Pembangkit Listrik Tenaga Surya

download Pembangkit Listrik Tenaga Surya

of 31

Transcript of Pembangkit Listrik Tenaga Surya

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYAOleh: Ahmad Fajar Sholahuddin 1120201051

Penggunaan Energi SuryaEnergi matahari (cahaya matahari) dapat dimanfaatkan sehingga diperoleh energi panas maupun energi listrik (seperti yang telah dijelaskan pada pertemuan lalu), dimana pemanfaatannya sebagai berikut :y

Energi cahaya matahari

solar collector (pemusat panas)

panas

Penjelasan : panas yang dihasikan dapat digunakan untuk heat water supply, heating and cooling system dan sebagainya.y

Energi foton

solar cell

energi listrik

Penjelasan : energi listrik yang dihasilkan dapat digunakan untuk penerangan, pengisian baterai dan penggunaan alat-alat listrik lainnya.

Penggunaan Energi Surya

Penggunaan Energi SuryaPemanfaatan energi surya mempunyai keunggulan dibandingkan dengan pemanfaatan energi lain (BBM dan sebagainya) antara lain:y

Limitless (tidak terbatas) Karena sumber energinya berasal dari cahaya matahari maka keberadaanya tidak terbatas (suplai energinya selalu terjamin) dan selalu ada meskipun besar kecilnya tenaga listrik yang dihasilkan tidak selalu sama setiap harinya (karena adanya faktorfaktor yang mempengaruhi sampainya cahaya matahari ke sel surya)

y

Clean (bersih) Pemanfaatan energi surya tidak menimbulkan polusi/tidak menghasilkan polutan bagi lingkungan sehingga sering disebut (termasuk) sebagai teknologi yang ramah terhadap lingkungan.

y

Everywhere (dimana saja) Sumber energi surya dapat diperoleh dimana saja karena sumbernya berasal dari cahaya matahari dan matahari ini menyinari seluruh penjuru bumi, sehingga sangat mudah untuk menjumpainya.

Jenis Sel SuryaSel Surya terbuat dari bahan semikonduktor silikon (Si) terbagi atas 3 jenis :y

Sel surya silikon- mono kristal (mono-Si) Biasanya memiliki tebal sekitar 300 m Sel surya silikon-polykristal (poly-Si) Memiliki bentuk permukaan yang lebih kasar dari mono-Si Sel surya silikon-amorf (a-Si) Biasanya disebut sebagai lapisan tipis (thin film) dan terbuat dari gas silane yang dipanaskan 300 0C pada ruang hampa sehingga menempel pada permukaan kaca.

y

y

Jenis Sel Surya

Sel Surya, Modul Sel Surya dan Array Surya,Beberapa sel surya yang tersusun , menjadi 1 disebut sebagai modul/panel surya dan beberapa modul/panel surya yang terhubung secara seri maupun paralel akan membentuk array. Hal ini dapat digambarkan pada skema berikut :

Proses Pembangkitan Arus Listrik Sel SuryaSel surya terbentuk dari sambungan semi konduktor silikon (Si) tipe-n dan tipe-p. Bahan Si mempunyai celah energi (Eg)/energi gap sebesar 1,1 eV (elektron volt). Cahaya matahari yang mengenai sel surya memiliki warna cahaya pelangi dengan besar panjang gelombang ( ) dan energi (E) yang berbeda-beda, yang ditunjukan dalam persamaan :

Energi cahaya E akan mengenai atom silikon (sehingga atom pecah menjadi elektron dan hole) dimana saat E>Eg.

Proses Pembangkitan Arus Listrik Sel Surya

Saat E>Eg atom yang semula diam (atom silicon) akan memiliki energi yang cukup untuk melepaskan electron dari orbitnya sehingga terkesan terdapat lubang yang ditinggalkan yang disebut hole.

