa ayu Sri 2011)

Studi Pemanfaatan PLTS Hybrid Dengan PLN di Villa Adleson. PLTS di

vila Adleson ini terdiri dari 12 buah PV modul, satu set rack, 1 buah grid-inverter,

1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah

baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun pada bulan Agustus tahun 2008

dengan nilai investasi sebesar Rp 276.156.500.Kapasitas PLTS yang dibangun

adalah 1,560 kWp yang dihibrida dengan sambungan listrik PLN sebesar 2,300

kW. Total kebutuhan energi listrik harian vila Adleson adalah 6,153 kWh/hari.

Energi listrik yang dihasilkan oleh PLTS di vila Adleson adalah 3,37 kWh/hari

yang setara dengan 1.230 kwh per tahun. PLTS ini sudah mampu mensuplai 50%

dari kebutuhan energi harian vila. Berdasarkan analisa didapatkan bahwa harga

energi (cost of energy) dengan nilai investasi PLTS sebesar Rp 276.156.500

Page 3: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

6

adalah Rp 26.650 per kWh. Sementara jika komponen baterai tidak dihitung maka

besarnya investasi adalah sebesar Rp 117.002.500 sehingga didapatkan harga

energi sebesar Rp 11.291per kWh. Sedangkan jika komponen PLTS tanpa baterai

dan fasilitas remote monitoring dihitung dengan harga komponen saat ini maka

nilai investasi menjadi Rp 98.600.000 sehingga harga energi turun menjadi Rp

9.500 per kWh. Mahalnya harga energi per kWh dari sistem ini adalah karena

produksi PLTS yang relatif kecil. Dari pengamatan dilapangan ditemukan bahwa

beberapa penyebab dari kecilnya produksi PLTS adalah cara instalasi PV modul

yang kurang tepat sehingga energi yang dihasilkan kurang maksimum (Jati, 2011).

Potensi Pengembangan PLTS (fotovoltaic modulsystem) di Dusun

Punggang, Desa Kaliasem, Kecamatan Banjar, Buleleng-Bali. Pada penelitian ini

terdapat beberapa pembahasan lain diantaranya, spesifikasi PV modul yg

digunakan yaitu PV ModulSM55-12 V, menghitung besarnya daya harian rumah

penduduk yaitu sebesar 1140 Wh, menghitung output harian PLTS yaitu sebesar

200,79 Wh, menghitung banyaknya modul yang diperlukan untuk memenuhi

beban rumah tangga yaitu sebanyak 7 unit untuk setiap rumah tangga, menghitung

kapasitas baterai yang dibutuhkan yaitu sebesar 285 Ah, menganalisis kebutuhan

PLTS untuk beberapa tarif listrik PLN, menganalisis kajian investasi dengan

menggunakan metode Net Present Value, dan menganalisis Break Even Point

(BEP) PLTS (Diana,N K. 2004).

Studi Terhadap Unjuk Kerja PLTS 1920 Watt di Universitas Udayana

Bukit Jimbaran. Penelitian membahas konfigurasi existing optimal PLTS dan

unjuk kerja PLTS tersebut. PLTS di Fakultas Teknik Elektro Bukit Jimbaran

merupakan paket PLTS off-grid. Penelitian tersebut menghasilkan beberapa data,

yaitu konfigurasi PV modul yang terhubung untuk mensuplai baterai sebanyak 32

PV modul, unit baterai dengan kapasitas sebesar 1455 Ah ≈ 15 unit baterai dengan

kapasitas baterai 100 Ah, unit baterai charge controller dengan kapasitas load

current sebesar 20 ampere sebanyak 4 buah, dan kapasitas inverter yang

digunakan 6000 watt dengan efisiensi 90 %. Analisis unjuk kerja PLTS

dipengaruhi oleh faktor lingkungan. PV modulSolarex MSX60 yang terpasang

Page 4: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

7

pada sistem PLTS di Jurusan Teknik Elektro bekerja pada temperatur yang lebih

tinggi dari temperatur standar test conditition yaitu sebesar 25°C. Secara teoritis

PV modul Solarex MSX60 akan bekerja secara optimal, jika temperatur yang

diterima sebesar 25°C dengan intensitas radiasi matahari tetap 1000W/m². Setiap

kenaikan temperatur PV modul 1 °C dari temperatur standart test condition maka,

akan melemahkan daya output yang dihasilkan. Tetapi intensitas radiasi matahari

tidak tetap. Dimana intensitas radiasi matahari berfluktuasi setiap waktu.

Demikian juga daya output PV modul mengikuti fluktuasi intensitas radiasi

matahari. Selain itu perubahan intensitas radiasi matahari diikuti oleh perubahan

temperatur PV modul. Semakin besar iradiasi maka, temperatur PV modul juga

akan menjadi lebih tinggi begitu juga sebaliknya (Gatot, 2014)

2.2 Pembangkit Tenaga Listrik

Pembangkit tenaga listrik ialah suatu alat/peralatan yang berfungsi untuk

membangkitkan tenaga listrik dengan cara mengubah energi potensial menjadi

tenaga mekanik selanjutnya menjadi tenaga listrik. Istilah lain yang dipakai untuk

menyebut pembangkit tenaga listrik ialah pusat tenaga listrik.

Dalam mendefinisikan pengertian pembangkit tenaga listrik, akan muncul

berbagai definisi dan pengertian, tergantung dari sudut disiplin ilmu apa kita

melihat, mengasumsikan dan memahaminya. Apabila ditinjau dari sudut ilmu

kelistrikan dapat kiranya mendefinisikan pengertian pembangkit tenaga listrik

sebagai berikut, (Nugroho,2004):

1. Suatu bagian awal dari sistem tenaga listrik yang membangkitkan tenaga

listrik yang terdiri dari instalasi listrik, mekanik, bangunan-bangunan,

fasilitas pelengkap, bangunan serta komponen bantu lainnya.

2. Salah satu bagian dari sistem tenaga listrik untuk membangkitkan energi

listrik dengan cara mengubah potensi energi mekanik dari air, minyak,

uap, panas bumi, nuklir, matahari, angin, kombinasi gas dan uap menjadi

energi listrik. Mengingat tingkat kebutuhan energi listrik terus mengalami

kenaikan setiap tahunnya, sehingga penyediaan energi listrik harus pula

ditingkatkan agar terjadi keseimbangan antara kebutuhan dan penyediaan

Page 5: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

8

energi listrik. Tingkat kebutuhan ini menjadi salah satu pertimbangan

utama dalam pembangunan pembangkit tenaga listrik yang baru.

2.3 Perencanaan Sistem Tenaga Listrik

Pada proses perencanaan pengembangan sistem tenaga listrik diperlukan

adanya prakiraan kebutuhan tenaga listrik yang dapat memberikan informasi

kepada pembuat kebijakan sehingga dengan prakiraan yang baik akan dapat

mengurangi resiko pembangunan yang tidak dibutuhkan.

Dalam setiap proses perencanaan diperlukan adanya suatu prakiraan yang

menggunakan keterangan-keterangan berupa data yang baik dan benar.

Diperolehnya angka-angka prakiraan kebutuhan tenaga listrik merupakan bagian

dari proses dan syarat untuk dapat menyimpan suatu rencana pemenuhan

kebutuhan tenaga listrik maupun pengembangan penyediaan tenaga listrik setiap

saat secara cukup baik dan terus menerus. Jika ditinjau dari masalah

pembangunan sarana penyediaan tenaga listrik perlu dibuat untuk jangka waktu

yang panjang.

Kebutuhan listrik suatu daerah tergantung dari letak daerah, jumlah

penduduk, standar kehidupan, rencana pembangunan atau pengembangan daerah

di masa yang akan datang sehingga dalam prakiraan diperlukan data yang

mencakup perkembangan daerah tersebut, jika dari tingkat perekonomian daerah

maka dapat digunakan jumlah Produk Domestik Regional Bruto suatu daerah,

kemudian jumlah penduduk daerah tersebut.

Tipe-tipe beban pada umumnya dibedakan dalam beberapa sektor antara

lain-lain (Nugroho,2004) :

1. Rumah tangga (perumahan) yang terdiri dari beban yang digunakan oleh

kelompok rumah tangga antara lain dari televisi, lemari es, setrika listrik,

dan lain-lain.

2. Komersial terutama terdiri dari beban untuk toko-toko, hotel, penerangan

papan reklame, alat-alat listrik yang digunakan pada toko, restoran, pasar.

Page 6: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

9

3. Publik meliputi beban yang digunakan untuk penerangan jalan yang selalu

menyala setiap malam, lampu lalu lintas, listrik untuk air mancur taman

kota.

