1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Energi merupakan bagian penting dalam kehidupan masyarakat karena hampir semua aktivitas manusia selalu membutuhkan energi. Misalnya untuk penerangan, proses industri atau untuk menggerakkan peralatan rumah tangga diperlukan energi listrik, untuk menggerakkan kendaraan baik roda dua maupun empat diperlukan bensin, serta masih banyak peralatan di sekitar kehidupan manusia yang memerlukan energi. Sebagian besar energi yang digunakan di Indonesia berasal dari energi fosil yang berbentuk minyak bumi dan gas bumi. Ketergantungan terhadap bahan bakar fosil setidaknya memiliki tiga ancaman serius, yakni: pertama, Menipisnya cadangan minyak bumi. Kedua, Kenaikan / ketidakstabilan harga akibat laju permintaan yang lebih besar dari produksi minyak. Ketiga, Polusi gas rumah kaca (terutama CO2) akibat pembakaran bahan bakar fosil. Dengan kebutuhan energi yang begitu banyak bahan bakar fosil dan gas bumi tidak mampu mencukupi semua kebutuhan, maka untuk memenuhi kebutuhan tersebut dimanfaatkan energi terbarukan yaitu energi yang tidak akan ada habisnya. Pemanfaatan energi terbarukan diantaranya dengan memanfaatkan tenaga radiasi matahari dengan menggunakan sel surya sebagai pengkonversi energi matahari menjadi energi listrik yang kita kenal dengan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). Oleh karena itu dengan mengetahui proses konversi energi matahari menjadi energi listrik dapat menjadikan bahan pertimbangan
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Energi merupakan bagian penting dalam kehidupan masyarakat karena
hampir semua aktivitas manusia selalu membutuhkan energi. Misalnya untuk
penerangan, proses industri atau untuk menggerakkan peralatan rumah tangga
diperlukan energi listrik, untuk menggerakkan kendaraan baik roda dua
maupun empat diperlukan bensin, serta masih banyak peralatan di sekitar
kehidupan manusia yang memerlukan energi. Sebagian besar energi yang
digunakan di Indonesia berasal dari energi fosil yang berbentuk minyak bumi
dan gas bumi. Ketergantungan terhadap bahan bakar fosil setidaknya
memiliki tiga ancaman serius, yakni: pertama, Menipisnya cadangan minyak
bumi. Kedua, Kenaikan / ketidakstabilan harga akibat laju permintaan yang
lebih besar dari produksi minyak. Ketiga, Polusi gas rumah kaca (terutama
CO2) akibat pembakaran bahan bakar fosil.
Dengan kebutuhan energi yang begitu banyak bahan bakar fosil dan gas
bumi tidak mampu mencukupi semua kebutuhan, maka untuk memenuhi
kebutuhan tersebut dimanfaatkan energi terbarukan yaitu energi yang tidak
akan ada habisnya.
Pemanfaatan energi terbarukan diantaranya dengan memanfaatkan tenaga
radiasi matahari dengan menggunakan sel surya sebagai pengkonversi energi
matahari menjadi energi listrik yang kita kenal dengan Pembangkit Listrik
Tenaga Surya (PLTS). Oleh karena itu dengan mengetahui proses konversi
energi matahari menjadi energi listrik dapat menjadikan bahan pertimbangan
2
dalam mengembangkan energi alternatif terbarukan yang tidak menimbulkan
polusi bagi lingkungan. Sehinggga untuk kebutuhan ini kami sebagai peneliti
ingin memberikan kontribusi positif dalam bidang ketenagalistrikan terlebih
khusus pada masyarakat dikampung Puay distrik Sentani Timur yang belum
teraliri listrik hingga saat ini. Kampung Puay adalah kampung yang masuk
dalam wilayah pemerintahan Kabupaten Jayapura, namun untuk sampai ke
kampung Puay harus melewati pemerintahan Kotamadya Jayapura.Jarak
antara kampung Puay dengan batas Kotamadya Jayapura ±7Km
Hingga kini masyarakat di kampung Puay yang sebagian besar berprofesi
sebagai nelayan hanya bisa menyaksikan penerangan listrik tapi tidak dapat
menikmati penerangan listrik tersebut.
