Abstrak
PLTS On Grid merupakan solusi bagi bagunan masa kini, seperti rumah, kantor, ruko, apartemen, kampus, dan gedung gedung. Karena PLTS On Grid mampu menghemat listrik yang dikonsumsi bangunan tersebut dangan menggunakan hibrid teknologi antara Pln dan Plts.
Kata kunci : Menghemat dan menambah presentase
Dengan berkembangnya teknologi dan berkembangnya juga kebutuhan umat manusia seiring perkembangan zaman maka konsumsi kebutuhan energi juga meningkat dan dengan itu maka pencemaran yang diakibatkan oleh pembangkit energi yang mayoritas menggunakan fosil akan merusak lingkungan dari darat, air, dan udara. Karena dapat dipastikan pembangkit energi yang menggunakan fosil menimbulkan polusi yang bersifat merusak benda dan zat organik. Oleh sebap itu dibutuhkan pembangkit energi alternatif yang tidak menghasilkan polusi yang dapat merusak alam sekitar. Tidak kalah penting yaitu berapa luas lahan yang dibutuhkan untuk pembangkit tersebut. Seperti Di kota kota besar lahan kosong cukup sulit ditemui apalagi lahan yang luas untuk pembangkit listrik tersebut. Oleh sebap itu yang kita butuhkan bukan hanya pembangkit yang ramah lingkungan tapi juga yang dapat menghemat dana pengeluaran serta tidak membutuhkan lahan yang besar.
Disini hadir PLTS On Grid yang merupakan solusi bagi permasalahan yang kita hadapi saat ini. Menurut Timotius (2009), PLTS On Grid merupakan teknologi hybrid perpaduan antara PLTS fotovoltaik untuk mengkonverensikan emergi matahari melalui panel surya dan PLTS yang terkoneksi langsung dengan Pln, sehingga mampu terkoneksi langsung dengan jaringan. Energi listrik yang dihasilkan dapat dikunakan langsung ke beban penggunaaan listrik dan apabila energi yang dihasilkan melebihi beban yang digunakan maka listrik yang dihasilkan dapat dijual ke pln. Kelebihan yang lainnya PLTS On Grid tidak membutuhkan banyak tempat karena panel surya diletakan di atap dan komponen lainnya tidak besar. Wow menarik bukan, berikut komponen dan cara kerjanya.
1. Modul Surya/Photovoltaic
Sebuah panel surya terdiri dari kumpulan sel surya. Sel surya adalah perangkat listrik yang mengubah energi matahari menjadi arus listrik. Menurut Yadi (2009) sel surya yang paling umum terbuat dari semikonduktor silikon. Silikon adalah elemen paling melimpah kedua di bumi. Silicon dan germanium semikonduktor biasanya digunakan untuk membangun perangkat elektronik. Namun, silikon lebih disukai daripada germanium karena germanium sangat sensitif terhadap suhu sedangkan silikon kurang sensitif terhadap suhu. Itu berarti pada perangkat germanium, sedikit kenaikan suhu sebagian besar akan meningkatkan arus listrik sedangkan pada perangkat silikon suhu akan menunjukkan sedikit efek. Oleh karena itu, perangkat yang terbuat dari germanium akan mudah hancur pada suhu yang lebih tinggi sedangkan perangkat yang terbuat dari silikon akan tahan pada suhu yang lebih tinggi. Jadi silikon ini sering digunakan untuk membangun perangkat elektronik.
Panel surya harus selalu ditempatkan di bawah sinar matahari karena panel surya mengubah cahaya menjadi listrik hanya jika energi matahari menyentuh panel surya; Jika tidak, itu tidak akan menghasilkan listrik. Panel surya tidak menghasilkan listrik di malam hari.Matahari kita adalah reaktor nuklir alami. Ini terus-menerus melepaskan paket energi kecil yang disebut foton. Foton ini berjalan dengan kecepatan 186.000 mil per detik. Diperlukan sekitar 8 menit 20 detik untuk cahaya (foton) untuk melakukan perjalanan dari matahari ke bumi. Energi yang bergerak dari matahari ke bumi ini disebut energi matahari.Dalam satu jam, matahari menyuplai cukup energi surya ke bumi untuk memenuhi kebutuhan dunia akan daya selama satu tahun penuh.
Dengan menggunakan perangkat yang disebut panel surya, kita bisa dengan mudah mengubah energi matahari menjadi listrik. Panel surya menggunakan foton dari matahari untuk menghasilkan listrik. Saat sinar matahari (foton) menyentuh panel surya, energi cahaya akan diubah menjadi listrik. Listrik yang dihasilkan dapat digunakan untuk menyalakan berbagai peralatan rumah tangga.Panel surya terdiri dari kumpulan sel surya. Setiap sel surya terdiri dari dua lapisan silikon yang saling menempel: lapisan silikon tipe-n dan lapisan silikon tipe-p. Pada lapisan silikon n-tipe, elektron adalah pembawa dan lubang mayoritas adalah pembawa minoritas. Pada lapisan silikon tipe-p, elektron adalah pembawa minoritas dan lubang adalah pembawa mayoritas.Lapisan silikon tipe-p dan n-tipe terbentuk dari lapisan silikon murni. Lapisan silikon murni disebut semikonduktor intrinsik.
Setiap atom dari lapisan silikon murni terdiri dari 4 elektron valensi (elektron valensi adalah elektron yang ada di orbit terluar atom). Orbit terluar atom memungkinkan maksimal 8 elektron. Atom yang memiliki 8 elektron dikatakan sebagai atom yang paling stabil. Atom selalu berusaha menjadi atom yang paling stabil.Atom silikon membutuhkan 4 elektron lagi untuk menjadi paling stabil. Ketika semua atom silikon saling berdekatan satu sama lain, masing-masing atom membentuk 4 ikatan kovalen dengan 4 atom tetangga. Dengan kata sederhana, masing-masing atom berbagi 4 elektron dengan 4 atom tetangga.Akibatnya, masing-masing atom mendapat 8 elektron di kulit terluar. Karena pembagian ini, tidak ada elektron yang dibiarkan bebas. Akibatnya, tidak ada elektron bebas dan lubang (yang melakukan arus listrik) yang dihasilkan. Tapi pada suhu kamar, beberapa elektron memperoleh energi panas dan menghancurkan ikatan dengan atom induk dan melompat ke pita konduksi. Elektron yang hadir dalam pita konduksi disebut elektron bebas. Band konduksi adalah pengelompokan semua tingkat energi dari elektron bebas.Ketika elektron meninggalkan kulit valensi, sebuah lubang dibuat di kulit valensi tempat elektron tertinggal. Ruang kosong ini disebut lubang / hole.
Pengelompokan semua tingkat energi elektron valensi disebut pita valensi. Dengan demikian, elektron dan lubang bebas dihasilkan sebagai sepasang.Elektron bebas di pita konduksi dan lubang pada pita valensi melakukan arus listrik.
Dalam lapisan silikon murni, masing-masing atom memiliki jumlah elektron bebas dan lubang yang sama. Dengan kata lain, jumlah elektron bebas pada pita konduksi sama dengan jumlah lubang pada pita valensi. Misalnya, jika pita konduksi memiliki 4 elektron bebas, pita valensi memiliki 4 lubang. Jadi ketika 4 elektron bebas dari pita konduksi jatuh ke dalam 4 lubang (ruang kosong) di pita valensi, elektron bebas dan lubangnya lenyap.
Kita tahu bahwa elektron dan lubang bebas melakukan arus listrik. Pada lapisan silikon murni, arus yang dihasilkan oleh elektron dan lubang bebas diabaikan. Karena setelah sekian lama, elektron bebas dan lobang lenyap.
Untuk menghasilkan arus besar yang konsisten, kita perlu menghasilkan elektron dan lubang ekstra bebas. Hal ini dapat dicapai dengan mengenalkan kotoran ke dalam silikon murni.
