PEMBANGKIT LISTRIK
TENAGA SURYA
1.
PENDAHULUAN
Kondisi
bumi kita kian lama kian mengenaskan karena tercemarnya lingkungan dari efek
rumah kaca (greenhouse effect) yang menyebabkan global warming, hujan asam,
rusaknya lapisan ozon hingga hilangnya hutan tropis. Semua jenis polusi itu rata-rata
akibat dari penggunaan bahan bakar fosil seperti minyak bumi, uranium,
plutonium, batu bara dan lainnya yang tiada hentinya. Padahal kita tahu bahwa
bahan bakar dari fosil tidak dapat diperbaharui, tidak seperti bahan bakar
non-fosil.
Dengan
kondisi yang sudah sedemikian memprihatinkan, gerakan hemat energi sudah
merupakan keharusan di seluruh dunia. Salah satunya dengan hemat bahan bakar
dan menggunakan bahan bakar dari non-fosil yang dapat diperbaharui seperti
tenaga angin, tenaga air, energi panas bumi, tenaga matahari, dan lainnya.
Duniapun sudah mulai merubah tren produksi dan penggunaan bahan bakarnya, dari
bahan bakar fosil beralih ke bahan bakar non-fosil, terutama tenaga surya yang
tidak terbatas. .
Sistem
Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) akan lebih diminati karena dapat
digunakan untuk keperluan apa saja dan di mana saja : bangunan besar, pabrik,
perumahan, dan lainnya. Selain persediaannya tanpa batas, tenaga surya nyaris
tanpa dampak buruk terhadap lingkungan dibandingkan bahan bakar lainnya.Di
negara-negara industri maju seperti Jepang, Amerika Serikat, dan beberapa
negara di Eropa dengan bantuan subsidi dari pemerintah telah diluncurkan
program-program untuk memasyarakatkan listrik tenaga surya ini. Tidak itu saja
di negara-negara sedang berkembang seperti India, Mongol promosi pemakaian
sumber energi yang dapat diperbaharui ini terus dilakukan. Untuk lebih
mengetahui apa itu pembangkit listrik tenaga surya atau kami singkat dengan
PLTS maka dalam tulisan ini akan dijelaskan secara singkat komponen-komponen
yang membentuk PLTS, sistim kelistrikan tenaga surya dan trend teknologi yang
ada.
2.
KONSEP KERJA SISTEM PLTS
Pembangkit
listrik tenaga surya itu konsepnya sederhana. Yaitu mengubah cahaya matahari
menjadi energi listrik. Cahaya matahari merupakan salah satu bentuk energi dari
sumber daya alam. Sumber daya alam matahari ini sudah banyak digunakan untuk
memasok daya listrik di satelit komunikasi melalui sel surya. Sel surya ini
dapat menghasilkan energi listrik dalam jumlah yang tidak terbatas langsung
diambil dari matahari, tanpa ada bagian yang berputar dan tidak memerlukan
bahan bakar. Sehingga sistem sel surya sering dikatakan bersih dan ramah
lingkungan. Badingkan dengan sebuah generator listrik, ada bagian yang berputar
dan memerlukan bahan bakar untuk dapat menghasilkan listrik. Suaranya bising.
Selain itu gas buang yang dihasilkan dapat menimbulkan efek gas rumah kaca
(green house gas) yang pengaruhnya dapat merusak ekosistem planet bumi kita.
Sistem
sel surya yang digunakan di permukaan bumi terdiri dari panel sel surya,
rangkaian kontroler pengisian (charge controller), dan aki (batere) 12 volt
yang maintenance free. Panel sel surya merupakan modul yang terdiri beberapa
sel surya yang digabung dalam hubungkan seri dan paralel tergantung ukuran dan
kapasitas yang diperlukan. Yang sering digunakan adalah modul sel surya 20 watt
atau 30 watt. Modul sel surya itu menghasilkan energi listrik yang proporsional
dengan luas permukaan panel yang terkena sinar matahari.
Rangkaian
kontroler pengisian aki dalam sistem sel surya itu merupakan rangkaian
elektronik yang mengatur proses pengisian akinya. Kontroler ini dapat mengatur
tegangan aki dalam selang tegangan 12 volt plus minus 10 persen. Bila tegangan
turun sampai 10,8 volt, maka kontroler akan mengisi aki dengan panel surya
sebagai sumber dayanya. Tentu saja proses pengisian itu akan terjadi bila
berlangsung pada saat ada cahaya matahari. Jika penurunan tegangan itu terjadi
pada malam hari, maka kontroler akan memutus pemasokan energi listrik. Setelah
proses pengisian itu berlangsung selama beberapa jam, tegangan aki itu akan
naik. Bila tegangan aki itu mencapai 13,2 volt, maka kontroler akan
menghentikan proses pengisian aki itu.