Sebagai solusi dari permasalahan tersebut, maka penulis akan
mengadakan penelitian dengan judul: “Perencanaan Pembangkit Listrik
Tenaga Surya (PLTS) terpusat Pada Kampung Puay Distrik Sentani
Timur”
1.2 Rumusan Masalah
Perencanaan Pembangkit listrik tenaga surya dikhususkan untuk rumah
sederhana, secara spesifik rumusan masalah yang diangkat dalam penelitian
ini adalah:
1. Bagaimana mengkonversi energi surya menjadi energi listrik?
2. Bagaimana menghitung kapasitas daya modul surya?
3. Bagaimana menghitung kapasitas baterai?
4. Bagaimana menghitung besar arus baterai charge regulator?
5. Bagaimana menghitung kapasitas inverter?
3
1.3 Batasan Masalah
Hasil yang dicapai akan optimal jika skripsi ini membatasi permasalahan.
Permasalahan yang akan dikaji dalam skripsi ini adalah :
a. Dalam menentukan total beban rumah, perencanaan panel terpusat hanya
untuk kapasitas 6 rumah.
b. Untuk data rata-rata penyinaran matahari berdasarkan data BMKG
Wilayah V Jayapura tahun 2011-2012
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
a. Mengetahui proses konversi energi surya menjadi energi listrik.
b. Mengetahui pengaruh radiasi matahari dan total pemakaian energi
terhadap kapasitas daya modul surya
c. Mengetahui pengaruh radiasi matahari dan total pemakaian energi
terhadap kapasitas baterai
d. Mengetahui pengaruh radiasi matahari dan total pemakaian energi
terhadap besar arus baterai charge regulator?
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari hasil penelitian ini adalah:
a. Memberikan pengetahuan, pemahaman, dan keterampilan bagi peneliti
dalam perancangan pembangkit listrik tenaga surya.
4
b. Memberikan kontribusi pada dunia pendidikan terutama dibidang
ketenagalistrikan dalam pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi
yang dapat diandalkan
5
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Deskripsi umum
Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) adalah peralatan pembangkit listrik
yang merubah cahaya matahari menjadi listrik. PLTS sering juga disebut Solar
Cell, atau Solar Photovoltaic, atau Solar Energy. Orang awam seringkali keliru
menganggap Solar Water Heater (Pemanas Air Tenaga Surya) sebagai PLTS.
Solar water heater memanfaatkan thermal dari solar energy dan menghasilkan air
panas, prinsip yang sama juga diterapkan untuk solar dryer (pengering tenaga
surya), sedangkan PLTS memanfaatkan cahaya matahari untuk menghasilkan
listrik. DC (direct current), yang dapat diubah menjadi listrik AC (alternating
current) apabila diperlukan. Oleh karena itu meskipun cuaca mendung, selama
masih terdapat cahaya, maka PLTS tetap dapat menghasilkan listrik.
PLTS pada dasarnya adalah pencatu daya (alat yang menyediakan daya), dan
dapat dirancang untuk mencatu kebutuhan listrik yang kecil sampai dengan besar,
baik secara mandiri, maupun dengan Hybrid (dikombinasikan dengan sumber
energy lain, seperti PLTS-genset, PLTS microhydro, PLTS-Angin), baik dengan
metoda Desetralisasi (satu rumah satu pembangkit) maupun dengan metoda
Sentralisasi (listrik didistribusikan dengan jaringan kabel).
2.1.1 Sel Surya
Sel surya tersusun dari dua lapisan semikonduktor dengan muatan
yang berbeda. Lapisan atas sel surya bermuatan negatif sedangkan lapisan
bawahnya bermuatan positif. Silikon adalah bahan semikonduktor yang
paling umum digunakan untuk sel surya. Ketika cahaya mengenai permukaan
6
sel surya, beberapa foton dari cahaya diserap oleh atom semikonduktor 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 2.1
menunjukkan struktur dari sel surya.
Sumber : Quaschning, 2005
Gambar 2.1 Struktur Sel Surya
2.1.2 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 2.2. Kurva
ini menunjukkan bahwa pada saat arus dan tegangan berada pada titik kerja
maksimal (Maximum Power Point) maka akan menghasilkan daya keluaran
maksimum (PMPP). Tegangan di Maximum Power Point (MPP) VMPP,
lebih kecil dari tegangan rangkaian terbuka (Voc) dan arus saat MPP IMPP,
adalah lebih rendah dari arus short circuit (Isc) (Quaschning, 2005) .
