4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kawasan Agropolitan Provinsi Gorontalo

Agropolitan terdiri dari kata Agro (Pertanian) dan Politan (Polis = Kota),

sehingga agropolitan dapat diartikan sebagai kota pertanian yang tumbuh dan

berkembang karena berjalannya sistem dan usaha agribisnis di Desa dalam

kawasan sentra produksi sebagai kota pertanian yang memiliki fasilitas yang

dapat mendukung lancarnya pembangunan pertanian yaitu:

- Jalan-jalan akses (jalan usaha tani)

- Alat alat dan mesin pertanian (traktor, alat-alat prosesing)

- Pengairan/jaringan irigasi

- Lembaga penyuluh dan alih teknologi

- Kios-kios sarana produksi

- Pemasaran

Sejak provinsi Gorontalo terbentuk pembangunan pertanian terus

digalakkan melalui Program Agropolitan berbasis jagung. Program agropolitan

berbasis jagung adalah program unggulan daerah Gorontalo untuk memacu

pembangunan pertanian sekaligus menjadi motor penggerak pembangunan

perekonomian daerah.

Agropolitan berbasis jagung dengan pertimbangan : (1) lahan tersedia luas

dan belum dimanfaatkan secara optimal, (2) jagung sudah dikenal oleh

masyarakat sejak dahulu dan menjadi sumber pendapatan secara turun temurun,

(3) jagung sebagai komoditas industri serta (4) peluang pasar dalam negeri dan

ekspor (Muhammad, 2007).

Sejak ditetapkan sebagai daerah pengembangan agropolitan pada tahun

2002, Gorontalo mulai berbenah diri dimulai dengan penyusunan program dan

sosialisasi di Tilamuta (Ibukota Kabupaten Boalemo), penetapan Kecamatan

Randangan sebagai kawasan agropolitan untuk menjadi prioritas pembangunan,

hingga penetapan Desa Motoluhu sebagai pusat Desa pertumbuhan. Selanjutnya

5

pada tahun 2003 dilaksanakan perencanaan dan penyusunan master plan dan

implementasinya beserta pengawasannya dilaksanakan dengan melibatkan

masyarakat di kawasan melalaui lembaga pengelolan agropolitan, pemda

setempat melalui tim pokja LSM, akademi dan swasta (Jocom, 2009).

2.2 Energi Surya (Matahari)

Matahari adalah sumber energi utama yang memancarkan energi yang luar

biasa besarnya ke permukaan bumi. Matahari memasok energi ke bumi dalam

bentuk radiasi. Tanpa radiasi dari matahari, maka kehidupan di bumi tidak akan

berjalan. Setiap tahunnya ada sekitar 3.9 x 1024

Joule ~ 1.08 x 1018

kWh energi

matahari yang mencapai permukaan bumi, ini berarti energi yang diterima bumi

dari matahari adalah 10.000 kali lebih banyak dari permintaan energi primer

secara global tiap tahunnya dan lebih banyak dari cadangan ketersediaan

keseluruhan energi yang ada di bumi.

Intensitas radiasi matahari diluar atmosfir bumi tergantung pada jarak

antara bumi dengan matahari. Sepanjang tahun, jarak antara matahari dengan

bumi bervariasi antara 1,47 x 108 km sampai 1,52 x 10

8 km. Akibatnya,

irradiance E0 berfluktuasi antara 1.325 W/m2 sampai 1412 W/m

2. Nilai rata-rata

dari irradiance ini disebut dengan solar constant (konstanta surya). Konstanta

Surya E0 = 1.367 w/m2.

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).

Untuk cuaca yang cerah pada siang hari, irradiant 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

(Muchammad dan Yuhana, 2010).