Proses terjadinya Arus Listrik pada Sel Surya

y

y

y

Bahan semikonduktor tipe-n mempunyai konsentrasi elektron > konsentrasi hole. Bahan semikonduktor tipe-p memiliki konsentrasi hole yang lebih besar daripada konsentrasi elektron Energi foton cahaya yang mengenai atom netral pada bahan semikonduktor akan menghasilkan pasangan hole-elektron dimana elektron akan bergerak ke tipe-n dan hole bergerak ke tipe-p.

y

y

Elektron mengalir melalui elektroda depan ke arah elektroda belakang menghasilkan arus listrik yang menyalakan lampu. Elektron yang mengalir pada elektroda belakang dapat bertemu kembali dengan hole, membentuk atom netral yang akan pecah kembali menjadi pasangan elektron-hole jika terkena cahaya foton dengan E>Eg. Begitu seterusnya proses tejadinya arus listrik pada sel surya berlangsung.

Proses Umum Pembuatan Sel Suryay

Pembuatan silikon (Si) menjadi wafer/lempengan Silikon dicetak pada suatu alat khusus dengan suhu dan tekanan yang tertentu. Setelah diperoleh cetakan Si wafer/lempengan, kemudian dipotong sesuai dengan yang diinginkan. Pembuatan wafer menjadi sel surya Wafer bersih dilapisi atom pospor (P) untuk memperkaya jumlah elektron dan otomatis terbentuk semikonduktor tipe-n. Gas inert diberikan selama proses berlangsung (bukan bagian utama pembentuk sel surya) Wafer sel surya diberikan lapisan anti repleksi warna biru Ditambahkan jaring penangkap elektron Dari Sel surya menjadi PV-System Sel surya dites dengan standar tertentu, kemudian di frame pada pinggiran, disusun membentuk modul atau array yang dihubungkan dengan komponen lain untuk bisa membentuk PV-system.

y

y

Karakteristik Tegangan-Arus Sel Surya TeganganKarakteristik arus-tegangan sel surya diperlihatkan pada gambar berikut (gambar kanan)

Pengukuran karakteristik arus-teganagan sel surya dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut (gambar bawah)

Karakteristik Tegangan-Arus Sel Surya TeganganDari rangkaian pengganti tersebut dapat dijabarkan rumus karakteristik arus-tegangan pada sel surya sebagai berikut :

Pengaruh Intensitas Cahaya dan TemperaturPengaruh 2 faktor tersebut sangatlah vital bagi sel surya, hal ini bisa dijelaskan sebagai berikut : 1. Intensitas cahaya berubah-ubahy y

Temperatur sel sama = 250C Kondisi ini mengakibatkan arus (I) proposional mengikuti pola radiasi yang datang ke sel surya. Hal ini diwakili oleh grafik berikut :

Pengaruh Intensitas Cahaya dan Temperatur2. Intensitas cahaya sama 1 kW/m2y y

Temperatur sel berbeda-beda Kenaikan temperatur akan mengakibatkan besar arus yang meningkat namun tegangan yang dihasilkan akan menurun. Penurunan tegangan lebih besar daripada kenaikan arus sehingga pada saat temperatur meningkat maka daya yang dihasilkan justru menurun. Kenaikan Is

y

y

Penurunan tegangan Untuk sel surya silikon sekitar 0,65%-0,69% /0C atau sekitar 2 mV/0C

y

Terjadinya celah energi yang mengecil

Pengetahuan Tentang Modul PVModul PV 50 Wp: Modul akan menghasilkan listrik 50 Watt pada kondisi standar.

Kondisi standar: Cahaya datang tegak lurus ke permukaan sel surya Intensitas cahaya 1000 Watt/m2 Temperatur sel 25 0C Arus listrik (Im) = 3A Tegangan listrik (Vm) = 16,67 V Daya listrik (Pm) = Im x Vm = 3 A x 16,67 V = 50 W (Saat intensitas cahaya yang datang berubah-ubah dan temperatur sel tidak 25 0C maka daya listrik yang dihasilkan modul PV juga berubah-ubah sesuai intensitas cahaya yang datang)

Konfigurasi modul PVy

Modul PV disusun seri

y

Modul PV disusun Paralel

Dioda bypass berfungsi untuk melewatkan arus di saat panel ada yang rusak*) Blocking dioda berfungsi untuk menahan arus balik dari baterai ke sel surya