7
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 pada 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.
Sumber : Quaschning, 2005
Gambar 2.2 Kurva I-V
2.2 Komponen-komponen PLTS
Pemanfaatan tenaga surya sebagai pembangkit tenaga listrik, umumnya
terdiri dari komponen-komponen sebagai berikut :
2.2.1 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 paralel. Sebuah panel surya
8
umumnya terdiri dari 32-40 sel surya, tergantung ukuran panel (Quaschning,
2005). Gabungan dari panel-panel ini akan membentuk suatu “Array”.
Sumber : Patel, 1999
Gambar 2.3 Hubungan Sel Surya, Panel Surya dan Array
Jenis panel surya yang terjual di pasaran saat ini, antara lain adalah :
1) Monokristal Silikon (Mono-crystalline Silicon)
Monokristal merupakan panel (modul) yang paling efisien, yaitu mencapai
angka sebesar 16-25% (Narayana, 2010).
2) Polikristal Silikon (Poly-crystalline Silicon)
Polikristal merupakan panel surya yang memiliki susunan kristal acak.
Tipe ini memiliki efisiensi sebesar 14-16% (Narayana, 2010). 12
3) Amorphous Silicon
Amorphous adalah tipe panel dengan harga yang paling murah akan tetapi
efisiensinya paling rendah, yaitu antara 9-10,4% (Narayana, 2010).
9
2.2.2 Charge Controller - Solar Controller
Gbr. 2.4 Charger Control
Solar Charge Controller adalah peralatan elektronik yang digunakan
untuk mengatur arus searah yang diisi ke baterai dan diambil dari baterai ke
beban.
Solar charge controller mengatur overcharging (kelebihan pengisian –
karena batere sudah 'penuh') dan kelebihan voltase dari panel surya.
Kelebihan voltase dan pengisian akan mengurangi umur baterai.
Solar charge controller menerapkan teknologi Pulse width modulation
(PWM) untuk mengatur fungsi pengisian baterai dan pembebasan arus dari
baterai ke beban.
Solar panel 12 Volt umumnya memiliki tegangan output 16 - 21 Volt.
Jadi tanpa solar charge controller, baterai akan rusak oleh over-charging dan
ketidakstabilan tegangan. Baterai umumnya di-charge pada tegangan 14 -
14.7 Volt.
1. Fungsi Solar Charge Controller
10
Beberapa fungsi detail dari solar charge controller adalah sebagai berikut:
• Mengatur arus untuk pengisian ke baterai, menghindari
overcharging, dan overvoltage.
• Mengartur arus yang dibebaskan/ diambil dari baterai agar
baterai tidak 'full discharge', dan overloading.
Monitoring temperatur baterai Untuk membeli solar charge controller
yang harus diperhatikan adalah:
• Voltage yang harus di sesuaikan 12 Volt DC atau 24 Volt DC
• Kemampuan (dalam arus searah) dari controller. Misalnya 5
Ampere, 10 Ampere, dsb.
Seperti yang telah disebutkan di atas solar charge controller yang
baik biasanya mempunyai kemampuan mendetekdi kapasitas baterai.
Bila baterai sudah penuh terisi maka secara otomatis pengisian arus dari
panel sel surya berhenti. Cara mendeteksi adalah melalui monitor level
tegangan baterai. Solar charge sontroller akan mengisi baterai sampai
level tegangan tertentu, kemudian apabila level tegangan drop, maka
baterai akan diisi kembali.
Solar charge controller biasanya terdiri dari: 1 input (2 terminal)
yang terhubung dengan output panel sel surya, 1 output (2 terminal) yang
terhubung dengan baterai / aki dan 1 output (2 terminal) yang terhubung
dengan beban. Arus listrik DC yang berasal dari baterai tidak mungkin
masuk ke panel sel surya karena biasanya asa diode protection yang
11
hanya melewatkan arus listrik DC dari panel surya ke baterai, bukan
sebaliknya.
2. Cara Kerja Charge Controller
Solar charge controller, adalah komponen penting dalam Pembangkit
Listrik Tenaga Surya. Solar charge controller berfungsi untuk: