DAYA DAN ENERGI LISTRIK ENERGI SURYA SEBAGAI PEMBANGKIT ENERGI LISTRIK Tugas dibuat dalam rangka mengikuti mata kuliah fisika terapan Oleh Nama : Rizqa Alfiana NIM : 21060113060051 Jurusan Teknik Elektro Program Diploma III Teknik Elektro Universitas Diponegoro Semarang 2013 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL KATA PENGANTAR ............................................................................................................. II DAFTAR ISI .......................................................................................................................... III BAB I PENDAHULUAN 1. Latar Belakang Masalah ............................................................................................... 1 2. Maksud dan Tujuan ...................................................................................................... 2 3. Pembatasan Masalah .................................................................................................... 2 BAB II PEMBAHASAN 1. Dasar Teori .................................................................................................................. 3 2. Penerapan Teori dalam Kehidupan ............................................................................. 7 BAB III PENUTUP 1. Kesimpulan ................................................................................................................... 9 2. Daftar Pusaka .................................................................................. ............................ 9 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah dengan judul “Energi Surya Sebagai Energi Listrik”. Dalam makalah ini, penulis membahas tentang Daya dan Energi listrik. Pembuatan makalah ini bertujuan agar para pembaca dapat memahami dengan baik tentang Daya dan Energi listrik serta memahami penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. Pada kesempatan kali ini, penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada Bapak Dr. Drs. Iman Setiono, Msi selaku dosen wali sekaligus dosen mata kuliah Fisika Terapan yang telah membimbing penulis menyelesiakn makalah ini, serta teman-teman dan pihak-pihak yang telah turut membantu penyelesaian makalah ini. Dalam penulisan makalah ini, penulis menyadari bahwa makalah ini masih terdapat kesalahan. Oleh karena itu, penulis sebelumnya mohon maaf atas kesalahan-kesalahan tersebut. Penulis tentunya juga sangat mengharapkan saran-saran yang bersifat membangun dari semua pihak. Penulis berharap semoga makalah ini berguna dan mendatangkan manfaat bagi pembaca. Semarang, 28 September 2013 Penulis BAB I PENDAHULUAN 1. LATAR BELAKANG MASALAH Di masa yang semakin berkembang ini, semakin banyak pula kebutuhan dan tuntutan yang sering muncul dalam keseharian. Dalam bidang kelistrikan misalnya. Setiap manusia pasti memerlukan listrik untuk melancarkan kegiatan sehari-hari yang tidak ada habisnya dan selalu berjalan terus menerus. Seperti penggunaan lampu, setrika, mesin cuci, kulkas, kipas angin, dan lain sebagainya. Peralatan elektronik itulah yang membutuhkan adanya energi listrik disetiap penggunaannya. Oleh karena itu, manusia pasti membutuhkan listrik yang selalu ada ketika akan menggunakannya. Sering diketemukan pemadaman listrik yang datang secara tiba-tiba tanpa mengenal waktu dan lamanya listrik itu padam. Inilah yang sangat mengganggu keberlangsungan aktivitas manusia. Pemanfaatan energi surya menjadi energi listrik adalah sebuah sistem yang ramah lingkungan. Sistem ini dinamakan sel surya. Tetapi penggunaan sistem ini masih sedikit penggunaannya karena membutuhkan perangkat yang cukup rumit, sehingga memerlukan biaya yang cukup besar. Di negara ini memiliki banyak energi matahari yang dihasilkan setiap harinya. Apalagi dimusim kemarau panjang yang datang sekitar bulan April-Oktober tiap tahunnya, pasti menghasilkan energi matahari yang berlebih. Energi matahari yang didapatkan akan diserap dan disimpan. Sehingga ketika pada malam hari terjadi pemadaman listrik, lampu atau alat listrik lainnya yang dihubungkan dengan sistem ini akan tetap menyala secara otomatis. Di Indonesia belum banyak menggunaan sistem ini. Sebagai contoh di kota Semarang. Di Semarang telah menggunakan sel surya sebagai energi listrik pengganti ketika terjadi pemadaman listrik. Tetapi sel surya ini masih digunakan dalam skala kecil, seperti lampu penerangan di jalan raya. Dalam upaya penggunaan energi surya menjadi energi listrik ini, masih banyak kelemahan dan kekurangan yang harus diperbaiki, agar menghasilkan energi listrik maksimal dengan biaya minimal. Makalah ini akan membahas tentang dasar teori dan penerapan sel surya tersebut. 