6

Pada keadaan cuaca cerah, permukaan bumi menerima sekitar 1000 watt

energi matahari per-meter persegi. Kurang dari 30% energi tersebut dipantulkan

kembali ke angkasa, 47% dikonversikan menjadi panas, 23% digunakan untuk

seluruh sirkulasi kerja yang terdapat di atas permukaan bumi, sebagaian kecil

0,25% ditampung angin, gelombang dan arus dan masih ada bagian yang sangat

kecil 0,025% disimpan melalui proses fotosintesis di dalam tumbuh-tumbuhan

yang akhirnya digunakan dalam proses pembentukan batu bara dan minyak bumi

(bahan bakar fosil, proses fotosintesis yang memakan jutaan tahun) yang saat ini

digunakan secara ekstensif dan eksploratif bukan hanya untuk bahan bakar tetapi

juga untuk bahan pembuat plastik, formika, bahan sintesis lainnya. Sehingga

bisa dikatakan bahwa sumber segala energi adalah energi matahari. Energi

matahari dapat dimanfaatkan dengan berbagai cara yang berlainan, bahan bakar

minyak adalah hasil fotosintesis, tenaga hidro elektrik adalah hasil sirkulasi

hujan tenaga angin adalah hasil perbedaan suhu antar daerah dan sel surya (sel

fotovoltaik) yang menjanjikan masa depan yang cerah sebagai sumber energi

listrik.

Sebuah sel surya (sel fotovoltaik) akan menghasilkan tegangan konstan

sebesar 0.5 V sampai 0.7 V dengan arus sekitar 20 mA dan jumlah energi yang

diterima akan mencapai optimal jika posisi sel surya 900 (tegak lurus) terhadap

sinar matahari selain itu juga tergantung dari konstruksi sel surya itu sendiri. Ini

berarti bahwa sebuah sel surya akan menghasilkan daya 0.6 V x 20 mA = 12

mW. Jika matahari memancarkan energinya ke permukaan bumi sebesar 100

W/m2 atau 100 mW/cm

2 , maka bisa dibayangkan energi yang dihasilkan sel

surya yang rata-rata mempunyai luas 1 cm2 bandingkan dengan bahan bakar

fosil (BBM) dengan proses foto-sintesis yang memakan waktu jutaan tahun

(Manan, 2010).

Sumber energi matahari merupakan salah satu sumber energi yang dapat

dikembangkan. Energi matahari telah dimanfaatkan di banyak belahan dunia dan

jika dieksploitasi dengan tepat, energi ini berpotensi mampu menyediakan

kebutuhan konsumsi energi dunia saat ini dalam waktu yang lebih lama.

Matahari dapat digunakan secara langsung untuk memproduksi listrik. Untuk

7

mengkonversi energi matahari menjadi energi listrik memerlukan sel surya yang

merupakan bahan semikonduktor dengan menggunakan efek fotovoltaik.

Menurut data Green Peace Indonesia sumber energi alternatif ini cukup baik.

Berdasarkan proyeksi dari tingkat arus hanya 354 MW, pada tahun 2015

kapasitas total pemasangan pembangkit tenaga panas matahari akan melampaui

5000 MW. Pada tahun 2020, tambahan kapasitas akan naik pada tingkat sampai

4500 MW setiap tahunnya dan total pemasangan kapasitas tenaga panas

matahari di seluruh dunia dapat mencapai hampir 30.000 MW, cukup untuk

memberikan daya untuk 30 juta rumah.

Salah satu cara untuk mengoptimalisasi kinerja sel surya adalah dengan

mencari posisi-posisi dimana bumi menerima panas yang paling maksimal oleh

matahari yaitu dengan mencari posisi dimana sinar datang tegak lurus dengan

bidang penampang, dalam hal ini panel surya (Anonim, 2010 dalam As’ari dan

Kolondam, 2012).

Dengan menggunakan modul/panel surya, energi matahari dapat diubah

menjadi energi listrik. Keluaran dari modul/panel surya ini adalah berupa listrik

arus searah (DC) yang besar tegangan keluarnya tergantung dengan jumlah sel

surya yang dipasang didalam panel surya dan banyaknya sinar matahari yang

menyinari panel surya tersebut. Energi listrik yang dihasilkan dihubungkan ke

rangkaian controller/Regulator, yang selanjutnya energi listrik disimpan pada

baterai. Jika kita menginginkan hasil keluaran listrik dari PLTS ini berupa listrik

arus bolak-balik (AC) maka PLTS yang sudah dapat mengeluarkan listrik arus

searah (DC) ini harus dihubungkan ke sebuah rangkaian elektronik/modul

elektronik yang bernama inverter DC-AC. Setelah arus listrik searah diubah

menjadi arus listrik bolak-balik, selanjutnya keluaran dari inverter ini yang telah

berupa arus bolak-balik ini dapat langsung digunakan untuk mencatu peralatan

listrik dan elektronika yang membutuhkan arus bolak-balik

8

2.2.1 Radiasi Matahari

Radiasi matahari adalah sinar yang dipancarkan dari matahari

kepermukaan bumi, yang disebabkan oleh adanya emisi bumi dan gas pijar

panas matahari. Radiasi dan sinar matahari dipengaruhi oleh berbagai hal

sehingga pancarannya yang sampai dipermukaan bumi sangat bervariasi.