4. Industri yaitu beban yang digunakan oleh sektor industri seperti industri

air minimum, industri tekstil, dll.

2.4 Energi Surya

Energi mempunyai peranan penting dalam pencapaian tujuan sosial, eko-

nomi, dan lingkungan untuk pembangunan berkelanjutan, serta merupakan pendu-

kung bagi kegiatan ekonomi nasional. Penggunaan energi di Indonesia meningkat

pesat sejalan dengan pertumbuhan ekonomi dan pertambahan penduduk.

Sedangkan, akses ke energi yang handal dan terjangkau merupakan pra-syarat

utama untuk meningkatkan standar hidup masyarakat. Memenuhi kebutuhan

energi yang terus meningkat tersebut, dikembangkan berbagai energi alternatif, di

antaranya energi terbarukan. Potensi energi terbarukan, seperti: biomassa, panas

bumi, energi surya, energi air, energi angin dan energi samudera, sampai saat ini

belum banyak dimanfaatkan, padahal potensi energi terbarukan di Indonesia

sangatlah besar. Memecahkan permasalahan ini listrik tenaga surya merupakan

salah satu alternatif jawabannya. 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( Halim,2001).

Energi surya merupakan energi terbarukan,energi ini akan selalu tersedia

selama matahari masih bersinar. Energi surya merupakan salah satu energi yang

sedang giat dikembangkan saat ini oleh Pemerintah Indonesia.

Page 7: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

10

2.5 Potensi Energi Surya Untuk Pengembangan PLTS di Indonesia

Sebagai Negara tropis Indonesia mempunyai potensi energi surya yang

tinggi. Berdasarkan data penyinaran matahari di Indonesia dapat diklasikfikasikan

berturut – turut sebagai berikut: untuk kawasan barat dan timur Indonesia dengan

distribusi penyinaran di Kawasan Barat Indonesia (KBI) sekitar 4,5 kWh/m2/hari

dan di Kawasan Timur Indonesia (KTI) sekitar 5,1 kWh/m2/hari. Dengan

demikian, potensi matahari rata – rata Indonesia yaitu sebesar 4,8 kWh/m2/hari.

Berarti prospek penggunaan fotovoltaik di masa mendatang cukup cerah. Dengan

berlimpahnya energi surya tersebut maka pengembangan listrik tenaga surya yang

berbasis kepada efek fotovoltaik dari piranti sel surya sebagai salah satu sumber

tenaga listrik yang bebas polusi dan alami menjadi suatu pilihan yang tepat untuk

diterapkan di Indonesia. Adapun alasan yang mendukung hal tersebut yakni:

1. Kondisi iklim di Indonesia yang sangat mendukung karena intensitas

radiasi matahari di Indonesia relatife tinggi serta stabil, sehingga PV

modul mendapat daya yang optimal sepanjang tahun.

2. Instalasi yang lebih sederhana dari pada pemasangan sumber energi

terbarukan lainnya, sehingga memungkinkan pemanfaatan energi ini untuk

kebutuhan listrik baik dalam skala kecil sampai skala besar.

3. Indonesia merupakan Negara kepulauan terdiri dari 13 ribu pulau sehingga

membutuhkan waktu yang cukup lama untuk menyediakan jaringan

pembangkit listrik pada setiap daerahnya hingga sampai ke tiap pelosok.

4. Dapat terjangkau seluruh pelosok Indonesia dengan ketersediaan radiasi

surya yang merata sepanjang tahun. Energi matahari sistem dapat diinstal

di lokasi terpencil sehingga lebih praktis dan hemat biaya.

Page 8: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

11

Tabel 2.1 Intensitas radiasi matahari di Indonesia

Sumber: Rahardjo, 2008

Tabel 2.2 Intensitas radiasi matahari di Jimbaran Bali 2014

Bulan jan feb mar apr mei jun jul agus sept okto nov des

Intensitas

radiasi

Matahari

4,93 5,04 5,43 5,39 5,15 4,84 4,79 5,33 5,95 6,19 5,67 5,28

Sumber : Nasa 2015

Disamping itu ada beberapa alasan yang menuntut Propinsi Bali

khususnya, untuk mulai memikirkan energi listrik alternatif terbarukan, agar

nantinya mampu memenuhi kebutuhan listrik daerah sendiri, (Widiartha, 2005):

1. Pertumbuhan pemakaian energi listrik dalam setiap tahunnya yang cukup

besar.

No Kota Provinsi Radiasi rata-rata (kWh/m²)

1 Banda Aceh Aceh 4.1

2 Palembang Sumatera Selatan 4.95

3 Menggala Lampung 5.23

4 Rawasragi Lampung 4.13

5 Jakarta Jakarta 4.19

6 Bandung Jawa Barat 4.15

7 Lembang Jawa Barat 5.15

8 Citius, Tangerang Jawa Barat 4.32

9 Darmaga, Bogor Jawa Barat 2.56

10 Serpong, Tangerang Jawa Barat 4.45

11 Semarang Jawa Tengah 5.49

12 Surabaya Jawa Timur 4.3

13 Kenteng, Yokyakarta Yokyakarta 4.5

14 Denpasar Bali 5.26

15 Pontianak Kalimantan Barat 4.55

16 Banjarbaru Kalimantan Selatan 4.8

17 Banjarmasin Kalimantan Selatan 4.57

18 Samarinda Kalimantan Timur 4.17

19 Menado Sulawesi Utara 4.91

20 Palu Sulawesi Tenggara 5.51

21 Kupang Nusa Tenggara Barat 5.12

22 Waingapu, Sumba Timur Nusa Tenggara Timur 5.75

23 Maumere Nusa Tenggara Timur 5.7

Page 9: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

12

2. Segera diberlakukannya Otonomi Daerah, sehingga Propinsi Bali harus

segera memikirkan untuk dapat mandiri dalam hal suplai listrik yang

selama ini ada yang masih membeli dari Pulau Jawa.

3. Keinginan Pemerintah Indonesia untuk sedikit demi sedikit mengurangi

subsidi listrik untuk masyarakatnya, dengan begitu maka terdapat

kemungkinan yang cukup besar bagi kenaikan tarif listrik untuk beberapa

tahun mendatang.

4. Dikeluarkannya Undang-Undang Republik Indonesia Nomor 20 Tahun

2002, tentang Ketenagalistrikan yang pada pasal 4 menyatakan : Guna

menjamin ketersediaan energi primer untuk pembangkitan tenaga listrik,

diprioritaskan penggunaan sumber energi setempat dengan kewajiban

mengutamakan pemanfaatan sumber energi terbarukan.

2.6 PLTS

PLTS adalah suatu teknologi pembangkit yang mengkonversikan energi

foton dari surya menjadi energi listrik. Konversi ini terjadi pada PV modul yang

terdiri dari sel surya. Sel surya merupakan lapisan-lapisan tipis dari silicon (Si)

murni dan bahan semikondukator lainnya. Apabila bahan tersebut mendapat

energi foton, akan mengeksitasi elektron dari ikatan atomnya menjadi elektron

yang bergerak bebas dan akhirnya akan mengeluarkan tegangan listrik arus

searah. Dengan hubungan seri-paralel, sel surya/sel fotovoltaik dapat digabungkan

menjadi PV modul dengan jumlah sekitar 40 sel surya, selanjutnya rangkaian PV

modulakan membentuk suatu PV array. PLTS memanfaatkan cahaya matahari

untuk menghasilkan listrik DC (direct current), yang dapat diubah menjadi listrik

AC (alternating current) apabila diperlukan. PLTS pada dasarnya adalah pecatu

daya dan dapat dirancang untuk mencatu kebutuhan listrik yang kecil sampai

dengan besar, baik secara mandiri, maupun hybrid. Berdasarkan lokasi

pemasangan sistem PLTS dibagi menjadi dua jenis yaitu, sistem PLTS pola

tersebar (distributed PV plant) dan sistem PLTS pola terpusat (centralized PV

plant).

Page 10: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

13

2.6.1 Kelebihan PLTS

Dibanding dengan pembangkit listrik yang menggunakan bahan bakar

fosil, PLTS mempunyai keunggulan lain (Widiartha, 2005):

1. Tidak memerlukan biaya untuk bahan bakar, karena radiasi matahari dapat

diperoleh secara cuma-cuma dari matahari. Matahari secara rutin

menyinari bumi kita tiap hari, mulai terbit di saat pagi hari hingga

tenggelam saat petang.

2. Dapat menjangkau seluruh pelosok Indonesia dengan ketersediaan radiasi

surya yang merata sepanjang tahun. Indonesia yang seluruh wilayah

otoritasnya berada di sekitar garis katulistiwa memiliki radiasi matahari

yang lebih merata sepanjang tahunnya, bila dibandingkan-dengan negara

yang terletak lebih jauh ke selatan atau ke utara dari posisi garis

katulistiwa.

3. Tidak menimbulkan polusi baik yang berupa kebisingan atau polusi

buangan seperti asap.

4. Memiliki faktor keamanan yang tinggi. Kemungkinan untuk terjadinya

kecelakaan kerja dalam pembangunan, pengoperasian dan pemeliharaan

PLT Surya sangat kecil, bila dibandingkan dengan pembangkit listrik yang

menggunakan bahan bakar fosil.

5. Bersifat modular sehingga mudah dipasang dan dirancang sesuai

kebutuhan.

6. Mudah dioperasikan dan biaya perawatan mudah. Pengoperasian

dilakukan bila komponen sistem PLTS masih menggunakan peralatan

manual, misalnya tracker manual yang memerlukan operator, namun hal

ini hanya dibutuhkan pada saat-saat tertentu saja misalnya pada saat

pergerakan matahari dari garis katulistiwa menuju deklinasi. Demikian

pula halnya dengan perawatan terhadap system PLTS, yang dapat

dilakukan secara berkala setiap satu atau sampai enam bulan sekali.

Page 11: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

14

7. Umur teknis dapat mencapai 20 tahun. Menurut penelitian yang telah

banyak dilakukan maka umur teknis sebuah PV Modul dapat mencapai 20

sampai 25 tahun.

2.6.2 Jenis-Jenis PLTS

Berdasarkan aplikasi dan konfigurasinya, secara garis besar PLTS

diklasikfikasikan menjadi dua yaitu, sistem PLTS yang tidak terhubung dengan

jaringan (off-grid PV plant), atau yang lebih dikenal dengan sebutan PLTS berdiri

sendiri (stand alone) dan sistem PLTS terhubung dengan jaringan (on-grid PV

plant) atau lebih dikenal dengan sebutan PLTS grid-connected. Apabila PLTS

dalam penggunaannya digabung dengan jenis pembangkit listrik lain disebut

sistem hybrid.

2.6.2.1 PLTS Off-Grid

PLTS Off-grid merupakan sistem PLTS yang tidak terhubung dengan

jaringan. Sistem ini berdiri sendiri, sering disebut dengan stand-alone system.

Sistem ini biasanya merupakan sistem dengan pola pemasangan tersebar

(distributed) dan dengan kapasitas pembangkitan skala kecil. Untuk sistem ini

biasanya dilengkapi sistem penyimpanan (storage) tenaga listrik dengan media

penyimpanan baterai. Diharapkan baterai mampu menjamin ketersediaan pasokan

listrik untuk beban listrik saat kondisi cuaca mendung dan kondisi malam hari.

Berdasarkan aplikasinya sistem ini dibagi menjadi dua yaitu, PLTS Off-grid

domestic dan PLTS Off-grid non-domestic (Setiawan, 2014).

Gambar 2.1 Diagram stand alone system

Sumber: (Gatot, 2012)

Page 12: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

15

Prinsip kerja PLTS sistem terpusat dapat diuraikan sebagai berikut:

1. Pada PLTS sistem terpusat ini, sumber energi listrik yang dihasilkan oleh

modul surya (PV) pada siang hari akan disimpan dalam baterai. Proses

pengisisan energi listrik dari PV ke baterai diatur oleh Solar Charge

Controller agar tidak terjadi over charge. Besar energi yang dihasilkan

oleh PV sangat tergantung kepada intensitas penyinaran matahari yang

diterima oleh PV dan efisiensi cell. Intensitas matahari maksimum

mencapai 1000 W/m2, dengan efisiensi cell 14% maka daya yang dapat

dihasilkan oleh PV adalah sebesar 140 W/m2.

2. Selanjutnya energi yang tersimpan dalam baterai digunakan untuk

menyuplai beban melalui inverter saat dibutuhkan. Inverter mengubah

tegangan DC pada sisi baterai menjadi tegangan AC pada sisi beban.

2.6.2.2 PLTS Off-Grid Domestic

PLTS Off-grid domestic merupakan sistem PLTS yang menyediakan daya

listrik pada rumah tangga dan pedesaan yang belum terhubung jaringan listrik

utilitas, dalam hal ini jaringan listrik PLN. Jenis beban listrik yang dicatu oleh

PLTS ini diantaranya beban sistem penerangan dan beban listrik rumah tangga

lainnya.

2.6.2.3 PLTS Off-Grid Non-Domestic

PLTS Off-grid non-domestic merupakan sistem PLTS yang menyediakan

daya listrik untuk batas keperluan atau kegunaan yang lebih luas seperti

telekomunikasi, penerangan jalan, pompa air, radio repeater, stasiun transimisi

untuk observasi gempa dan cuaca, sistem tanda lalu lintas, pelabuhan dan bandara,

instalasi periklanan, alat bantu navigasi, dll.

2.6.2.4 PLTS On-Grid (Grid-Connected PV Plant)

PLTS On-grid atau Grid-connected PV plant merupakan sistem PLTS

yang terhubung dengan jaringan. Berdasarkan pola operasi sistem tenaga listrik ini

dibagi menjadi dua yaitu, sistem dengan penyimpanan (storage) atau disebut

Grid-connected PV with a battery back up, menggunakan baterai sebagai

Page 13: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

16

cadangan dan penyimpanan tenaga listrik dan tanpa baterai atau disebut Grid-

connected PV without a battery back up. Baterai pada PLTS On-grid berfungsi

sebagai suplai tenaga listrik untuk beban listrik apabila jaringan mengalami

kegagalan untuk periode tertentu dan sebagai suplai tenaga listrik ke jaringan

listrik negara (PLN) apabila ada kelebihan daya listrik (exces power) yang

dibangkitkan PLTS. Berdasarkan aplikasinya sistem ini dibagi menjadi dua yaitu,

Grid-connected distributed PV dan Grid-connected centralized PV (Setiawan,

2014).

Gambar 2.2 Diagram sistem PLTS grid-conenected

Sumber: (Gatot, 2012)

Prinsip kerja PLTS sistem on-grid dapat diuraikan sebagai berikut:

1. Pada siang hari, modul surya yang terpasang akan mengkonversi sinar

matahari menjadi energi listrik arus searah (DC). Selanjutnya sebuah

komponen yang disebut grid inverter merubah listrik arus DC tersebut dari

PV menjadi listrik arus bolak-balik (AC) yang kemudian dapat digunakan

untuk mensuplai berbagai peralatan rumah tangga. Jadi pada siang hari,

kebutuhan energi listrik berbagai peralatan disuplai langsung oleh modul

surya. Jika pada kondisi ini terdapat kelebihan energi dari PV maka

kelebihan energi ini dapat dijual ke PLN sesuai kebijakan.

2. Pada malam hari atau jika kondisi cuaca mendung maka peralatan akan

disuplai oleh jaringan PLN. Hal ini dimungkinkan karena sistem ini tetap

terkoneksi dengan jaringan PLN.

Page 14: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

17

Selain itu sistem PLTS on-grid ini dapat menggunakan baterai sebagai

cadangan atau backup energi. Sistem ini disebut sebagai grid connected PV

system with battery backup Sistem ini berfungsi sebagai backup energi listrik

untuk menjaga kontinuitas operasional peralatan-peralatan elektronik. Jika suatu

saat terjadi kegagalan pada suplai listrik PLN (pemadaman listrik) maka

peralatan-peralatan elektronik dapat beroperasi secara normal dalam jangka waktu

tertentu tanpa adanya gangguan.

Gambar 2.3 Sistem PLTS grid-connected dengan penyimpanan (storage) (a) charge control dan

inverter charge control terpisah, dan (b) charge control terintegrasi

Sumber: Whitaker, et al. (2008. P.12)

2.6.2.5 Grid-Connected Distributed PV

Grid-connected distributed PV merupakan sistem PLTS On-grid yang

menyediakan daya listrik untuk pelanggan yang terhubung dengan jaringan listrik

yang spesifik. Contohnya penggunaan PLTS pada kawasan rumah yang terhubung

jaringan tegangan rendah (JTR) 230/400V AC. Dalam hal ini setiap rumah

Page 15: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

18

masing-masing memiliki PLTS sebagai salah satu sumber tenaga listrik, selain

terhubung dan memperoleh pasokan tenaga listrik dari jaringan listrik Negara

(PLN). Setiap rumah/bangunan memiliki sejumlah beban listrik yang harus dialiri

tenaga listrik, jadi dalam kondisi ini energi listrik yang dihasilkan oleh PLTS

sangat dekat dengan area beban listrik. Jadi energi listrik yang dihasilkan oleh

PLTS memiliki nilai lebih tinggi daripada listrik yang dihasilkan oleh pusat

tenaga listrik (PLN). Karena rugi-rugi penyaluran daya listrik PLN lebih besar.