Rangkaian
kontroler pengisian itu sebenarnya mudah untuk dirakit sendiri. Tapi, biasanya
rangkaian kontroler ini sudah tersedia dalam keadaan jadi di pasaran. Memang
harga kontroler itu cukup mahal kalau dibeli sebagai unit tersendiri.
Kebanyakan sistem sel surya itu hanya dijual dalam bentuk paket lengkap yang
siap pakai. Jadi, sistem sel surya dalam bentuk paket lengkap itu jelas lebih
murah dibandingkan dengan bila merakit sendiri.
Biasanya
panel surya itu letakkan dengan posisi statis menghadap matahari. Padahal bumi
itu bergerak mengelilingi matahari. Orbit yang ditempuh bumi berbentuk elip
dengan matahari berada di salah satu titik fokusnya. Karena matahari bergerak
membentuk sudut selalu berubah, maka dengan posisi panel surya itu yang statis
itu tidak akan diperoleh energi listrik yang optimal. Agar dapat terserap
secara maksimum, maka sinar matahari itu harus diusahakan selalu jatuh tegak
lurus pada permukaan panel surya. Jadi, untuk mendapatkan energi listrik yang
optimal, sistem sel surya itu masih harus dilengkapi pula dengan rangkaian
kontroler optional untuk mengatur arah permukaan panel surya agar selalu
menghadap matahari sedemikian rupa sehingga sinar mahatari jatuh hampir tegak
lurus pada panel suryanya. Kontroler seperti ini dapat dibangun, misalnya, dengan
menggunakan mikrokontroler 8031. Kontroler ini tidak sederhana, karena terdiri
dari bagian perangkat keras dan bagian perangkat lunak. Biasanya, paket sistem
sel surya yang lengkap belum termasuk kontroler untuk menggerakkan panel surya
secara otomatis supaya sinar matahari jatuh tegak lurus. Karena itu, kontroler
macam ini cukup mahal.

Contoh PLTS Aplikasi
Mandiri
2.1.
PHOTOVOLTAIC
Cara
kerja sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya 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. Besar dan biaya konsumsi listrik yang dipakai di rumah akan
diukur oleh suatu Watt-Hour Meters.
Komponen
utama sistem surya fotovoltaik adalah modul yang merupakan unit rakitan
beberapa sel surya fotovoltaik. Untuk membuat modul fotovoltaik secara
pabrikasi bisa menggunakan teknologi kristal dan thin film. Modul fotovoltaik
kristal dapat dibuat dengan teknologi yang relatif sederhana, sedangkan untuk
membuat sel fotovoltaik diperlukan teknologi tinggi.
Modul
fotovoltaik tersusun dari beberapa sel fotovoltaik yang dihubungkan secara seri
dan paralel. Biaya yang dikeluarkan untuk membuat modul sel surya yaitu sebesar
60% dari biaya total. Jadi, jika modul sel surya itu bisa diproduksi di dalam
negeri berarti akan bisa menghemat biaya pembangunan PLTS. Untuk itulah, modul
pembuatan sel surya di Indonesia tahap pertama adalah membuat bingkai (frame), kemudian
membuat laminasi dengan sel-sel yang masih diimpor. Jika permintaan pasar
banyak maka pembuatan sel dilakukan di dalam negeri. Hal ini karena teknologi
pembuatan sel surya dengan bahan silikon single dan poly cristal secara
teoritis sudah dikuasai. Dalam bidang fotovoltaik yang digunakan pada PLTS,
Indonesia ternyata telah melewati tahapan penelitian dan pengembangan dan
sekarang menuju tahapan pelaksanaan dan instalasi untuk elektrifikasi untuk
pedesaan.
Teknologi
ini cukup canggih dan keuntungannya adalah harganya murah, bersih, mudah
dipasang dan dioperasikan dan mudah dirawat. Sedangkan kendala utama yang
dihadapi dalam pengembangan energi surya fotovoltaik adalah investasi awal yang
besar dan harga per kWh listrik yang dibangkitkan relatif tinggi, karena
memerlukan subsistem yang terdiri atas baterai, unit pengatur dan inverter
sesuai dengan kebutuhannya.

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, semi-konduktor P-type dan N-type (terbuat dari campuran Silikon)
untuk menghasilkan medan listrik, saluran awal dan saluran akhir (tebuat dari
logam tipis) untuk mengirim elektron ke perabot listrik.