Penyebabnya adalah kedudukan matahari yang berubah-ubah, revolusi bumi,

dan lain sebagainya. Walaupun cuaca cerah dan sinar matahari tersedia banyak,

besarnya radiasi tiap harinya selalu berubah-ubah.

Menurut (Bayong, 2006) Ada tiga macam cara radiasi surya sampai ke

permkaan bumi yaitu:

1. Radiasi Langsung (Direct Radiation)

Adalah radiasi yang mencapai bumi tanpa perubahan arah atau radiasi

yang diterima oleh bumi dalam arah sejajar sinar dating.

2. Radiasi Sebaran (Diffuse Radiation)

Adalah radiasi yang mengalami perubahan akibat pemantulan dan

penghamburan.

3. Radiasi Total (Global Radiation)

Adalah penjumlahan radiasi langsung dan radiasi hambur. Misalnya data

untuk suatu permukaan miring yang menghadap tanah tertutup salju serta

menerima komponen radiasi karena pemantulan harus dirinci dulu kondisi

saljunya yaitu sifat pantulanya (reflektansi). Karena itu radiasi total pada

suatu permukaan bidang miring biasanya dihitung.

Alat yang digunakan untuk melakukan pengukuran terhadap intensitas

radiasi matahari secara total adalah Actinograph, ditunjukan pada gambar 2.1

sebagai berikut:

9

Gambar 2.1 Alat ukur intensitas radiasi matahari

2.3 Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) adalah suatu pembangkit yang

mengkonversikan energi foton dari surya menjadi energi listrik. Konversi ini

terjadi pada panel surya yang terdiri dari sel-sel surya. PLTS memanfaatkan

cahaya matahari untuk menghasilakan listrik DC (Direct Current), yang dapat

diubah menjadi listrik AC (Alternating Current) apabila diperlukan. PLTS pada

dasarnya adalah pencatu daya dan dapat dirancang untuk mencatu kebutuhan

listrik dari yang kecil sampai dengan yang besar, baik secara mandiri maupun

hibrida (Santiari, 2011).

2.3.1 Sel Surya

Sebuah sel surya dapat menyerap gelombang elektromagnetik dan

mengubah energi foton yang diserapnya menjadi energi listrik. Bagian terbesar

sel surya adalah sebuah dioda. Dioda terbuat dari suatu semikonduktor dengan

jurang energi (Ec-Ev). Ketika energi foton yang datang lebih besar dari jurang

energi ini, foton akan diserap oleh semikonduktor untuk membentuk pasangan

elektronhole. Elektron dan hole kemudian ditarik oleh medan listrik sehingga

menimbulkan photocurrent (photo current bisa juga dinamakan sebagai arus

10

yang dihasilkan oleh cahaya). Dalam sel surya tidak hanya photocurrent yang

penting, tetapi ada beberapa parameter lain yang perlu mendapat kajian.

Susunan sel surya terdiri dari dua lapisan semikonduktor dengan muatan

yang berbeda. Lapisan atas sel surya bermuatan negatif sedangakan lapisan

bawahnya bermuatan positif. Silikon adalah bahan semikonduktor yang paling

umum digunakan untuk sel surya. Ketika cahaya mengenai permukaan sel surya,

beberapa foton dari cahaya diserap oleh atom semionduktor untuk membebaskan

elektron dari ikatan atomnya sehingga menjadi elektron yang bergerak bebas.

Adanya perpindahan elektron-elektron inilah yang menyebabkan terjadinya arus

listrik (Quaschning, 2005) Gambar 2.2 Menunjuka struktur dari sel surya.

