SOLAR CELL SEBAGAI ENERGI BARU PENGGANTI PLN

Abstrak

Energi surya merupakan energi terbesar di bumi yang dapat dikonversikan menjadi energi listrik. Energi ini dimanfaatkan oleh manusia dalam memenuhi kebutuhan yang sangat diperlukan pada masa sekarang dan mendatang. Sasaran pemanfaatan listrik surya adalah elektrifikasi untuk daerah terpencil sebagai pemerataan hasil pembangunan, pemanfaatan energi lokal sebagai pelaksana kebijaksanaan pemerintah tentang penggunaan energi terutama non BBM, dan sebagai energi alternatif untuk keperluan cadangan energi pada konsumen listrik. Selain itu energi surya dapat juga dimanfaatkan untuk pembangkit listrik sebagai cadangan pada penggunaan laboratorium apabila aliran listrik tidak menyala. Penelitian terlebih dahulu melihat karakterisrtik energi listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga surya (PLTS). Karakteristik ini dipengaruhi oleh beberapa hal diantaranya kondisi cuaca dan lamanya penyinaran pada suatu daerah yang berpengaruh terhadap nilai intensitas cahaya, tegangan (V), arus (I) dan daya yang dapat ditimbulkan. Dari penelitian didapatkan Panel surya yang terpasang dapat menghasilkan daya 431.55 Watt selama 9 jam penyinaran matahari selama satu hari.

Kata kunci : energi surya,  Energi Hijau, PLTS Mesin Stirling

Pendahuluan

Energi Surya adalah sumber energi yang tidak akan pernah habis ketersediaannya dan energi ini juga dapat di manfaatkan sebagai energi alternatif yang akan di ubah menjadi energi listrik, dengan menggunakan sel surya. Energy ini merupakan salah satu energy terbarukan .Sel surya atau solar call sejak tahun 1970-an telah mengubah cara pandang kita tentang energi dan memberi jalan baru bagi manusia untuk memperoleh energi listrik tanpa perlu membakar bahan bakar fosil sebagaimana pada minyak bumi, gas alam, batu bara, atau reaksi nuklir. Sel surya juga mampu beroperasi dengan baik di hampir seluruh belahan bumi yang tersinari matahari tanpa menghasilkan polusi yang dapat merusak lingkungan sehingga lebih ramah lingkungan.

 Cara kerja sel surya adalah dengan memanfaatkan teori cahaya sebagai partikel, Sebagaimana diketahui bahwa cahaya baik yang tampak maupun yang tidak tampak memiliki dua buah sifat yaitu dapat sebagai gelombang dan dapat sebagai partikel yang disebut dengan photon. Penemuan ini pertama kali diungkapkan oleh Einstein pada tahun 1905.

Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya menjadi listrik. Mereka disebut surya atas Matahari atau "sol" karena Matahari merupakan sumber cahaya terkuat yang dapat dimanfaatkan. Panel surya sering kali disebut sel photovoltatic, photovoltaic dapat diartikan sebagai "cahaya-listrik". Sel surya atau sel PV bergantung pada efek photovoltaic untuk menyerap energi Matahari dan menyebabkan arus mengalir antara dua lapisan bermuatan yang berlawanan.

Di Indonesia pemanfaatan Energi matahari sebagai pembangkit listrik belum maksimal, mengingat energi matahari yang melimpah di Indonesia yang terletak pada garis khatulistiwa. Sinar matahari yang bersinar sepanjang tahun di seluruh wilayah Indonesia memiliki radiasi matahari rata-rata 4,8 kWh/m2 . Kriteria wilayah indonesia ini memiliki potensi untuk pembangunan pembangkit tenaga surya.

Menanggulangi padamnya listrik, industri besar menggunakan genset sebagai pengganti, yang memerlukan jumlah Bahan Bakar Minyak (BBM) yang tinggi dan harganya semakin mahal membuat industri besar berfikir ulang untuk menekan biaya produksi. Lokasi yang berada di dataran tinggi dengan potensi radiasi sinar matahari yang baik, pembangkit tenaga surya cocok digunakan mengingat energi panas matahari yang tidak akan pernah habis. Penulis mencoba melakukan pengembangan pembangkit listrik solar dish stirling sebagai energi alternatif untuk membantu  mengatasi terbatasnya pasokan listrik.