Selain itu apabila dalam proses pembangkitannya PLTS kelebihan tenaga listrik

(exces power) maka daya listrik ini dapat diinjeksikan ke jaringan PLN, diukur

oleh kWh meter ekspor impor dan memperoleh insentif sesuai regulasi yang

berlaku. Oleh karena itu sistem ini lebih cocok digunakan untuk menyediakan

daya listrik seperti kategori beban spesifik seperti contoh diatas.

2.6.2.6 Grid-Connected Centralized PV

Grid-connected centralized PV merupakan sistem PLTS On-grid yang

menyediakan pembangkitan tenaga listrik yang terpusat sebagai suplai pasokan

tenaga listrik yang besar ke jaringan listrik (PLN). Sistem ini lebih cocok untuk

membangkitakan daya listrik yang besar ke jaringan listrik sistem tegangan

menengah, maupun tegangan tinggi, terlebih jauh dengan pusat beban listrik.

Dikarenakan letaknya yang terpusat, maka rugi-rugi daya pada sisi pembangkitan

lebih kecil daripada pola tersebar,walaupun dalam penyaluran pada jaringan PLN

menuju beban tetap terjadi rugi-rugi penyaluran. Selain itu untuk kontrol dan

monitoring lebih baik karena dalam satu area.

2.6.2.7 PLTS Hybrid

Sistem hybrid yaitu sistem yang melibatkan 2 atau lebih sistem

pembangkit listrik, umumnya sistem pembangkit yang banyak digunakan untuk

hybrid adalah genset, PLTS, Mikrohidro, dan tenaga angin. Sehingga sistem

hybrid bisa berarti PLTS-Genset, PLTS-Mikrohidro, PLTS-Tenaga Angin, dan

lainnya. Di Indonesia sistem hybrid telah banyak digunakan, baik PLTS Genset,

PLTS Mikrohidro, maupun PLTS tenaga angin-mikrohidro. Namun demikian

hybrid PLTS-Genset yang paling banyak dipakai. Umumnya digunakan pada

Page 16: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

19

captive genset/isolated grid (stand alone genset, yakni genset yang tidak

diinterkoneksi).

Tujuan dari Hybrid PV-Genset adalah mengkombinasikan keunggulan dari

setiap pembangkit (dalam hal ini genset dan PLTS) sekaligus menutupi

kelemahan masing-masing pembangkit untuk kondisi-kondisi tertentu, sehingga

secara keseluruhan sistem dapat beroperasi lebih ekonomis dan efisien.

Kombinasi Hybrid PV-Genset akan mengurangi jam operasi genset (misalnya dari

24 jam per hari menjadi hanya 4 jam per hari pada saat peak load saja) sehingga

biaya operasi dan manajemen dapat lebih efisien, sementara PLTS digunakan

untuk mencatu base load, sehingga tidak dibutuhkan investasi awal yang besar.

Dengan demikian Hybrid PV-Genset akan dapat menghemat operasi dan

management cost, mengurangi inefisiensi penggunaan genset, serta sekaligus

menghindari kebutuhan investasi awal yang besar.

Gambar 2.4 Skema Hybrid Photovoltaic Power System

Sistem Hybrid PV-Genset terdiri dari empat komponen utama, sebagai berikut:

1. Genset

Membangkitkan listrik AC, untuk sistem hybrid umumnya dilengkapi

dengan automatic starter, agar nyala-mati nya genset dapat diatur otomatis

dari electronic controller.

Sumber: LEN (2011, P.17)

Page 17: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

20

2. PLTS (PV)

Mengkonversi sinar matahari menjadi listrik DC. Mengingat sistem hybrid

menggunakan modul surya dalam jumlah yang cukup banyak dan

semuanya disambungkan baik seri maupun paralel, maka modul surya

dengan kapasitas per panel yang besar (> 100 Wp/panel) lebih disukai,

dengan demikian dapat mengurangi kebutuhan kabel koneksi.

3. Electronic Controller/ Bi Directional Inverter

Electronic controller ini berfungsi sebagai:

a. Voltage contditioning sebelum di catu ke load

b. Sebagai inverter dengan mengkonversi listrik DC yang dihasilkan

solar PV sistem menjadi listrik AC yang akan dicatu ke load

c. Sebagai charger untuk mencharge baterai dengan memanfaatkan

kelebihan listrik dari genset

d. Mengatur charging baterai dari solar modul

4. Baterai

Berfungsi sebagai buffer daya untuk mengatasi time lag antara dihasilkan-

nya listrik oleh pembangkit (PV maupun genset) dengan waktu digunakan-

nya listrik oleh load.

Prinsip kerja PLTS sistem hybrid dapat diuraikan sebagai berikut:

1. Prinsip kerja PLTS sistem hybrid tergantung pada sistem sizing dan sistem

designnya:

a. Sistem sizing adalah proses menentukan kapasitas (ukuran sistem

berdasarkan load profile yang ingin dicatu dengan memperhatikan

kemampuan output masing-masing pembangkit.

b. Sistem design adalah proses menentukan design peralatan yang

dipakai agar dapat dicapai tujuan yang telah ditetapkan, dan agar

peralatan satu dengan lainnya dapat berinteraksi dengan baik.

Apabila load dapat dicatu oleh PLTS dan baterai, maka SMD (Solar Main

Diesel) akan mengkonversi listrik listrik DC dari PLTS atau baterai

menjadi listrik AC, lalu di catu ke jaringan. Apabila PLTS dan baterai

tidak mampu lagi mencatu ke load, maka genset akan dinyalakan untuk

Page 18: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

21

membantu mencatu listrik. berdasarkan pada sistem sizing dan sistem

designnya, hal ini berarti pada dasarnya base load akan dicatu oleh PLTS

dan baterai, sedangkan peak load akan dicatu oleh genset.

2. Baterai akan diisi (charge) oleh dua sumber, yakni PLTS pada siang hari,

dan genset yang berasal dari daya berlebih (excess power) pada saat genset

mencatu peak load, yakni ketika peak load mulai menurun (dan genset

masih menyala). Perilaku hybrid tersebut dapat diset ada SMD, dan dasar

set upnya adalah pada saat penentuan sistem sizing dan sistem design

berdasarkan data load profile. Oleh baterai modul surya SMD controller,

Bi-directional Inverter jaringan distribusi genset karena itu, load profile

sangat menentukan perilaku sistem hybrid dalam mencatu listrik.

2.7 Komponen dan Kapasitas PLTS

Pemanfaatan PV modulsebagai pembangkit tenaga listrik, umumnya

sebagai berikut:

2.7.1 Sel Surya

Sel surya tersusun dari dua lapisan semikonduktor dengan muatan yang

berbeda. Lapisan atas sel surya bermuatan negatif sedangkan lapisan bawahnya

bermuatan positif. Silicon adalah bahan semikonduktor yang paling umum

digunakan untuk sel surya. Apabila permukaan sel surya dikenai cahaya maka

dihasilkan pasangan elektron dan hole. Elektron akan meninggalkan sel surya dan

akan mengalir pada rangkaian luar sehingga timbul arus listrik. Arus listrik yang

dihasilkan oleh sel surya dapat dimanfaatkan langsung atau disimpan dulu dalam

baterai untuk digunakan kemudian.

Gambar. 2.5 Panel sel surya

Sumber: (ABB QT10, 2010)

Page 19: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

22

Besarnya pasangan elektron dan hole yang dihasilkan, atau besarnya arus

yang dihasilkan tergantung pada intensitas cahaya maupun panjang gelombang

cahaya yang jatuh pada sel surya. Intensitas cahaya menentukan jumlah foton,

makin besar intensitas cahaya yang mengenai permukaan sel surya makin besar

pula foton yang dimiliki sehingga makin banyak pasangan elektron dan hole yang

dihasilkan yang akan mengakibatkan besarnya arus yang mengalir. Makin pendek

panjang gelombang cahaya maka makin tinggi energi fotonnya sehingga makin

besar energi elektron yang dihasilkan, dan juga berimplikasi pada makin besarnya

arus yang mengalir.

2.7.2 Prinsip Kerja Sel Surya

Sel surya bekerja berdasarkan efek fotoelektrik pada material semi-

konduktor untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Berdasarkan

teori Maxwell tentang radiasi elektromagnet, cahaya dapat dianggap sebagai

spectrum gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang berbeda.