Sumber: Quaschning, 2005

Gambar 2.2 Struktur sel surya

2.3.2 Karakteristik Sel Surya

Total pengeluaran listrik (Watt) dari sel surya adalah sama dengan

tegangan (V) operasi dikalikan dengan arus (I) operasi. Tegangan serta arus

keluaran yang dihasilkan ketika sel surya memperoleh penyinaran merupakan

karakteristik yang disajikan dalam bentuk kurva I-V pada gambar 2.3 kurva ini

menunjukan bahwa pada saat arus dan tegangan berada pada titik kerja

maksimal (Maximum Power Point) maka akan menghasilkan daya keluaran

11

maksimum (Pmpp). Tegangan di Maximum Power Point (MPP) Vmpp, lebih

kecil dari tegangan rangkain terbuka (Voc) dan arus saat MPP Impp, adalah

lebih rendah dari arus short circuit (Isc) (Quaschning, 2005).

a) Short Circuit Current (Isc) : terjadi pada suatu titik dimana tegangannya

adalah nol, sehingga pada saat ini, daya keluaran adalah nol.

b) Open Circuit Voltage (Voc) : terjadi apada suatu titik dimana arusnya

adalah nol, sehingga pada saat ini pun daya keluaran adalah nol.

c) Maximum Power Point (MPP) : adalah titik daya output maksimum, yang

sering dinyatakan sebagai ”knee” dari kurva I-V.

Suber: Quaschning, 2005

Gambar 2.3 Kurva I-V

2.4 Komponen-komponen PLTS

2.4.1 Panel (Modul) Surya

Panel surya merupakan komponen yang berfungsi untuk mengubah energi

sinar matahari menjadi energi listrik. Panel ini tersusun dari beberapa sel surya

yang dihubungkan secara seri maupun parallel. Sebuah panel surya umumnya

terdiri dari 32-40 sel surya, tergantung ukuran panel (Quaschning, 2005).

Gambar dari Panel-panel Surya ini akan membentuk suatu “Array”.

12

Sumber : Patel, 1999

Gambar 2.4 Hubungan sel surya, panel surya dan array

Patel, 2006: 143 dalam Afifudin dan Hananto, 2012 mengemukakan

bahwa solar cell atau sel photovoltaic adalah sebuah alat semikonduktor yang

terdiri dari sebagian besar dioda p-n junction dan dengan adanya cahaya

matahari mampu menciptakan energi listrik. Perubahan ini disebut efek

photovoltaic. Bidang riset berhubungan dengan sel surya dikenal sebagai

photovoltaics.

Semakin majunya teknologi dalam pembuatan panel surya, sehingga

setiap panel surya memiliki jenis dan bentuk susunan atom-atom penyusun yang

berfariasi yaitu:

1. Monokristal Silikon (Mono-crystalline Silicon)

Monokristal Silikon merupakan panel 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. Panel surya ini memiliki

efisiensi sampai dengan 14 - 18%. Kelemahan dari panel jenis ini adalah tidak

akan berfungsi baik ditempat yang cahaya mataharinya kurang, sehingga

efisiensinya akan turun drastis dalam cuaca berawan (Patel, 2006: 143 dalam

Afifudin dan Hananto, 2012).

13

Sumber : Energy Informative

Gambar 2.5 Panel surya jenis monokristal silikon

2. Polikristal Silikon (Poly-crystalline Silicon)

Polikristal Silikon merupakan panel surya 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. Panel surya jenis

ini memiliki efisiensi lebih rendah dibandingkan tipe monokristal,

sehingga memiliki harga yang cenderung lebih rendah (Patel, 2006: 153

dalam Afifudin dan Hananto, 2012).

Panel surya jenis ini tidak seefisiensi jenis Monokristal Silikon,

karena efisiensinya sekitar 13-16%.

Sumber : Energy Informative

Gambar 2.6 Panel surya jenis polikristal silikon

14

3. Thin Film Solar Cell (TFSC)

Thin Film Solar Cell ini diproduksi dengan cara menambahkan satu

atau beberapa lapisan material sel surya yang tipis ke dalam lapisan dasar.

Sel surya jenis ini sangat tipis karenanya sangat ringan dan fleksibel. Jenis

ini dikenal juga dengan nama TFPV (Thin Film Photovoltaic) dan

memiliki efisiensi mencapai sekitar 7-13%.