Konfigurasi modul PVy Modul

PV disusun paralel

Komponen Sistem PLTS

Tipe PLTS1. Tipe Stand-Alone

Untuk beban listrik terosilasi atau di daerah terpencil Memerlukan battery storage untuk menyimpan energi listrik dari PLTS

2.Tipe Isolated Grid

Untuk beban listrik cukup besar terisolasi dan terkonsentrasi Bisa dikombinasikan dengan sumber energi alin

3.Tipe Grid-Connected

Memerlukan adanya sistem jaringan listrik/jala-jala Menyalurkan langsung energi listrik dari PLTS (sistem AC) ke jaringan listrik

Aplikasi Teknologi PLTSy

Telepon Satelit

y

Water Pumping System

Vaccine Storage (energi listrik PLTS y untuk menjalankan kompressor storage)

PV-Wind-Diesel Hybrid SystemSaat beban rendah, maka untuk mensuplai tegangan cukup dengan menggunakan PV. Hal ini terjadi di saat pagi hingga siang. Selain itu, PV juga mensuplai tegangan ke baterai selama dia bekerja hingga baterai itu penuh.

Aplikasi Teknologi PLTSy

Pada sore hari, beban disuplai oleh PV dibantu dengan baterai. Hal ini disebabkan oleh intensitas sinar matahari yang mulai menurun puncak panas dan cahayanya. Pada waktu malam hari maka beban disuplai oleh baterai anmun dibantu dengan genset untuk menggantikan PV. Daya genset lebih besar dari beban sehingga daya yang lebih tersebut disimpan dalam baterai. Saat baterai penuh, secara otomatis genset mati hingga baterai tersebut lemah, begitu seterusnya hingga saat baterai lemah, genset hidup kembali. Wind turbine berfungsi sebagai pendukung genset karena bisa digunakan setiap saat dengan catatan kecepatan angin mampu menghasilkan listrik.

y

y

Perancangan sistem sel surya (skala kecil/minimal) kecil/minimal)Faktor-faktor yang harus diperhatikan dalam perancangan sel surya, seperti:y y y y

Kebutuhan beban Modul yang dipakai Lokasi sistem ditempatkan Komponen yang digunakan, seperti:Modul sel surya Baterai Kontrol elektronik (BCR) Inverter, jika terdapat beban AC Pengkabelan, konektor, sakelar, sekering, pentahanan, dan lain sebagainya.

Sistem yang Dibutuhkan per Hari1)

Menghitung Energi yang dibutuhkan per hari, contoh:Tegangan baterai (volt) 12 Volt 12 Volt 12 Volt 12 Volt 12 Volt Energi (watt) 13W 13W 8W 8W 80W Penggunaan per hari (hours) 2 hours 1.5 hours 2 hours 2 hours 2 hours Total beban energi per hari Energi yang dipakari per hari (WH) 26 WH 20 WH 16 WH 16 WH 160 WH 238 WH

Peralatan (lampu) Flourecent Lamp Flourecent Lamp Flourecent Lamp Flourecent Lamp Flourecent Lamp

2)

Memperkirakan Rugi-Rugi energi dari sistem- Jika komponen masih baru, energi yang hilang sebanyak 15% dari total beban yang dipasok - Jika panjang kawat lebih dari 10 m, komponen masih baru, maka total energi yang hilang adalah 20 % dari energi yang dipasok - Jika baterai yang digunakan bebas, maka estimasi energi yang hilang adalah 25% - Jika sistem menggunakan power conditioning unit, maka estimasi energi yang hilang sebesar 3 % dari total energi yang dipasok. - Contoh : Energi yang dipasok 238 WH. Jika memakai syarat yang pertama, maka total daya yang dibutuhkan (238 + 15% x 238) WH = 274 WH.

Ukuran dan Pemilihan Modul1.