Ketika atom pengotor pentavalen (yang mengandung 5 elektron valensi) ditambahkan ke atom silikon (yang mengandung 4 elektron valensi), semikonduktor tipe-n terbentuk. Setiap atom silikon memiliki 4 elektron valensi sedangkan masing-masing atom pentavalen (fosfor) memiliki 5 elektron valensi.
Ketika atom pentavalen (fosfor) dan atom silikon saling berdekatan, 4 elektron valensi atom fosfor membentuk 4 ikatan kovalen dengan atom silikon 4 tetangga. Namun, atom silikon tidak memiliki elektron valensi kelima untuk membentuk ikatan dengan atom fosfor. Akibatnya, elektron kelima dari atom pentavalen dibiarkan bebas. Dengan demikian, setiap atom pentavalen akan menghasilkan elektron bebas.Menambahkan sejumlah besar atom pentavalen akan menghasilkan sejumlah besar elektron bebas. Pada suhu kamar, sejumlah besar elektron bebas dan sejumlah kecil lubang dihasilkan. Dalam semikonduktor tipe-n, elektron bebas adalah pembawa dan lubang mayoritas adalah pembawa minoritas. Itu berarti elektron bebas melakukan sebagian besar arus pada semikonduktor tipe-n.
Ketika atom pengotor trivalen (yang mengandung 3 elektron valensi) ditambahkan ke atom silikon (yang mengandung 4 elektron valensi), semikonduktor tipe-p dibentuk. Setiap atom silikon memiliki 4 elektron valensi sedangkan masing-masing atom trivalen (boron) memiliki 3 elektron valensi.
Ketika atom-atom trivalen (boron) dan atom silikon saling berdekatan, elektron valensi 3 dari atom trivalen membentuk 3 ikatan kovalen dengan atom silikon tetangga. Namun, atom trivalen tidak memiliki elektron valensi keempat untuk membentuk ikatan dengan atom silikon. Pada ikatan kovalen keempat, hanya atom silikon yang menyumbang elektron valensi, sedangkan atom trivalen tidak memiliki elektron valensi untuk berkontribusi. Dengan demikian, ikatan kovalen keempat antara atom trivalen dan atom silikon tidak lengkap dengan kekurangan satu elektron valensi. Elektron yang hilang ini disebut lubang. Dengan demikian, setiap atom trivalen akan menghasilkan lubang.Menambahkan sejumlah besar atom trivalen akan menghasilkan sejumlah besar lubang. Pada suhu kamar, sejumlah besar lubang dan sejumlah kecil elektron bebas dihasilkan. Dalam semikonduktor tipe-p, lubang adalah pembawa mayoritas dan elektron bebas adalah pembawa minoritas. Itu berarti lubang melakukan sebagian besar arus pada semikonduktor tipe-p.
Sekarang kita mendapatkan ide tentang pembentukan lapisan silikon tipe n dan tipe-p dari sel surya.
Ketika lapisan semikonduktor tipe-n bergabung ke lapisan semikonduktor tipe-p, sebuah persimpangan terbentuk di antara keduanya. Persimpangan ini disebut pn junction. Sambungan pn memisahkan semikonduktor tipe-n dan tipe-p.Pembawa muatan (elektron bebas dan lubang) selalu mencoba bergerak dari daerah konsentrasi yang lebih tinggi (wilayah pembawa berlebih) ke daerah konsentrasi yang lebih rendah (wilayah pembawa yang lebih sedikit).
Untuk elektron bebas, n-region adalah daerah konsentrasi yang lebih tinggi dan daerah p adalah daerah konsentrasi yang lebih rendah. Jadi elektron bebas bergerak dari semikonduktor tipe-n ke semikonduktor tipe-p. Dengan demikian, elektron bebas melakukan arus listrik pada semikonduktor tipe-n.
Untuk lubang, daerah p adalah daerah konsentrasi yang lebih tinggi dan n-daerah adalah daerah konsentrasi yang lebih rendah. Jadi lubang bergerak dari semikonduktor tipe-p ke n-type semiconductor. Dengan demikian, lubang melakukan arus listrik pada semikonduktor tipe-p.