Pendekatan yang berbeda dijabarkan oleh Einstein bahwa efek fotoelektrik

mengindikasikan cahaya merupakan partikel diskrit atau quanta energi. Pada

awalnya (1839) sifat fotoelektrik ditemukan pada larutan elektro kimia oleh

Alexandre Edmond Becquerel, meskipun tidak ada penjelasan ilmiah untuk

peristiwa itu. Tahun 1905, Albert Einstein mengamati efek ini pada lempengan

metal. Namun pada perkembangannya, Material yang dipakai adalah semikonduk-

tor, terutama silikon. Material ini dapat bersifat insulator pada temperatur rendah,

tetapi dapat bersifat sebagai konduktor bila tersedia energi (Diputra,W.2008).

Sel surya sebenarnya adalah sebuah sel fotovoltaik yang berfungsi sebagai

pengkonversi energi cahaya matahari menjadi energi listrik dalam bentuk arus

searah secara langsung. Pada saat sel surya terkena cahaya yang mempunyai Eg >

1 eV, maka terjadilah hubungan elektron dan hole melalui bahan semikonduktor

ini. Maka timbul aliran elektron pada satu arah dan juga timbul aliran hole pada

satu arah yang berlawanan dan timbul aliran arus yang bila dihubungkan pada

suatu beban akan menimbulkan tenaga listrik. Pada saat sumber cahaya tiba-tiba

dimatikan, maka konsentrasi masing-masing elektron dan hole akan kembali

seperti saat awal dimana belum diberi cahaya. Proses kembalinya konsentrasi

Page 20: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

23

elektron dan hole pada keadaan semula ini dikenal sebagai proses rekombinasi.

Jadi pada sel surya tidak akan ada penyimpanan energi, energi akan hilang begitu

terjadi proses rekombinasi. Elektron dan hole bebas diusahakan keluar melewati

suatu beban luar dan memberikan energi kepada beban tersebut, hal ini jelas

membutuhkan life time yang tinggi atau recombination rate yang rendah.

Pemisahan elektron dan hole bebas pada photovoltaic cell dilakukan internal field

atau yang disebut p-n junction yang terbentuk pada perbatasan bahan

semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Pada saat sel surya terkena cahaya, maka sel

surya akan menerima energi dari foton ke elektron yang bergerak bebas pada

lapisan tipe-n, sehingga dengan adanya pemberian energi dari foton tersebut,

maka electron bebas pada lapisan tipe-n memiliki energi tambahan untuk pindah

ke lapisan tipe-p. Sehingga pada lapisan tipe-n bersifat lebih positif dari lapisan

tipe-p, karena ada beberapa jumlah foton yang lebih besar dari pada jumlah

elektron. Lalu elektron bebas tersebut masuk ke dalam lapisan tipe-p, elektron

akan memasuki hole yang ada pada lapisan tipe-p. Sehingga lapisan tipe-p ini

akan bersifat lebih negatif, karena ada beberapa atom yang memiliki jumlah foton

lebih sedikit dari jumlah elektronnya. Jika lapisan tipe-p dan tipe-n dihubungkan

dengan beban, maka akan mengalir arus dari lapisan tipe-n menuju tipe-p.

Gambar 2.6 Struktur sel surya

Sumber: (ABB QT, 2010)

Page 21: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

24

2.7.3 Photovoltaic Module

Komponen utama sistem surya photovoltaic adalah PV modul yang

merupakan unit rakitan beberapa sel surya photovoltaic. Untuk membuat PV

modul secara pabrikasi bisa menggunakan teknologi kristal dan thin film. PV

modul dapat dibuat dengan teknologi yang relative sederhana. Sedangkan untuk

membuat sel photovoltaic diperlukan teknologi tinggi. PV modul tersusun dari

beberapa sel photovoltaic mempunyai ukuran 10 cm x 10 cm yang dihubungkan

secara seri atau pararel. Biaya yang dikeluarkan untuk membuat PV modul sekitar

60% dari biaya total. Jadi, bila modul sel surya bisa dibuat didalam negeri berarti

akan bisa menghemat biaya. Untuk itulah, modul pembuatan sel surya di

Indonesia tahap pertama adalah membuat bingkai (frame), kemudian membuat

laminasi dengan sel-sel yang masih di inport.

Gambar 2.7 Hubungan sel surya, PV moduldan array

Sumber: (ABB QT, 2010)

Sedangkan kendala utama yang dihadapi dalam pengembangan energi sur-

ya fotovoltaik adalah investasi awal yang besar. Untuk mendapatkan kapasitas

yang lebih besar maka beberapa PV modul digabung akan membentuk PV array.

Berdasarkan jenis dan bentuk susunan atom-atom penyusunnya, solar cell

dapat dibedakan menjadi 3 jenis, yaitu (ABB QT,2010):

Page 22: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

25

1) Monokristal (mono-crystalline)

Monokristal merupakan PV modul yang paling efisien yang dihasilkan

dengan teknologi terkini dan menghasilkan daya listrik persatuan luas yang paling

tinggi. Monokristal dirancang untuk penggunaan yang memerlukan konsumsi

listrik besar pada tempat-tempat yang beriklim ekstrim dan dengan kondisi alam

yang sangat ganas. Memiliki efisiensi sampai dengan 14% - 17%. Kelemahan dari

PV modul jenis ini adalah tidak akan berfungsi baik ditempat yang cahaya

mataharinya kurang (teduh), sehingga efisiensinya akan turun drastis dalam cuaca

berawan.

2) Polikristal (Poly-crystalline)

Polikristal merupakan PV modul yang memiliki susunan kristal acak

karena dipabrikasi dengan proses pengecoran. Tipe ini memerlukan luas

permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan jenis monokristal untuk

menghasilkan daya listrik yang sama. PV modul jenis ini memiliki efisiensi lebih

rendah (12%-14%) dibandingkan tipe monokristal, sehingga memiliki harga yang

cenderung lebih rendah.

3) Amorphous

Amorphous memiliki bentuk yang pasti dan tidak ada didefinisikan

sebagai bahan non-kristal. Tidak seperti silikon kristal, di mana susunan atom

yang teratur. Sehingga, aktivitas timbal balik antara foton dan atom silikon lebih

sering terjadi pada silikon amorf dibandingkan kristal silikon, memungkinkan

lebih banyak cahaya yang dapat diserap. Dengan demikian, sebuah film silikon

amorf yang sangat tipis yang kurang dari 1μm dapat diproduksi dan digunakan

untuk pembangkit listrik. Selain itu, dengan memanfaatkan logam atau plastik

untuk substrat, sel surya fleksibel juga dapat diproduksi. Solar cell jenis

amorphous adalah solar cell yang dibentuk dengan mendoping material silikon di

belakang lempeng kaca. Dinamakan amorphous atau tanpa bentuk karena material

silikon yang membentuknya tidak terstruktur atau tidak mengkristal. Solar cell

jenis ini biasanya berwarna coklat tua pada sisi yang menghadap matahari dan

keperakan pada sisi konduktifnya. Tipe yang paling maju saat ini adalah

Page 23: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

26

Amorphous Silicon dengan Heterojuction dengan stack atau tandem sel.

Efisiensi Sel Amorphous Silicon berkisar 4% sampai dengan 6%.

Pada table 2.2 dibawah akan diperlihatkan karakteristik nilai efisiensi,

berbagai jenis sel surya.

Tabel 2.3 Karakteristik teknologi sel surya

Sumber: ABB QT10, 2010

2.7.4 Temperatur PV Modul

Intensitas cahaya bukanlah satu-satunya parameter eksternal yang

memiliki pengaruh penting pada kurva I-V, ada juga pengaruh temperatur.

Temperatur memiliki peranan penting untuk memprediksi karakteristik I-V.

Komponen semikonduktor seperti diode sensitif terhadap perubahan temperatur,

begitu pula dengan sel surya. Secara umum, sebuah PV modul dapat beroperasi

secara maksimum jika temperatur yang diterimanya tetap normal pada temperatur

25oC. Kecepatan tiupan angin disekitar lokasi sel surya akan sangat membantu

terhadap pendinginan temperatur permukaan sel surya sehingga temperatur dapat

Page 24: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

27

terjaga dikisaran 25oC. Kenaikan temperatur lebih tinggi dari temperatur normal

pada PV modul akan melemahkan tegangan (Voc) yang dihasilkan. Setiap

kenaikan temperatur PV modul 1oC (dari 25

oC) akan mengakibatkan berkurang

sekitar 0,5% pada total tenaga (daya) yang dihasilkan. Untuk menghitung

besarnya daya yang berkurang pada saat temperatur di sekitar PV modul

mengalami kenaikan oC dari temperatur standarnya, dipergunakan rumus sebagai

berikut (Gatot, 2014):

Psaat t naik oC = 0,5% /

oC x PMPP x kenaikan temperatur (

oC) (2.1)

Dimana :

Psaat t naik oC = Daya pada saat temperatur naik

oC dari

temperatur standarnya.