ISI

Sel surya atau yang disebut juga (Fotovoltaik ) adalah piranti semiconductor yang dapat mengubah energi matahari secara langsung menjadi energ listrik DC (arus searah) dengan menggunakan kristal Si (silicon ) yang tipis. Sebuah kristal silindris Si diperoleh dengan cara memanaskan Si itu dengan tekanan yang diatur sehingga Si itu berubah menjadi penghantar. Bila kristal silindris itu dipotong stebal 0,3 mm, akan terbentuklah sel-sel silikon yang tipis atau yang disebut juga dengan sel surya (fotovoltaik ). Sel-sel silikon itu dipasang dengan posisi sejajar/seri dalam sebuah panel yang terbuat dari alumunium atau baja anti karat dan dilindungi oleh kaca atau plastik. Kemudian pada tiap-tiap sambungan sel itu diberi sambungan yang berbeda potensial yang menyatu disebut dengan daerah deplesi ( depletion region ). Bila sel-sel itu terkena sinar matahari maka pada sambungan itu akan mengalir arus listrik. Besarnya arus/tenaga listrik itu tergantung pada jumlah energi cahaya yang mencapai silikon itu dan luas permukaan sel itu ( wikipedia.org 2010 ).

 Ketika seberkas cahaya dikenakan pada logam, ada elektron yang keluar dari permukaan logam. Gejala ini disebut efek fotolistrik. Efek fotolistrik diamati melalui prosedur sebagai berikut. Dua buah pelat logam (lempengan logam tipis) yang terpisah ditempatkan di dalam tabung hampa udara. Di luar tabung kedua pelat ini dihubungkan satu sama lain dengan kawat. Mula-mula tidak ada arus yang mengalir karena kedua plat terpisah. Ketika cahaya yang sesuai dikenakan kepada salah satu pelat, arus listrik terdeteksi pada kawat. Ini terjadi akibat adanya elektron-elektron yang lepas dari satu pelat dan menuju ke pelat lain secara bersama-sama membentuk arus listrik. Hasil pengamatan terhadap gejala efek fotolistrik memunculkan sejumlah fakta yang merupakan karakteristik dari efek fotolistrik.

Cara kerja dari photovoltaic cell sangat tergantung kepada sinar matahari yang diterimanya. Kondisi iklim (missal awan tebal dan kabut) mempunyai efek yang sangat signifikan terhadap jumlah energi matahari yang diterima sel sehingga akan mempengaruhi pula unjuk kerjanya seperti pembuktian dalam penelitian Youness et. al. (2005) dan Pucar dan Despic (2002).

Potensi Energi Surya

Energi surya merupakan energi yang potensial dikembangkan di Indonesia, mengingat Indonesia merupakan negara yang terletak di daerah khatulistiwa. Energi surya yang dapat dibangkitkan untuk seluruh daratan Indonesia yang mempunyai luas 2 juta km2 rata-rata sebesar 5,10 mW atau 4,8 kWh/m2/hari. Oleh karena itu energi surya memiliki keunggulan-keunggulan dibandingkan dengan energi fosil, diantaranya:

 · Sumber energi yang mudah didapatkan.

· Ramah lingkungan.

 · Sesuai untuk berbagai macam kondisi geografis.

· Instalasi, pengoperasian dan perawatan mudah.

· Listrik dari energi surya dapat disimpan dalam baterai, dipakai langsung atau disambungkan ke grid.

Energi surya berupa radiasi elektromagnetik yang dipancarkan ke bumi berupa cahaya matahari yang terdiri atas foton atau partikel energi surya yang dikonversikan menjadi energi listrik. Energi surya yang sampai pada permukaan bumi disebut sebagai radiasi surya global yang diukur dengan kepadatan daya pada permukaan daerah penerima. Rata-rata nilai dari radiasi surya atmosfir bumi adalah 1.353 W/m yang dinyatakan sebagai konstanta surya (Buku Panduan PNPM Energi Terbarukan, 2011).