Sumber : Pagliaro, 2008

Gambar 2.7 Panel surya jenis Thin Film Solar Cell (TFSC)

Panel sel surya thin film ini digolongkan menjadi beberapa bagian

yaitu:

a) Amorphous Silicon (a-Si) Solar Cells

Sel surya dengan bahan Amorphous Silicon ini, awalnya banyak

diterapkan pada kalkulator dan jam tangan. Namun seiring dengan

perkembangan teknologi pembuatan dan penerapannya menjadi

semakin luas. Dengan teknik produksi yang disebut "stacking" (susun

lapis), dimana beberapa lapis Amorphous Silicon ditumpuk membentuk

sel surya, akan memberikan efisiensi yang lebih baik antara 6% - 8%.

15

b) Cadmium Telluride (CdTe) Solar Cells

Sel surya jenis ini mengandung bahan Cadmium Telluride yang

memiliki efisiensi lebih tinggi dari sel surya Amorphous Silicon, yaitu

sekitar: 9% - 11%.

c) Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) Solar Cells

Dibandingkan kedua jenis sel surya thin film di atas, CIGS sel

surya memiliki efisiensi paling tinggi yaitu sekitar 10% - 12%. Selalin

itu jenis ini tidak mengandung bahan berbahaya Cadmium seperti pada

sel surya CdTe.

Efisiensi sel surya η juga dapat dinyatakan dengan perbandingan antara

daya listrik maksimum sel surya atau daya output yang dikeluarkan sel surya

dengan daya pancaran (radiant) atau daya input yang berasal dari cahaya

matahari pada sel surya (Afifudin dan Hananto, 2012):

η = PMPP

G x A x 100% ……….…………………...…..……………...….. 2.1

Dimana :

η = Menunjukan nilai efisiensi dalam persen (%)

PMPP = Output yang dihasilkan panel surya (Wp)

G = Intensitas irradiasi matahari (1000 w/m2)

A = Luas permukaan modul sel surya (m2)

Untuk mendapatkan keluaran energi listrik yang maksimal, dalam

pengoperasian panel surya dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu:

1. Temperatur

Panel surya akan beroperasi secara maksimum jika temperatur yang

diterimanya tetap normal yaitu pada temperatur 25oC. Kenaikan temperatur

16

lebih tinggi dari temperatur normal pada panel surya akan mempengaruhi

berkurangnya teganga (Voc) yang dihasilkan oleh panel surya. Setiap

kenaikan temperatur panel surya 1oC dari suhu normalnya (25

oC) maka

kinerja panel surya akan berkurang sekitar 0,5% pada total tenaga (daya)

yang dihasilkan (Foster dkk., 2010). Untuk menghitung besarnya daya yang

berkurang pada saat temperatur di sekitar panel surya mengalami kenaikan oC

dari temperatur standarnya, dipergunakan rumus sebagai berikut:

Psaat t naik oC = 0,5% /

oC x PMPP x kenaikan temperatur (

oC) ................2.2

Dimana :

Psaat t naik oC = Daya pada saat temperatur naik

oC dari temperatur

standarnya.

PMPP = Daya keluaran maksimum panel surya (Wp)

Daya keluaran maksimum panel surya pada saat temperaturnya naik

menjadi toC dari temperatur standarnya diperhitungkan dengan rumus sebagai

berikut :

PMPP saat naik menjadi toC = PMPP - Psaat t naik

oC ..........................................2.3

Dimana :

PMPP saat naik menjadi toC adalah daya keluaran maksimum panel

surya pada saat temperatur di sekitar panel surya naik menjadi toC

dari temperatur standarnya.

Faktor koreksi temperatur (Temperature Correction Factor)

diperhitungkan dengan rumus sebagai berikut :

TCF = PMPP saat naik menjadi t oC / PMPP .....................................................2.4

17

\

Sumber : Satwiko, 2012

Gambar 2.8 Pengaruh intensitas temperatur terhadap panel surya

2. Intensitas Cahaya Matahari

Apabila jumlah energi cahaya matahari yang diterima sel surya

berkurang atau intensitas cahayanya melemah, maka besar tegangan dan arus

listrik yang dihasilkan juga akan menurun. Penurunan tegangan relatif lebih

kecil dibandingkan penurunan arus listriknya (Satwiko, 2012).

