Jumat, 26 Juni 2009

Prinsip Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Surya


Sel surya adalah komponen elektronika yang dapat mengubah energi surya menjadi energi listrik dalam bentuk arus searah (DC). Modul surya tersusun dari sejumlah sel surya yang dirangkai secara seri dan paralel. Hal ini bertujuan untuk meningkatkan tegangan dan arus yang dihasilkan sehingga cukup untuk pemakaian /beban. Energi surya adalah radiasi yang diproduksi oleh reaksi fusi nuklir pada inti matahari. Matahari mensuplai hampir semua panas dan cahaya yang diterima bumi untuk digunakan makhluk hidup. Energi surya sampai kebumi dalam bentuk paket-paket energi yang disebut foton. Dalam kaitannya dengan sel surya, perangkat yang mengkonversi radiasi sinar matahari menjadi listrik, terdapat dua paramater dalam energi surya yang paling penting : pertama intensitas radiasi, yaitu jumlah daya matahari yang datang kepada permukaan per luas area, dan karakteristik spektrum cahaya matahari.


Intensitas radiasi matahari diluar atmosfer bumi disebut konstanta surya, yaitu sebesar 1365 W/m2. Setelah disaring oleh atmosfer bumi, beberapa sepktrum cahaya hilang, dan intensitas puncak radiasi menjadi sekitar 1000W/m2. Nilai ini adalah tipikal intensitas radiasi pada keadaan permukaan tegak lurus sinar matahari dan pada keadaan cerah. Radiasi surya dipancarkan dari fotoshpere matahari pada temperatur 6000K, yang memberikan distribusi spektrumnya mirip dengan distribusi spektrum black body. Dengan melalui atmosfer bumi, radiasi surya diatenuasikan oleh berbagai partikel diantaranya molekul udara, aerosol, partikel debu, dll sehingga menghasilkan spektrum .


Sel surya atau fotovoltaik adalah perangkat yang mengkonversi radiasi sinar matahari menjadi energi listrik. Efek fotovoltaik ini ditemukan oleh Becquerel pada tahun 1839, dimana Becquerel mendeteksi adanya tegangan foto ketika sinar matahari mengenai elektroda pada larutan elektrolit. Pada tahun 1954 peneliti di Bell Telephone menemukan untuk pertama kali sel surya silikon berbasis p-n junction dengan efisiensi 6%.

Prinsip kerja sel surya silikon adalah berdasarkan konsep semikonduktir p-n junction. Sel terdiri dari lapisan semikonduktor doping-n dan doping-p yang membentuk p-n junction, lapisan antirefleksi, dan substrat logam sebagai tempat mengalirnya arus dari lapisan tipe- n (elektron) dan tipe-p (hole).


Semikonduktor tipe-n didapat dengan mendoping silikon dengan unsur dari golongan V sehingga terdapat kelebihan elektron valensi dibanding atom sekitar. Pada sisi lain semikonduktor tipe-p didapat dengan doping oleh golongan III sehingga elektron valensinya defisit satu dibanding atom sekitar. Ketika dua tipe material tersebut mengalami kontak maka kelebihan elektron dari tipe-n berdifusi pada tipe-p. Sehingga area doping-n akan bermuatan positif sedangkan area doping-p akan bermuatan negatif. Medan elektrik yan terjadi antara keduanya mendorong elektron kembali ke daerah-n dan hole ke daerah-p. Pada proses ini terlah terbentuk p-n junction. Dengan menambahkan kontak logam pada area p dan n maka telah terbentuk dioda.


Ketika junction disinari, photon yang mempunyai energi sama atau lebih besar dari lebar pita energi materia tersebut akan menyebabkan eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi dan akan meninggalkan hole pada pita valensi. Elektron dan hole ini dapat bergerak dalam material sehingga menghasilkan pasangan elektron-hole. Apabila ditempatkan hambatan pada terminal sel surya, maka elektron dari area-n akan kembali ke area-p sehingga menyebabkan perbedaan potensial dan arus akan mengalir.

BATERE, BCR DAN BEBAN

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

Untuk mendapatkan keluaran energi listrik yang maksimum maka permukaan modul surya harus selalu mengarah ke matahari. Di Indonesia, energi listrik yang optimum akan didapat apabila modul surya diarahkan dengan sudut kemiringan sebesar garis lintang lokasi PLTS tersbut berada. Sebagai contoh, untuk daerah yang berada disebelah utara katulistiwa maka modul surya harus dihadapkan ke selatan, dan sebaliknya.

Performansi dari Modul Surya

Daya listrik yang dihasilkan sel surya ketika mendapat cahaya diperoleh dari kemampuan perangkat sel surya tersebut untuk memproduksi tegangan ketika diberi beban dan arus melalui beban pada waktu yang sama. Kemampuan ini direpresentasikan dalam kurva arus-tegangan (I-V).

Ketika sel dalam kondisi short circuit, arus maksimum atau arus short circuit (ISC) dihasilkan, sedangkan pada kondisi open circuit tidak ada arus yang dapat mengalir. sehingga tergangannya maksimum, disebut tegangan open-circuit. (VOC). Titik pada kurva I-V yang menghasilkan arus dan tegangan maksimum disebut titik daya maksimum (MPP). Karaktersitik penting lainnya dari sel surya yaitu fill factor (FF), dengan persamaan:


FF=(V_pm × I_pm)/V_oc

Dengan menggunakan fill factor maka maksimum daya dari sel surya didapat dari persamaan,
P_max=V_oc×I_sc×FF

Sehingga efisiensi sel surya yang didefinisikan sebagai daya yang dihasilkan dari sel ( PMAX ) dibagi dengan daya dari cahaya yang datang ( PCahaya ) :

η=P_max/P_cahaya ×100 %

Nilai efisiensi ini yang menjadi ukuran global dalam menentukan kualitas performansi suatu sel surya.

KELENGKAPAN SISTEM

Komponen utama dari PLTS/SHS (Solar Home Sistem) 50 Wp adalah:
1 buah Modul Surya dengan Kapasitas Minimum 50 Wp
1 buah alat pengatur batere (BCU)
1 buah Batere minimum 65 Ah, 12 V DC
1 buah Box Batere
3 buah lampu TL beserta Inverter 10 Watt 12 Vdc, total daya 30
Wattt

5 komentar:

  1. Otonomi day untuk sistem biar efektif, berapa ya mas?

    BalasHapus
  2. biasanya dipakai 2-3 hari, kita ambil saja rata2nya di 2,5 jadi energi hariannya kita kalikan dengan 2,5.

    BalasHapus
  3. Apa itu Pembebanan pada panel surya ?

    BalasHapus
  4. Total biaya utuk SHS brapa ya?

    BalasHapus
  5. Total biaya utuk SHS brapa ya?

    BalasHapus