Memperkirakan insulasi matahari, dengan cara:1. Memperkirakan melalui badan geofisika cuaca per meteorologi hari dan

3. Nilai Insulasi Nilai terkecil yang diambil dari peak sun hours dalam kurun bulanan ataru tahunan, agar alat mampu bekerja pada kondisi insulasi matahari yang kecil. Contoh : dari tabel di atas, dipilih nilai 3.7 4. Menentukan apakah sel surya tersebut tracking (bergerak mengikuti edaran matahari) atau tidak (diam). Perolehan insulasi dari sel surya tracking sebesar 25%. Contoh : 25% x 3.7 = 0.9. 5. Mendesain nilai insulasi matahari Jenis / tipe sel surya yang dipilih akan menentukan pasokan insulasi dan penambahannya.

2. Menggunakan data rata-rata insulasi, yaitu dengan mengkonversi waktu lamanya matahari memancarkan sinarnya ke dalam peak per hours / langleys dikonversi ke peak sun hours.

Ukuran dan Pemilihan Modul2. Menentukan ukuran modul Rumusnya adalah :

Berdasar contoh, maka: Ukuran modul = 274 WH : 4.6 x 1,1 p/h = 66 Wp. Keterangan : factor adjustment diperlukan karena sel surya tidak terpasang pada kondisi STC (Standard Test Condition)

Baterai dan Pengontrolan1.

Menentukan Kapasitas Baterai

Contoh: Berdasarkan perhitungan sebelumnya, maka diperoleh: Kapasitas baterai Keterangan: Total energi (Ah) = total energi per hari (Wp) / tegangan = 274 Wp / 12 volt = 22, 8 Ah. Otonom day : jumlah lamanya hari dimana sistem mampu bekerja dengan baik dalam situasi kondisi cuaca yang buruk = 22,8 Ah x 4 hari (days) : 0, 4 = 228 Ah.

Baterai dan Pengontrolan2.

Menentukan Pengontrolan, meliputi:y

Apakah yang diperlukan oleh pengontrol, seperti: Perlindungan baterai. Untuk melindungi baterai biasanya digunakan pengontrol dengan tegangan cut off yang rendah. Apakah sistem menggunakan NiCad baterai. Jika sistem kecil dan menggunakan NiCad baterai sebagai penyimpanan, maka tidak perlu menggunakan pengontrol. Apakah sistem diatas 20 Wp. Jika sistem 20 watt dan dikelola dengan baik, maka tidak perlu menggunakan pengontrol. Menggunakan charger controller (pemakaian diatas 40 Wp)

y y

Ukuran controller yang dibutuhkan (dipakai jenis 5-20A) Fitur controller, seperti : high voltage cut off, low voltage cut off, low voltage warning, reverse current protection, dan lain-lain.

Pengawatan, Pengawatan,Tegangan Jatuh, dan Fuse Jatuh,1.

Menentukan Panjang Kabel dibutuhkan, dengan langkah:

yang

Menentukan lokasi dan denah pemasangan sistem mulai dari pengkabelan, modul, controller, dan baterai. Seperti contoh di samping.2.

Tegangan Jatuh dan Kabel Dalam sistem berskala kecil, kabel dan sambungan akan aman digunakan jika menggunakan kabel 2,5 m2. Drop tegangan bisa diabaikan jika: - Panjang kabel kurang dari 16 meter - Modul yang dipakai 40 Wp - Besar arus kurang dari 4 ampere

Kesimpulan1. 2.

3.

4. 5.

PLTS memanfaatkan energi foton matahari sebagai sumber pembangkit listrik PLTS terdiri dari solar cell, combiner, carge controller, power inverter, baterai bank, meter, dan breaker Proses pembangkitan Sel surya melalui pelepasan elektron dari E.photon menghasilkan aliran elektron di dalam semikonduktor tipe-n PV (photovoltaik) system modul sel surya yang terintegrasi dengan komponen lain Aplikasi PLTS memperhitungkan insulasi matahari, energi pasokan, rugi-rugi energi, ukuran modul, posisi dan lokasi modul, kapasitas baterai, pengontrolan, dan pengawatan

Referensiy

http://search.4shared.com/postDownload/ wtxm8UDH/PEMBANGKIT_LISTRIK_TE NAGA_SURY.html