Sumber : Satwiko, 2012

Gambar 2.9 Pengaruh intensitas radiasi matahari terhadap panel surya

18

3. Orientasi Panel Surya (Array)

Orientasi dari rangkaian panel surya (array) ke arah matahari adalah

penting, agar panel surya (array) dapat menghasilkan energi maksimum.

Misalnya, untuk lokasi yang terletak di belahan bumi Utara maka panel surya

(array) sebaiknya diorientasikan ke Selatan. Begitu pula untuk lokasi yang

terletak di belahan bumi Selatan maka panel surya (array) diorientasikan ke

Utara (Foster dkk., 2010).

4. Sudut Kemiringan Panel Surya (Array)

Sudut kemiringan memiliki dampak yang besar terhadap radiasi

matahari di permukaan panel surya. Untuk sudut kemiringan tetap, daya

maksimum selama satu tahun akan diperoleh ketika sudut kemiringan panel

surya sama dengan lintang lokasi (Foster dkk., 2010). Misalnya panel surya

terpasang pada Equator (latitude 0o) yang diletakkan mendatar (tilt angle = 0)

akan menghasilkan energi maksimum.

Sumber : Foster dkk., 2010

Gambar 2.10 Pemasangan panel surya dengan sudut kemiringan

19

5. Kecepatan Angin Bertiup

Kecepatan tiupan angin disekitar lokasi sel surya dapat membantu

mendinginkan permukaan temperatur kaca-kaca sel surya (Hardianto dan

Rinaldi, 2012).

6. Keadaan Atmosfir Bumi

Keadaan atmosfir bumi seperti berawan, mendung, jenis partikel debu

udara, asap, uap air udara (Rh), kabut dan polusi sangat menentukan hasil

maksimum arus listrik dari sel surya (Hardianto dan Rinaldi, 2012).

2.4.2 Charge Controller

Dalam (Massenger dan Ventre, 2005) untuk semua sistem dengan

penyimpanan baterai, controller merupakan komponen yang sangat penting.

Charge controller adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk mengatur

pengisian arus searah (DC) dari panel surya ke baterai dan mengatur penyaluran

arus listrik dari baterai ke peralatan elektronik (beban). Charge controller

mempunyai kemampuan untuk mendeteksi kapasitas pengisian baterai. Bila

baterai sudah terisi penuh maka secara otomatis pengisian arus dari panel surya

ke baterai terhenti. Dengan cara pendeteksianya adalah melalui monitor level

tegangan baterai. Charge Controller akan mengisi baterai sampai level tegangan

tertentu, kemudian apabila level tegangan telah mencapai level terendah, maka

baterai akan diisi kembali. Charge Controller adalah indikator yang akan

memberikan informasi mengenai kondisi baterai sehingga pengguna PLTS dapat

mengendalikan konsumsi energi menurut ketersediaan listrik yang terdapat di

dalam baterai.

Saat ini banyak perangkat Charge Controller yang beredar di pasaran yang

memiliki efisiensi sekitar 95 % (Massenger dan Ventre, 2005).

20

2.4.3 Inverter

Inverter merupakan peralatan elektronika yang berfungsi untuk mengubah

arus listrik searah (Direct Current) dari panel surya atau baterai menjadi arus

listrik bolak-balik (Alternating Current) dengan frekuensi 50Hz/60Hz.

Pemilihan inverter yang tepat untuk aplikasi tertentu, tergantung pada kebutuhan

beban dan juga tergantung pada apakah inverter akan menjadi bagian dari sistem

yang terhubung ke jaringan listrik atau sistem yang berdiri sendiri. Efisiensi

inverter pada saat pengoperasian adalah sebesar 90% (Foster dkk., 2010).

Inverter memiliki keluaran gelombang yang berbeda-beda dan dapat

mempengaruhi baik dan tidaknya inverter itu sendiri. Berdasarkan bentuk

gelombang yang dihasilkan, inverter dikelompokkan menjadi tiga yaitu inverter

dengan gelombang keluaran berbentuk square, modified, dan true sine wave.