Dengan demikian, kedua elektron bebas dan lubangnya melakukan arus listrik.
Elektron mengalir dari n-sisi ke sisi-p dan lubang mengalir dari sisi-p ke n-sisi bersifat sementara. Setelah waktu yang singkat, penumpukan medan listrik internal di persimpangan pn mencegah arus lebih lanjut.
Akibatnya, elektron bebas dari sisi-n dan lubang dari sisi-p berhenti mengalir. Elektron bebas dan lubang membutuhkan jalur alternatif untuk mengalir dari satu sisi ke sisi lain. Hal ini dimungkinkan untuk membuat jalur ini melakukan dengan menggunakan kawat melakukan.
Ketika kabel konduktor dihubungkan ke semikonduktor tipe-p dan n, elektron bebas mulai mengalir dari sisi n ke sisi-p, demikian pula, lubang mulai mengalir dari sisi-p ke sisi-n.
Bila perangkat listrik seperti bola lampu dihubungkan ke kawat konduktor, lapisan semikonduktor pn junction akan menyalakan bohlam. Demikian juga, kita bisa memasok listrik ke perangkat apapun.
Namun, suplai arus listrik dari lapisan pn junction tidak permanen. Setelah beberapa saat, elektron bebas dan lubang mengatur ulang diri mereka secara merata. Akibatnya, arus listrik berhenti mengalir.
Bila sumber voltase terhubung ke semikonduktor tipe-p dan tipe n melalui kawat konduktor, arus listrik kembali mengalir.Pasokan tegangan ini buatan atau buatan manusia. Itu berarti biaya uang. Jadi, alih-alih menggunakan sumber tegangan, kita bisa menggunakan sumber energi alami untuk menghasilkan arus listrik. Sumber energi alami ini tidak lain adalah energi matahari. Energi matahari dari matahari bebas biaya. Jadi kita tidak perlu khawatir dengan uang. Selain itu, energi matahari yang dipancarkan dari matahari bebas polusi.
Sel surya dibangun sedemikian rupa sehingga lapisan semikonduktor tipe-n terletak di bagian atas sel surya dan lapisan semikonduktor tipe-p terletak di bagian bawah sel surya.
Ketika energi cahaya atau sinar matahari menyentuh lapisan atas atau lapisan semikonduktor n-tipe, sejumlah besar elektron valensi memperoleh cukup energi dan mengikat ikatan dengan atom induk.
Elektron valensi yang mengikat ikatan dengan atom induk akan melompat ke pita konduksi. Elektron pada pita konduksi dikenal sebagai elektron bebas. Elektron bebas ini melakukan arus listrik. Dengan demikian, sejumlah besar elektron bebas dihasilkan pada semikonduktor tipe-n. Elektron bebas yang dihasilkan ini akan menabrak elektron valensi lainnya dan membuat mereka bergerak. Demikian juga, jutaan elektron bebas dihasilkan.
Ketika kawat konduktor dihubungkan ke dua lapisan silikon (lapisan tipe-p dan tipe-n), jalur listrik dibuat agar elektron bebas mengalir dari sisi n ke sisi-p.
Ketika kawat dihubungkan ke dua lapisan silikon (lapisan tipe-p dan tipe-n), jalur listrik dibuat agar elektron bebas mengalir dari sisi n ke sisi-p.Elektron bebas melakukan arus listrik dengan berpindah dari sisi n ke sisi-p melalui kawat konduktor. Kita tahu bahwa di semikonduktor tipe-p, lubang adalah pembawa mayoritas. Jadi semikonduktor tipe-p siap menerima elektron bebas. Dengan demikian, elektron bebas yang mengalir dari n-side akan bergabung kembali dengan lubang pada sisi-p.
Ketika perangkat seperti bola lampu listrik terhubung ke sel surya melalui kawat konduktor, sel surya memasok arus listrik ke bohlam dan membuatnya menyala. Demikian juga, sel surya dapat memasok arus listrik ke perangkat apapun.