Intensitas radiasi surya dipengaruhi oleh waktu siklus perputaran bumi, kondisi cuaca meliputi kualitas dan kuantitas awan, pergantian musim dan posisi garis lintang. Intensitas radiasi sinar matahari di Indonesia berlangsung 4 - 5 jam per hari. Produksi energi surya pada suatu daerah dapat dihitung sebagai berikut:

𝐸=𝐼 𝑥 𝐴

dimana, E = Energi surya yang dihasilkan (W) I = Irradiasi/Intensitas radiasi surya rata-rata yang diterima selama satu jam (W/m2 ) A = Luas area (m2 )

Teknologi Pembangkit Listrik Dish Stirling

Pembangkit listrik tenaga surya berbasis mesin stirling menggunakan cermin yang berbentuk parabola berfungsi sebagai reflektor. Fungsi reflektor ini ialah untuk memantulkan dan memfokuskan cahaya matahari ke receiver atau heat driver yang dipasang diatas cermin pemfokus tersebut. Receiver kemudian menyerap energi cahaya matahari tersebut dalam temperatur yang sangat tinggi dan mengubahnya menjadi energi panas. Energi panas ini dapat langsung digunakan sebagai pemanas untuk membantu dalam proses reaksi kimia, tapi yang sering digunakan ialah untuk pembangkit tenaga listrik. Energi panas ini kemudian dirubah lagi menjadi energi gerak atau mekanik dalam mesin stirling. Energi panas ini berfungsi untuk menggerakan piston-piston yang ada didalam mesin stirling. Generator yang sudah tergabung dalam mesin stirling merubah energi mekanik dari piston menjadi energi energi listrik yang berbentuk Alternating Current (AC).

Sistem pembangkit tenaga surya berbasis mesin stirling menangkap cahaya matahari dan mengkonsentrasikannya ke mesin stirling. Energi ini ditransfer melalui receiver atau penerima panas yang dapat menyerap dan menyalurkan energi panas ke mesin stirling. Dalam sistem ini, mesin stirling mempunyai peran paling penting dari keseluruhan proses sistem. Efisiensi yang tinggi, kestabilan daya keluaran, murah perawatan dan berpotensi dapat digunakan dalam jangka waktu yang lama membuat mesin stirling ini, mesin yang paling cocok digunakan dalam sistem pembangkit listrik tenaga surya. Sebuah mesin stirling sederhana terdiri atas Piston kompresi, piston kontraksi dan tiga buah heat exchanger. (IJRED, 2016).

Sebuah sistem pembangkit listrik tenaga surya berbasis mesin stirling merupakan pembangkit yang berdiri sendiri (stand alone) mirip dengan pembangkit listrik tenaga angin. Sistem pembangkit listrik tenaga surya ini terdiri atas collector atau concentrator dan Power Conversion Unit. (SES, 2007)

Mesin stirling menggunakan pembakaran diluar, oleh karena itu mesin ini dapat menghasilkan gaya mekanik dari berbagai sumber energi, terutama energi matahari. Dalam kurun waktu beberapa tahun ini, banyak teknisi yang menganalisis mesin stirling dan heat losses-nya. Namun, ada beberapa pekerjaan analisis yang berfokus untuk mengoptimalkan daya keluaran dan efisiensinya. Performa Mesin Stirling bergantung pada prinsip kerja fluida dan termodinamika dan tipe mesin stirling itu sendiri. (IJRED, 2016).

Kesimpulan

1.      Intensitas cayaha yang masuk dan terserap oleh panel surya setiap waktu selalu berubahubah, umumnya intensitas cahaya matahari pada pagi dan sore hari rendah, intensitas cahaya matahari pada pagi hari dalam kondisi cerah adalah 185051 lux pada jam 09:00 sedangkan disore hari jam 17:00 sebesar 98100 lux.

2.      Panel surya yang terpasang dapat menghasilkan daya 431.55 Watt selama 9 jam penyinaran matahari selama satu hari.

3.      Pembangkit listrik tenaga surya berbasis mesin stirling model SES menghasilkan energi listrik sebesar 30.895 kWh atau 31 MWh, WGA 12.322 kWh atau 12,3 MWh, SBP 5.353 kWh atau 5,4 MWh tiap tahun, terbilang tinggi untuk satu pembangkit listrik energi terbarukan.

4.      Penggunaan solar cell dapat menghemat pengeluaran biaya untuk listrik dalam jangka panjang.

DAFTAR PUSAKA

HIdayat, Atep Afia dan Muhammad Kholill, (2017), Kimia, Industri dan Teknologi Hijau , Pantona Media.

Kurnianto, Fajar, (2016), Analisis potensi Pembangkit Listrik  Solar Dish Stirling dalam penyediaan energy listrik di bidang industry.

Dzulfikar, daffi dan wisnu broto, (2016),Optimalisasi pemanfaatan energy tenaga surya skala rumah tangga

Dewi, Afrita Yuanna dan antonov, (2013), Pemanfaatan Energi surya senagai suplai cadangan pada laboratorium elektro dasar  di Institut Teknologi Padang.