2. MAKSUD DAN TUJUAN Hal-hal yang menjadi tujuan dalam pembuatan makalah ini adalah : 1. Memahami materi dari mata kuliah fisika terapan tentang Daya dan Energi Listrik. 2. Mengetahui contoh penerapan materi tersebut dalam kehidupan sehari-hari. 3. Mengetahui prinsip kerja dari Sel Surya. 4. Memenuhi tugas akademis dalam menempuh pendidikan Diploma III di Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro. 3. PEMBATASAN MASALAH Makalah ini difokuskan pada pembahasan prinsip kerja dari salah satu contoh penerapan materi Daya dan Energi Listrik dalam mata kuliah Fisika Terapan, yaitu Sel Surya. BAB II PEMBAHASAN 1. DASAR TEORI Sel surya bisa disebut sebagai pemeran utama untuk memaksimalkan potensi sangat besar energi cahaya matahari yang sampai ke bumi, walaupun selain dipergunakan untuk menghasilkan listrik, energi dari matahari juga bisa dimaksimalkan energi panasnya melalui sistem solar thermal. Sel surya dapat dianalogikan sebagai divais dengan dua terminal atau sambungan, dimana saat kondisi gelap atau tidak cukup cahaya berfungsi seperti dioda, dan saat disinari dengan cahaya matahari dapat menghasilkan tegangan. Ketika disinari, umumnya satu sel surya komersial menghasilkan tegangan dc sebesar 0,5 sampai 1 volt, dan arus short-circuit dalam skala milliampere per cm2. Besar tegangan dan arus ini tidak cukup untuk berbagai aplikasi, sehingga umumnya sejumlah sel surya disusun secara seri membentuk modul surya. Satu modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya, dan total menghasilkan tegangan dc sebesar 12 V dalam kondisi penyinaran standar. Modul surya tersebut bisa digabungkan secara paralel atau seri untuk memperbesar total tegangan dan arus outputnya sesuai dengan daya yang dibutuhkan untuk aplikasi tertentu. Gambar dibawah menunjukan ilustrasi dari modul surya. Cahaya matahari terdiri atas foton atau partikel energi surya, dimana foton inilah yang dikonversi menjadi energi listrik. Foton-foton mengandung energi yang bervariasi menurut panjang gelombangnya. Energi foton yang diserap oleh sel surya diserahkan sebagian atau seluruhnya kepada elektron di dalam sel surya. Dengan adanya energi baru ini maka elektron mampu lepas dari posisi normalnya terhadap atom sehingga menjadi arus dalam suatu sirkuit listrik. foton dipantulkan Sel surya, terdiri atas semikonduktor diserap dimana elektron akan terlepas karena adanya energi dari foton, menjadi listrik. Gambar 1. Proses terjadinya energi listrik dari tenaga surya energi Gambar 2. Skema instalasi Sel surya Proses kerja sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya ini dengan menggunakan Grid-Connected panel sel surya Photovoltaic untuk perumahan. Modul sel surya Photovoltaic merubah energi surya menjadi arus listrik DC. Arus listrik DC yang dihasilkan ini akan dialirkan melalui suatu inverter (pengatur tenaga) yang merubahnya menjadi arus listrik AC, dan juga dengan otomatis akan mengatur seluruh sistem. Listrik AC akan didistribusikan melalui suatu panel distribusi indoor yang akan mengalirkan listrik sesuai yang dibutuhkan peralatan listrik. Bahan sel surya sendiri terdiri kaca pelindung dan material adhesive transparan yang melindungi bahan sel surya dari keadaan lingkungan, material anti-refleksi untuk menyerap lebih banyak cahaya dan mengurangi jumlah cahaya yang dipantulkan, semikonduktor P-type dan N-type untuk menghasilkan medan listrik, saluran awal dan akhir untuk mengirim elektron ke perabot listrik. Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu junction antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar. Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron (muatan negatif) sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole (muatan positif) dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk mendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom fosfor. Ilustrasi dibawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Junction antara semikonduktor tipe-p (kelebihan hole) dan tipe-n (kelebihan elektron). (Gambar : eere.energy.gov) Peran dari p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron (dan hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang mana ketika cahaya matahari mengenai susuna p-n junction ini maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya hole bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang, seperti diilustrasikan pada gambar dibawah. Ilustrasi cara kerja sel surya dengan prinsip p-n junction. (Gambar : sun-nrg.org) 2. PENERAPAN TEORI DALAM KEHIDUPAN Seperti yang telah diketahui, harga minyak dunia saat ini telah meroket menembus diatas US$ 110 dolar amerika, sehingga hal itu dapat sangat memberatkan untuk di subsidi. Salah satu program kerja yang gencar dicanangkan pemerintah untuk saat ini dalam inisiatif pengurangan ketergantungan energi terhadap sumber energi fosil seperti fosil adalah dengan lebih mengoptimalkan sumber daya alam lainnya yang lebih ramah lingkungan, salah satunya adalah sel surya yang bersumber pada sinar matahari. Dalam proses itu sel surya menghasilkan tegangan 0,5-1 volt tergantung intensitas cahaya dan zat semikonduktor yang dipakai. Sementara itu intensitas energi yang terkandung dalam sinar matahari yang sampai ke permukaan bumi besarnya sekitar 1000 Watt. Tapi karena daya guna konversi energi radiasi menjadi energi listrik berdasarkan efek fotovoltaik baru mencapai 25 maka lowongan kemungkinan produksi listrik maksimal yang dihasilkan sel surya baru mencapai 250 Watt per m2. Jadi disini dapat didefinisikan bahwa sel energi surya atau sel surya (solar cell) adalah piranti elektronika yang dapat mengubah cahaya (matahari) menjadi tagangan listrik atau energi listrik, fenomena ini dikenal dengan efek fotovoltaik. Sebagai negara tropis, Indonesia mempunyai potensi energi surya yang cukup besar. Berdasarkan data penyinaran matahari yang dihimpun dari 18 lokasi di Indonesia, radiasi surya di Indonesia dapat diklasifikasikan berturutturut sebagai berikut: untuk kawasan barat dan timur Indonesia dengan distribusi penyinaran di Kawasan Barat Indonesia (KBI) sekitar 4,5 kWh/m 2 /hari dengan variasi bulanan sekitar 10%; dan di Kawasan Timur Indonesia (KTI) sekitar 5,1 kWh/m 2 /hari dengan variasi bulanan sekitar 9%. Dengan demikian, potesi angin rata-rata Indonesia sekitar 4,8 kWh/m 2 /hari dengan variasi bulanan sekitar 9%. Untuk memanfaatkan potensi energi surya tersebut, ada 2 (dua) macam teknologi yang sudah diterapkan, yaitu teknologi energi surya termal dan energi surya fotovoltaik. Energi surya termal pada umumnya digunakan untuk memasak (kompor surya), mengeringkan hasil pertanian (perkebunan, perikanan, kehutanan, tanaman pangan) dan memanaskan air. Energi surya fotovoltaik digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik, pompa air, televisi, telekomunikasi, dan lemari pendingin di Puskesmas dengan kapasitas total ± 6 MW. BAB III PENUTUP 1. KESIMPULAN • Sel surya adalah sebuah alat semikonduktor yang dapat mengubah energi matahari menjadi energi listrik yang berguna. • Sel surya banyak digunakan di berbagai tempat, seperti di wilayah terpencil, satelit pengorbit bumi, kalkulator genggam, pompa air, dan pada atap gedung suatu perusahaan besar. • Proses kerja sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya ini dengan menggunakan Grid-Connected panel sel surya Photovoltaic. • Satu modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya, dan total menghasilkan tegangan dc sebesar 12 V dalam kondisi penyinaran standar. 2. DAFTAR PUSTAKA - Id.wikipedia.org - www.google.com - Teknologisurya.wordpress.com/dasar-teknologi-sel-surya/prinsip-kerja-sel-surya/ - http://galihdoff.blogspot.com/2011/03/energi-listrik-tenaga-surya.html - IGN. Nitya Santhiarsa, I Gusti Bagus Wijaya Kusuma. 2005. KAJIAN ENERGI SURYA UNTUK PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK. Bandung.