PMPP = Daya keluaran maksimum PV modul.

Daya keluaran PV modul pada saat temperaturnya naik menjadi toC dari

temperatur standarnya diperhitungkan dengan rumus sebagai berikut :

PMPP saat naik menjadi t oC = PMPP – Psaat t naik

oC (2.2)

Dimana :

PMPP saat naik menjadi oC adalah daya keluaran PV modul pada saat

temperatur disekitar PV modul naik menjadi toC dari temperatur

standarnya.

Faktor koreksi temperatur (Temperature correction factor) diperhitungkan

dengan rumus sebagai berikut :

(2.3)

Page 25: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

28

Gambar 2.8 Kurva I-V daya terhadap perubahan temperatur

Sumber: (Butay, 2008)

Tabel 2.4 Suhu Udara di Jimbaran Bali 2014

Bulan Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Ags Sept Okto Nov Des

Suhu 29,

21

28,8

7

29,1

5

29,3

1

28,7

1

28,0

4

27,1

9

26,8

0

27,2

0

28,2

7

29,2

9

29,3

3

Sumber : Nasa 2015

2.7.5 Menghitung Kapasitas PLTS

2.7.5.1 Menghitung Area Array ( PV Area)

Daya (Watt Peak) yang dibangkitkan PLTS untuk memenuhi kebutuhan

energi, diperhitungkan dengan persamaan-persamaan (Nafeh,2009). Area array

diperhitungkan menggunakan rumus sebagai berikut :

(2.4)

Dimana :

EL adalah pemakaian energi (kWh/hari).

Gav adalah insolasi harian matahari rata-rata (kWh/m2/hari).

Page 26: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

29

Ƞpv adalah efisiensi panel surya.

TCF adalah Temperature correction factor.

Ƞ out adalah efisiensi inverter.

2.7.5.2 Menghitung Daya yang akan dibangkitkan Pembangkit Listrik

Tenaga Surya

Dari perhitungan area array, maka besar daya yang dibangkitkan

Pembangkit (Watt Peak) dapat diperhitungkan dengan persamaan sebagai berikut :

(2.5)

Dimana :

PSI (Peak Solar Insolation) adalah 1000w/m2

Ƞpv adalah efisiensi panel surya

Selanjutnya berdasarkan besar daya yang akan dibangkitkan, maka jumlah

panel surya yang diperlukan diperhitungkan dengan rumus sebagai berikut:

( 2.6)

Dimana :

P watt Peak = Daya yang dibangkitkan (WP)

PMPP = Daya maksimum keluaran panel surya

Untuk memperoleh besar tegangan, arus dan daya yang sesuai dengan kebutuhan,

maka panel surya tersebut harus dikombinasikan secara seri dan paralel dengan

aturan sebagai berikut :

1. Untuk memperoleh tegangan keluaran yang lebih besar dari tegangan

keluaran panel surya, maka dua buah ( lebih) panel surya harus

dihubungkan secara seri.

Page 27: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

30

2. Untuk memperoleh arus keluaran yang lebih besar dari keluaran arus panel

surya, maka dua buah (lebih) panel surya harus dihubungkan secara

paralel.

3. Untuk memperoleh daya keluaran yang lebih besar dari daya keluaran

panel surya dengan tegangan yang konstan maka panel-panel surya harus

dihubungkan secara seri dan paralel.

2.8 Karakteristik Listrik PV Modul

Sel surya menerima penyinaran matahari dalam satu hari sangat bervariasi.

Hal ini dikarenakan sinar matahari memiliki intensitas yang besar ketika siang

hari dibandingkan dengan pagi hari. Untuk mengetahui kapasitas daya yang

dihasilkan, dilakukanlah pengukuran terhadap arus (I) dan tegangan (V) pada

gususan sel surya yang disebut modul. Untuk mengukur arus maksimum, maka

kedua terminal dari PV modul dibuat rangkaian hubung singkat sehingga

tegangannya menjadi nol dan arusnya maksimum. Dengan menggunakan amper

meter akan didapatkan sebuah arus maksimum yang dinamakan short circuit

current atau Isc. Pengukuran terhadap tegangan (V) dilakukan pada terminal posi-

tif dan negatif dari modul sel surya dengan tidak menghubungkan sel surya deng-

an komponen lainnya. Pengukuran ini dinamakan open circuit voltage atau Voc.

Hal ini bertujuan untuk mengetahui besarnya daya puncak (Maximum Power

Point (MPP) yang dapat dicapai. Secara sederhana, karakteristik dari PV Modul

ini diterangkan lewat kurva arus terhadap tegangan (Kurva I-V). Pada kurva I-V

terdapat hal-hal yang sangat penting yaitu:

Open Circuit Voltage (Voc)

Tegangan rangkaian terbuka atau open circuit voltage (Voc), adalah kapasitas

tegangan maksimum yang dapat dicapai pada saat tidak adanya arus.

Tegangan ini merupakan kondisi panjar maju pada junction sel surya.

Short Circuit Current (Isc)

Arus hubung singkat atau short circuit current (Isc), adalah maksimum arus

keluaran dari PV modulyang dapat dikeluarkan di bawah kondisi dengan tidak

ada resistansi atau hubung singkat.

Page 28: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

31

Maximum Power Point (MPP)

Maximum Power Point (MPP) pada kurva I-V, adalah titik operasi yang

menunjukkan daya maksimum yang dihasilkan oleh PV modul. Hasil

perkalian arus dan tegangan pada setiap titik kurva I-V menyatakan besar

dayanya.

Gambar 2.9 Kurva I-V pada PV modul

Sumber: (Diputra, 2008)

Kurva daya pada saat sel surya bekerja berbentuk segitiga. Secara grafis,

daya maksimum pada sel adalah puncak dari segitiga yang memiliki luas terbesar.

Titik ini disebut dengan maximum power point (PMPP), tegangan maksimum

keluaran PV modul (VMPP) lebih kecil dari tegangan rangkaian terbuka (Voc) dan

arus maksimum keluaran PV modul (IMPP) adalah lebih rendah dari arus hubung

singkat (Isc). Nilai PMPP dapat dicari dengan persamaan 2.6 berikut:

PMPP = Vmp x Imp (2.7)

Dimana:

PMPP = Daya keluaran maksimum PV modul (W)

Vmp = Tegangan keluaran maksimum PV modul (V)

Imp = Arus keluaran maksimum PV modul (A)

Page 29: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

32

2.8.1 Faktor Pengaruh Kondisi Lingkungan Terhadap Pengoperasian PV

modul

Beberapa faktor pengaruh kondisi lingkungan terhadap pengoperasian

modul surya agar mendapatkan nilai yang maksimum sangat tergantung pada:

2.8.2 Intensitas Cahaya Matahari

Intensitas cahaya matahari mempengaruhi karakteristik arus-tegangan pada

sel surya. Pengaruh intensitas cahaya matahari terhadap arus yang dihasilkan lebih

besar dibandingkan dengan tegangan terminalnya. Faktor ini dapat dikatakan

sebagai factor utama yang mempengaruhi karakteristik listrik sebuah PV Modul.

Logikanya adalah semakin rendah intensitas cahaya yang diterima oleh PV modul

maka arus (Isc) akan semakin rendah. Hal ini membuat titik Maximum Power

Point berada pada titik yang semakin rendah.

Gambar 2.10 Kurva I-V terhadap intensitas radiasi matahari

Sumber: (Butay, 2008)

Untuk mengukur intensitas cahaya digunakan sebuah alat yang bernama

lux meter. Lux meter adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengukur

intensitas cahaya atau tingkat pencahayaan. Pengukuran intensitas cahaya

menggunakan luxmeter yang menghasilkan nilai intensitas cahaya dengan satuan

lux. Tidak ada konversi langsung antara lux dan W/m2 itu tergantung pada

panjang gelombang atau warna cahaya. Sehingga untuk mendapatkan konversi

antara lux dan W/m2

perlu dilakukan percobaan. Namun, ada perkiraan konversi

0,0079 W/m2 per Lux (Hossain, 2011).