Sel surya ditutupi dengan potongan kaca berat dan dibingkai menggunakan bingkai aluminium.
Di bagian belakang setiap panel surya, ada dua lead. Papan ini digunakan untuk menghubungkan panel surya secara bersamaan untuk membentuk susunan panel surya yang terhubung ke inverter surya.
Panel surya menghasilkan listrik selama matahari menyentuh panel surya.
Semakin tinggi laju foton yang mencolok sel surya, semakin banyak daya yang bisa dihasilkannya.
2. Inverter On Grid
Inverter On grid berfungsi mengubah daya DC dari modul surya menjadi daya AC untuk disalurkan ke jaringan/beban. Menurut Mulyana (2009) umumnya inverter on grid telah memiliki kemampuan untuk langsung sinkron dengan grid saat dinyalakan. Inverter On grid juga umumnya memiliki anti-islanding protection yang artinya bila ada gangguan pada jaringan/black out maka Inverter akan secara otomatis terlepas dari grid (OFF) dan akan terhubung kembali (ON) secara otomatis saat jaringan kembali normal.
Meskipun memiliki fungsi yang sama terdapat perbedaan antara Inverter On grid dengan Inverter Off grid, diantaranya :
– Inverter Off grid mengkonversi daya dc dari baterai sedangkan Inverter Off grid mengkonversi daya dc langsung dari modul surya. hal ini berbeda karena tegangan baterai relatif stabil sedangkan tegangan pada modul surya berubah-ubah (bergantung pada kondisi penyinaran matahari).
– Daya yang dikonversi Inverter Off grid ke jaringan bergantung pada besar beban dan Inverter Off grid akan menyalurkan daya dari baterai sebesar daya yang dibutuhkan (beban), besarnya daya yang dihasilkan modul surya tidak berpengaruh pada besar daya yang dikonversi. Pada Inverter On grid besar daya yang dikonversi ke jaringan bergantung pada besar daya yang dihasilkan modul surya, Inverter On grid akan menyalurkan daya sebesar daya yang dihasilkan modul surya, besarnya beban tidak mempengaruhi besarnya daya yang dikonversi.Oleh karenanya Inverter Off grid tidak bisa dipakai sebagai inverter On grid dan sebaliknya walaupun Inverter On grid terkadang digunakan pada PLTS terpusat (off grid) yang menggunakan sistem AC couple.
Ada 2 type inverter on grid yang saat ini banyak di pasaran yaitu string inverter dan central inverter. string inverter memiliki kapasitas yang lebih kecil dibandingkan central inverter, string inverter umumnya (yang ada di pasaran saat ini) memiliki kapasitas <60 kW sedangkan central inverter memiliki kapasitas >100 kW.
3. Transformer dan Switchgear* (untuk interkoneksi di atas level TR)
Pada sistem PLTS On Grid skala besar dibutuhkan transformer untuk menaikan level tegangan dari keluaran inverter 380/400 Volt (3 phase) ke level tegangan yang lebih tinggi (20 kV atau diatasnya). Namun untuk skala kecil transformer tidak diperlukan, koneksi ke jaringan bisa dilakukan pada tegangan 380/400 V (3 phasa) ataupun 220 V (1 phasa). Switchgear dibutuhkan pada PLTS skala besar sebagai fungsi proteksi sistem PLTS dari grid.
Daftar Pustaka
Timotius Chris, Ratnata I Wayan, Mulyadi Yadi, Mulyana Elih, (2009), Perancangan dan Pembuatan Listrik Tenaga Surya, Laporan Penelitian Hibah Kompetitif, Perancangan dan Pembuatan Pembangkit Listrik Tenaga Surya.
Solarex, 1996, Discover The Newest World Power, Frederick Court, Maryland USA.
Hidayat, Atep Afia dan Muhammad Kholil, 2017, Kimia Industri dan Teknologi Hijau, Pantona Media Jakarta.
mantab son
BalasHapus