Inverter yang terbaik adalah yang mampu menghasilkan gelombang sinusoida

murni atau true sine wave yaitu bentuk gelombang yang sama dengan bentuk

gelombang dari jaringan listrik PLN (grid utility).

Sumber : Foster dkk., 2010

Gambar 2.11 Output gelombang inverter

2.4.4 Baterai

Baterai adalah media penyimpanan yang digunakan dalam sistem PLTS

yang berfungsi menyimpan energi listrik yang dihasilkan oleh panel surya pada

21

siang hari, untuk kemudian dipergunakan pada malam hari dan pada saat cuaca

mendung. Baterai yang dipergunakan pada PLTS mengalami proses siklus

mengisi (Charging) dan mengosongkan (Discharging), tergantung pada ada atau

tidaknya sinar matahari. Selama ada sinar matahari, panel surya akan

menghasilkan energi listrik. Apabila energi listrik yang dihasilkan tersebut

melebihi kebutuhan bebannya, maka energi listrik tersebut akan segera

dipergunakan untuk mengisi baterai. Sebaliknya selama matahari tidak ada,

permintaan energi listrik akan disuplai oleh baterai. Proses pengisian dan

pengosongan ini disebut satu siklus baterai.

Menurut (Foster, 2010) ada tiga fungsi utama dari baterai pada sistem

PLTS adalah:

1. Menyimpan listrik yang dihasilkan oleh sistem PLTS.

2. Untuk memenuhi pasokan daya listrik yang diperlukan untuk mengoperasikan

beban (misalnya, pencahayaan, memompa) dan untuk diaplikasikan pengguna

akhirlainya.

3. Sebagai penstabil tegangan pada sistem kelistrikan PLTS. Baterai

menghaluskan tegangan output atau mengurangi terjadinya tegangan lebih

sesaat (transient tegangan) yang mungkin terjadi pada sistem kelistrikan

PLTS. Tegangan lebih transien dapat terjadi dalam sistem kelistrian PLTS

(ini dapat terjadi dan membuat kerusakan pada sirkuit). Pada saat terjadi

tegangan lebih baterai akan menyerap sebagian tegangan tersebut dan dapat

mengurangi terjadinya tegangan lebih sehingga komponen solid-state

terhindar dari yang rusak yang diakibatkan oleh hal tersebut.

Saat ini banyak tersedia jenis baterai isi ulang cocok untuk diaplikakan

pada sistem PLTS. Meskipun ada beberapa jenis baterai yang diproduksi dengan

kemajuan teknologi, akan tetapi baterai asam-timbal masih yang paling umum

digunakan untuk media penyimpanan yang relatif ekonomis dan mempunyai

efisiensi tinggi dan daya penyimpanan energi listrik yang besar yang memiliki

Efisiensi keseluruhan pengisian dan pemakaian baterai asam-timbal sekitar

90 %. Hal tersebut menjadikan baterai jenis asam-timbal menjadi media

22

penyimpan yang baik digunakan pada sistem PLTS untuk beberapa tahun ke

depan (Massenger dan Ventre, 2005).

2.5 Sistem PLTS

Sistem PLTS dapat dibedakan sesuai dengan pengoperasian PLTS itu

sendiri. Sistem tersebut umumnya diklasifikasikan sesuai dengan kebutuhan,

fungsi operasional, konfigurasi komponen, dan bagaimana PLTS terhubung ke

sumber daya listrik lain (Florida Solar Energy Center (FSEC), 2007). yaitu

PLTS yang berdiri sendiri (Stand Alone) dan PLTS yang terhubung dengan

jaringan listrik (PLTS-Grid Connected).

2.5.1 PLTS Stand-Alone

Sistem PLTS Stand-Alone atau yang berdiri sendiri dirancang beroperasi

mandiri untuk mensuplay arus listrik ke beban DC atau AC. Jenis sistem ini

dapat diaktifkan oleh array photovoltaic saja, atau dapat menggunakan sumber

tambahan energi lain, seperti : air, angin dan mesin diesel. Baterai digunakan

pada kebanyakan sistem PLTS yang berdiri sendiri untuk penyimpanan energi.