Page 30: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

33

2.8.3 Efisiensi PV Module

Ketika energi matahari menimpa sel surya, tidak 100% energi tersebut

terserap dan dapat dikonversikan seutuhnya menjadi energi listrik, karena dalam

penyampaiannya masih ada prosentase kerugian (losses) yang terjadi dengan

rincian sebagai berikut (ABB QT10, 2010):

100% dari peristiwa energi matahari yaitu:

a) 3% rugi pantulan dan bayangan pada kontak depan (lapisan depan)

b) 23% foton dengan panjang gelombang tinggi, dengan energi yang kurang

untuk membebaskan elektron, sehingga menghasilkan panas

c) 32% foton dengan gelombang pendek, dengan energi yang berlebih

(penyebaran/transmission)

d) 8,5% penggabungan ulang dari free charge carriers

e) 20% peralihan elektrik pada sel, utamanya pada daerah transisi/peralihan

f) 0,5% resistansi, mewakili rugi konduksi (conduction losses)

g) 13% energi listrik yang dapat dicapai

Melihat dari peristiwa energi matahari, PV modul mengkonversikan energi

matahari kurang dari 20% menjadi energi listrik. Sementara sisanya akan terbuang

sebagai panas. Hal ini, dapat menurunkan efisiensi PV moduls ecara segnifikan.

Efisiensi PV modul ialah prosentase kemampuan PV modul dalam

mengkonversikan energi matahari menjadi energi listrik. Perbandingan

performansi antara satu PV modul dengan PV modul lainnya dilihat dari

efisiensinya. Banyakya energi matahari dalam bentuk foton yang diserap sel surya

menentukan efisiensinya. Efisiensi PV modul didefinisikan sebagai irradiance

yang diterima oleh permukaan sel surya. Nilai efisiensi ini selalu dihitung pada

kondisi standar (irradiance = 1000 W/m2) AM 1,5 dan temperature 250 C).

2.8.4 Kondisi Cuaca (cerah,mendung,gerimis)

Nilai konstan ini bukanlah besarnya radiasi yang sampai dipermukaan

bumi. Atmosfir bumi mereduksi/ mengurangi radiasi matahari tersebut melalui

proses pemantulan, penyerapan (oleh ozon, uap air, oksigen dan karbondioksida)

dan penghamburan (oleh molekul-molekul udara, partikel debu atau polusi).

Page 31: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

34

Untuk cuaca yang cerah pada siang hari, intensitas radiasi yang mencapai

permukaan bumi adalah 1.000 W/m². Nilai ini relatif terhadap lokasi. Insolasi

(energi radiasi) maksimum terjadi pada hari yang cerah namun berawan sebagian.

Ini karena pemantulan radiasi matahari oleh awan sehingga insolasi (energi

radiasinya) dapat mencapai 1.400 W/m² untuk periode yang singkat.

2.8.5 Orientasi PV Modul

PV modul hanya akan efektif bila mendapat sinar langsung dengan arah

normal tegak lurus terhadap permukaan PV modul. Jika semakin jauh sudut tegak

PV modul terhadap matahari maka tingkat penerimaan sinar matahari akan

semakin rendah karena bila sudut PV modul semakin miring maka sebagian besar

sinar matahari akan memantul dari permukaan sel surya dan hanya sedikit foton

yang diserap. Namun kenyataannya peristiwa dari radiasi matahari bervariasi

berdasarkan pada keduanya yaitu garis lintang (latitude) dan seperti halnya

deklinasi matahari selama setahun. Faktanya poros rotasi bumi adalah dengan

kemiringan sekitar 23,45o terhadap bidang dari orbit bumi oleh matahari, pada

garis lintang tertentu tinggi dari matahari pada langit bervariasi setiap harinya.

Untuk mengetahui ketinggian maksimum (dalam derajat) ketika matahari

mencapai langit (α), secara mudah dengan menggunakan persamaan berikut (ABB

QT, 2010):

α = 90o – lat + δ (N hemisphere); 90

o + lat - δ (S hemisphere) (2.8)

Dimana:

lat adalah garis lintang (latitude) lokasi instalasi PV modulterpasang

(dalam satuan derajat)

δ adalah sudut dari deklinasi matahari [23,45o]

Apabila sudut dari ketinggian maksimum matahari (α) diketahui, maka

sudut kemiringan PV modul (β) juga dapat diketahui. Namun tidak cukup hanya

mengetahui α saja untuk menentukan orientasi yang optimal dari PV modul.

Sedangkan sudut yang harus dibentuk oleh PV modul terhadap permukaan bumi

(β), dapat diperoleh dengan :

Page 32: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

35

β = 90o – α (2.9)

Penempatan PV modul untuk mendapatkan energi maksimum, sebaiknya

PV modul ditempatkan menghadap arah selatan, meskipun arah timur atau barat

juga memungkinkan tetapi jumlah listrik yang dihasilkan akan lebih rendah.

Selain itu sudut peletakan PV modul tidak boleh kurang dari 10 derajat atau

melebihi 45 derajat. Orientasi dari rangkaian PV modul (array) ke arah matahari

adalah penting, agar PV modul (array) dapat menghasilkan energi yang

maksimum. Misalnya, untuk lokasi yang terletak di belahan bumi utara maka PV

modul sebaiknya diorientasikan ke selatan. Begitu pula untuk lokasi yang terletak

di belahan bumi selatan maka PV modul diorientasikan ke utara (Hanif, 2012).

2.8.6 Sudut Kemiringan PV Modul

Sudut kemiringan memiliki dampak yang besar terhadap radiasi matahari

dipermukaan PV modul. Untuk sudut kemiringan tetap. Daya maksimum selama

satu tahun akan diperoleh ketika sudut kemiringan PV modul sama dengan lintang

lokasi. Sistem pengaturan berfungsi memberikan pengaturan dan pengamanan

dalam suatu PLTS sedemikian rupa sehingga sistem pembangkit tersebut dapat

bekerja secara efisien dan handal. Peralatan pengaturan di dalam sistem PLTS ini

dapat dibuat secara manual, yaitu dengan cara selalu menempatkan kearah

matahari, atau dapat juga dibuat secara otomatis, mengingat sistem ini banyak

dipergunakan untuk daerah terpencil. Otomatis ini dapat dilakukan dengan

menggunakan rangkaian elektronik. Namun dalam segi kepraktisan dan

memudahkan perawatan pemasangan PV modul yang mudah dan murah adalah

dengan memasang PV modul dengan posisi tetap dengan sudut kemiringan

tertentu. Untuk menentukan arah sudut kemiringan PV modul harus disesuaikan

dengan letak geografis lokasi pemasangan PV modultersebut. Penentuan sudut

pemasangan PV modul ini berguna untuk membenarkan penghadapan PV modul

ke arah garis khatulistiwa. Pemasangan PV modul ke arah khatulistiwa

dimaksudkan agar PV modul mendapatkan penyinaran yang optimal. PV modul

yang terpasang di khatulistiwa (lintang = 0o) yang diletakan mendatar (tilt angle =

0o), akan menghasilkan energi maksimum (Hanif, 2012)

Page 33: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

36

Gambar 2.11 Pemasangan PV Moduldengan sudut kemiringan

Sumber: (Hanif M, 2012)

2.8.7 Menentukan Jenis PV Modul yang Tepat

Penentuan PV Modul yang tepat tidak dapat dilepaskan dari karakteristik

listrik yang dimiliki. Jika disimpulkan maka ada dua faktor penting yang

mempengaruhi secara mendasar pemilihan PV Modul yang sesuai, (Widiart-

ha,2005):

1. Faktor internal dalam sistem PLTS adalah sistem penchargeran yang

digunakan, dan jenis baterai yang di gunakan untuk menyimpan energi listrik.

2. Faktor eksternal, yaitu suhu udara lokasi, harga dari PV Modul tersebut dan

ketersediaan barang pada daerah pembangunan pembangkit.

2.8.7.1 Faktor Internal

Hal pertama yang berkaitan dengan factor internal adalah : apakah charge

regulator akan digunakan untuk mengisi baterai atau tidak. Apabila system PLTS

menggunakan charge regulator, maka waktu pengisian ke baterai penyimpan

akan berlangsung lebih cepat, dan arus serta tegangan yang dihasilkan PV Array

akan distabilkan terlebih dahulu sebelum memasuki baterai penyimpan. Dari

kelebihan yang dimiliki system charge ini (bila dibandingkan dengan 2 sistem

charge yang lain), maka umumnya PLTS dilengkapi dengan charge regulator

yang dapat ditempatkan pada kotak panel kontrolnya (Widiartha, 2005)

Page 34: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

37

2.8.7.2 Faktor eksternal

Hal eksternal pertama yang harus dipertimbangkan saat akan memasang

atau memilih jenis PV Modul yang akan dipakai adalah suhu udara lokasi. Suhu

dari suatu daerah mempengaruhi besarnya output tegangan maksimal pada sebuah

PV modul. Semakin tinggi suhu udara suatu tempat, tegangan maksimal keluaran

(Voutput maksimal) yang dihasilkan akan semakin rendah. Untuk mengatasi

penurunan tegangan ini yakni mengembalikan tegangan nominal PV Modul

tersebut, cara yang digunakan adalah dengan menambahkan lebih banyak solar

cell, dan ini berarti penambahan pengeluaran biaya.