Sumber : Nafeh, 2009

Gambar 2.12 Sistem PLTS yang berdiri sendiri (Stand Alone)

23

2.5.2 PLTS Grid-Connected

Sistem PLTS Grid-Connected pada dasarnya adalah menggabungkan

PLTS dengan jaringan listrik (PLN). Komponen utama dalam sistem ini adalah

inverter, atau Power Conditioning Unit (PCU). Inverter inilah yang berfungsi

untuk mengubah daya DC yang dihasilkan oleh PLTS menjadi daya AC sesuai

dengan persyaratan dari jaringan listrik yang terhubung (utility grid).

Sumber : Patel, 2006

Gambar 2.13 Sistem PLTS Grid-Connected

2.6 Kapasitas Komponen PLTS

2.6.1 Jumlah Panel Surya

Daya (Wpeak) yang dibangkitkan PLTS untuk memenuhi kebutuhan

energi, diperhitungkan dengan persamaan-persamaan sebagai berikut (Nafeh,

2009):

2.6.1.1 Menghitung Area Array (PV Area)

Area array (PV Area) diperhitungkan dengan menggunakan rumus sebagai

berikut:

24

PV Area = 𝐸𝐿

𝐺𝑎𝑣 𝑥 𝜂𝑃𝑉 𝑥 𝑇𝐶𝐹 𝑥 𝜂𝑜𝑢𝑡 ……………...……………...….. 2.5

Dimana:

= Pemakaian energi (kWh/hari)

= Insolasi harian matahari rata-rata (kWh/m2/hari)

= Efisiensi panel surya

= Temperature correction factor

= Efisiensi keseluruhan PLTS

Dari perhitungan area array, maka besar daya yang dibangkitkan area

array panel surya (Watt peak) dapat diperhitungkan dengan rumus sebagai

berikut:

PWatt peak = area array x PSI x ηPV ……………….…..………………… 2.6

Dimana:

PSI (Peak Solar Insolation) = adalah 1000 W/m2

= Efisiensi panel surya

Selanjutnya dengan besar daya yang dibangkitkan area array panel surya

(Wpeak), maka jumlah penel surya yang diperlukan, diperhitungkan dengan

rumus sebagai berikut:

Jumlah Panel Surya = PWatt 𝑝𝑒𝑎𝑘

PMPP…………………...….....….....…….. 2.7

Dimana:

PWatt peak = Daya yang dibangkitkan (Wp)

PMPP = Daya maksimum keluaran (output) panel surya (W)

LE

avG

PV

outTCF

PV

25

Untuk memperoleh besar tegangan, arus dan daya yang sesuai dengan

kebutuhan, maka penel-panel surya tersebut harus dikombinasikan secara seri

dan parallel 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.

2) Untuk memperoleh arus keluaran yang lebih besar dari aurs keluaran 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 penel-panel surya haurs

dihubungkan secara seri dan paralel.

Sumber: Kaltschmitt dkk., 2007

Gambar 2.14 Hubungan panel surya

2.6.2 Kapasitas Charge Controller

Charge controller diperlukan untuk melindungi baterai dari pengosongan

dan pengisian berlebih. Untuk menghitung kepasitas charge controller yang

akan digunakan dalam sistem PLTS stand-alone, haruslah mengetahui

karakteristik dan spesifikasi dari panel surya yang akan digunakan, yaitu dengan

memperhatikan angka Isc (short circuit current) pada panel surya dan nilainya

dikalikan dengan jumlah panel surya yang akan digunakan.

26

2.6.3 Kapasitas Inverter

Pada pemilihan inverter, diupayakan kapasitas kerjanya mendekati

kapasitas daya yang dilayani. Hal ini agar efisiensi kerja inverter menjadi

maksimal (Foster dkk., 2010).

2.6.4 Kapasitas Baterai

Besar kapasitas baterai yang dibutuhkan untuk memenuhi konsumsi

energi harian menurut Lynn (2010), dapat dihitung dengan rumus sebagai

berikut :

C = N x Ed / DOD x ηinv ……………………………....……..……… 2.8

Dimana :

C = Kapasitas baterai (Ah)

N = Hari-hari otonomi (hari)

Ed = Konsumsi energi harian (kWh)

DOD = Kedalaman maksimum untuk pengosongan baterai

η = Efisiensi inverter