2.9 Inverter

Inverter berfungsi untuk merubah arus dan tegangan listrik DC (direct

current) yang dihasilkan PV array menjadi arus dan tegangan listrik AC

(alternating current) dengan frekuensi 50Hz/60Hz. Pemilihan inverter yang tepat

untuk aplikasi tertentu, tergantung pada kebutuhan beban dan tergantung pada

apakah inverter akan menjadi bagian dari sistem yang terhubung ke jaringan

listrik atau sistem yang berdiri sendiri. Berdasarkan bentuk gelombang yang

dihasilkan, inverter di kelompokan menjadi tiga (Gatot, 2014) yaitu:

a. Square wave (gelombang kotak)

Pada beban-beban listrik yang menggunakan kumparan / motor square

wave inverter tidak dapat bekerja sama sekali.

b. Modified sine wave

Inverter Modified sine wave (gelombang sinus modifikasi),

menghasilkan daya listrik yang cukup memadai untuk sebagian

peralatan elektronik tetapi memiliki kelemahan karena kekuatan daya

listrik yang dihasilkan tidak sama persis dengan daya listrik dari PLN.

c. True sine wave

Inverter true sine wave (gelombang sinus murni) menghasilkan

gelombang listrik yang sama dengan listrik PLN. Bahkan lebih baik

dari segi kestabilan daya listrik dibandingkan daya listrik dari PLN.

True sine wave inverter diperlukan terutama untuk beban-beban yang

Page 35: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

38

masih menggunakan motor agar bekerja lebih mudah, dan tidak cepat

panas.

Modified sine wave inverter ataupun square wave inverter bila dipaksakan

untuk beban-beban induktif maka effisiensinya akan jauh berkurang dibandingkan

dengan True sine wave inverter. Inverter yang terbaik adalah yang mampu

menghasilkan gelombang sinosuidal murni atau true sine wave yaitu bentuk

gelombang yang sama dengan bentuk gelombang dari jaringan listrik (grid

utility).

2.9.1 Bentuk Gelombang Keluaran Inverter

Kualitas bentuk gelombang keluaran yang diperlukan inverter tergantung

dari karakteristik beban yang terpasang. Beberapa jenis beban membutuhkan

gelombang sinusoidal yang murni atau mendekati murni untuk dapat bekerja

dengan baik. Beberapa jenis lainnya hanya membutuhkan gelombang sinusoidal

yang tidak terlalu sempurna untuk bekerja.

Selain dengan menggunakan inverter untuk memperoleh bentuk gelom-

bang keluaran inverter yang mendekati sinusoidal murni dapat juga digunakan

teknik PWM (Pulse Width Modulation). PWM adalah sebuah cara untuk

memanipulasi lebar sinyal atau tegangan yang dinyatakan dengan pulsa dalam

satu periode yang akan digunakan untuk mengatur tegangan sumber yang konstan

untuk mendapatkan tegangan rata – rata yang berbeda.

Sinyal PWM adalah sinyal digital yang amplitudonya tetap namun lebar

pulsa yang aktif (duty cycle) per periodenya dapat diubah – ubah. Dimana

periodenya adalah waktu pulsa high (1)Ton ditambah waktu pulsa low (0) Toff.

Page 36: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

39

Gambar 2.12 Bentuk umum sinyal PWM

Sumber: (Kristian, 2008)

Duty cycle adalah lamanya pulsa high (1) Ton dalam satu periode.grafik

berikut menggambarkan sinyal PWM dengan beberapa duty cycle yang berbeda.

Gambar 2.13 Grafik duty cycle sinyal PWM

Sumber: (Kristian, 2008)

Pada grafik 2.13 PWM teratas terlihat bahwa sinyal high per periodenya

sangat kecil (hanya 10%). Pada garafik PWM ditengah terlihat sinyal high hampir

sama dengan sinyal low (50%). Dan pada gambar paling bawah terlihat bahwa

sinyal high lebih besar dari sinyal low (90%).

Jika tegangan input yang melalui rangkaian tersebut sebesar 10 V. Maka

jika digunakan PWM teratas, nilai tegangan output rata-ratanya sebesar 1 V (10%

dari V source), jika digunakan PWM yang tengah, maka tegangan output rata –

ratanya sebesar 5 V (50%). Begitu pula jika menggunakan PWM yang paling

bawah, maka tegangan output rata-ratanya sebesar 9V (90%).

Untuk mendapatkan sinyal PWM dari input berupa sinyal analog, dapat

dilakukan dengan membentuk gelombang gigi gergaji atau sinyal segitiga yang

diteruskan ke komparator bersama sinyal aslinya.

Page 37: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

40

Gambar 2.14 Skema pembentukan sinyal PWM

Sumber: (Kristian, 2008)

Dan jika digambarkan dalam bentuk sinyal akan terlihat seperti gambar 2.8

dimana sinyal input analog (modulating signal) dimodulasikan dengan sinyal gigi

gergaji (carrier) sehingga akan dihasilkan sinyal PWM (pulse width modulated).

2.10 Penyangga dan Sistem Pelacak (Mounting and Tracking Systems)

Modul surya harus terpasang pada suatu struktur/kerangka, untuk

menjaganya tetap terarah pada arah yang tepat, agar lebih tersusun rapi dan

terlindungi. Struktur pemasangan modul surya bisa pada struktur yang tetap

(fixed) atau dengan sistem pelacak sinar matahari, atau biasanya disebut tracking

systems.

a. Sistem penyangga tetap (fixed mounting systems)

Sistem pemasangan tetap (fixed) menjaga barisan dari modul surya

pada sudut kemiringan yang tetap, menghadap pada suatu sudut tetap dari

arah matahari yang telah ditentukan. Sudut kemiringan dan arah/orientasi

pada umumnya disesuaikan berdasarkan lokasi PLTS terpasang. Sistem ini

lebih sederhana, murah, dan lebih sedikit perawatan dari pada sistem

tracking.

b. Sistem pelacak (tracking systems)

Sistem pelacak adalah suatu peralatan atau sistem yang digunakan

untuk mengarahkan panel surya atau pemantul cahaya terpusat terhadap

matahari, sehingga dengan mengarahkan panel surya secara tepat pada

posisi matahari, panel surya tersebut dapat memaksimalkan tegangan yang

akan dihasilkannya.

Sistem pengikut atau pelacak memiliki dua jenis pergerakan, yaitu

pengikut matahari dengan dua arah gerak (ke arah timur-barat), dan

Page 38: BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ii.pdf · 1 buah charger regulator yang dilengkapi dengan automatic switch, 12 buah baterai, 1 set remote interface. PLTS ini dibangun

41

pengikut matahari dengan empat arah gerak (ke arah timur-barat dan ke

arah utara-selatan). Pengikut matahari (selanjutnya disebut solar tracker)

yang memiliki dua arah gerak (timur-barat) biasanya digunakan pada

daerah-daerah yang terletak di luar garis khatulistiwa (equinox) dan titik

balik matahari (solstice). Hal ini dilakukan karena posisi matahari pada

daerah tersebut selalu condong ke arah utara dan selatan. Sedangkan

pengikut matahari jenis kedua yang memiliki empat arah gerak (timur-

barat dan utara-selatan) biasanya digunakan pada daerah yang dilalui oleh

garis khatulistiwa ata di dalam titik balik matahari. Hal ini dilakukan

karena posisi matahari dalam setiap tahunnya bergerak condong ke arah

utara maupun ke selatan.

2.11 Kontrol Unit

Secara sederhana fungsi dari kontrol unit adalah untuk mencegah timbul-

nya kerusakan peralatan pada saat terjadi kegagalan, memantau performa dari

sistem dan memberikan informasi pada saat kegagalan terjadi. Untuk itu dibutuh-

kan beberapa perangkat–perangkat proteksi yang antara lain adalah circuit break-

er yang berfungsi untuk melindungi sistem dari arus hubung singkat , arus lebih,

serta blocking diode yang melindungi rangkaian PV Modul dari arus aliran balik.

Blocking diode dipasang secara seri dengan setiap PV Modul dengan bagian anoda

terhubung ke terminal positif dan katoda ke arah beban. Adapun bagian utama

yang harus dilindungi (Roberts, 1996) adalah:

- Source circuit conductor (konduktor pada rangkaian PV Modul )

- Storage conductor (konduktor pada rangkaian baterai)