Cara
kerja sel surya sendiri sebenarnya identik dengan piranti semikonduktor dioda.
Ketika cahaya bersentuhan dengan sel surya dan diserap oleh bahan
semi-konduktor, terjadi pelepasan elektron. Apabila elektron tersebut bisa
menempuh perjalanan menuju bahan semi-konduktor pada lapisan yang berbeda,
terjadi perubahan sigma gaya-gaya pada bahan. Gaya tolakan antar bahan
semi-konduktor, menyebabkan aliran medan listrik. Dan menyebabkan elektron
dapat disalurkan ke saluran awal dan akhir untuk digunakan pada perabot
listrik.
Fabrikasi
Photovoltaic
Gb.1.
PLTS di Rancho Seco
2.2.
Pemasangan PLTS
Selain
di tempat-tempat yang pemasangannya terpusat seperti di dua tempat diatas ada
ada juga sistem PLTS yang dipasang di tempat-tempat umum seperti gambar dibawah
ini. Selain itu ada juga pemasangan di parkir bandara dan lain sebagainya.
Gb.3. Sistem PLTS di
parkir umum
3.1.
Solar Module
Dalam
bagian ini akan dijelaskan secara singkat komponen utama PLTS yaitu solar
module. Setelah menjelaskannya, maka dilanjutkan dengan trend kedepan teknologi
yang berkaitan dengan solar module.
3.2
Apa itu solar cell?
Sebelum
membahas sistim pembangkit listrik tenaga surya, pertama-tama akan dijelaskan
secara singkat komponen penting dalam sistim ini yang berfungsi sebagai perubah
energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Listrik tenaga matahari dibangkitkan
oleh komponen yang disebut solar cell yang besarnya sekitar 10 ~ 15 cm persegi.
Komponen ini mengkonversikan energi dari cahaya matahari menjadi energi
listrik. Solar cell merupakan komponen vital yang umumnya terbuat dari bahan
semikonduktor. multicrystalline silicon adalah bahan yang paling banyak dipakai
dalam industri solar cell. Multicrystalline dan monocrystalline silicon
menghasilkan efisiensi yang relativ lebih tinggi daripada amorphous silicon.
Sedangkan amorphus silicon dipakai karena biaya yang relativ lebih rendah.
Selain dari bahan nonorganik diatas dipakai pula molekul-molekul organik
walaupun masih dalam tahap penelitian.Sebagai salah satu ukuran performansi
solar cell adalah efisiensi. Yaitu prosentasi perubahan energi cahaya matahari menjadi
energi listrik. Efisiensi dari solar cell yang sekarang diproduksi sangat
bervariasi. Monocrystalline silicon mempunyai efisiensi 12~15 %.
Multicrystalline silicon mempunyai efisiensi 10~13 %. Amorphous silicon
mempunyai efisiensi 6~9 %. Tetapi dengan penemuan metode-metode baru sekarang
efisiensi dari multicrystalline silicon dapat mencapai 16.0 % sedangkan
monocrystalline dapat mencapai lebih dari 17 %. Bahkan dalam satu konferensi
pada September 2000, perusahaan Sanyo mengumumkan bahwa mereka akan memproduksi
solar cell yang mempunyai efisiensi sebesar 20.7 %. Ini merupakan efisiensi
yang terbesar yang pernah dicapai.Tenaga listrik yang dihasilkan oleh satu
solar cell sangat kecil maka beberapa solar cell harus digabungkan sehingga
terbentuklah satuan komponen yang disebut module. Produk yang dikeluarkan oleh
industri-industri solar cell adalah dalam bentuk module ini.Pada applikasinya,
karena tenaga listrik yang dihasilkan oleh satu module masih cukup kecil
(rata-rata maksimum tenaga listrik yang dihasilkan 130 W) maka dalam
pemanfaatannya beberapa module digabungkan dan terbentuklah apa yang disebut
array. Sebagai contoh untuk menghasilkan listrik sebesar 3 kW dibutuhkan array
seluas kira-kira 20 ~ 30 meter persegi. Secara lebih jelas lagi, dengan memakai
module produksi Sharp yang bernomor seri NE-J130A yang mempunyai efisiensi
15.3% diperlukan luas 23.1m2 untuk menghasilkan listrik sebesar 3.00 kW.
Besarnya kapasitas PLTS yang ingin dipasang menambah luas area pemasangan.Untuk
lebih jelasnya, hirarki module dapat dilihat pada
3.3.1.
Building-integrated module
Selain dari pencarian bahan-bahan baru
untuk meningkatkan efisiensi module yang nantinya akan meningkatkan tenaga
listrik dengan luas yang sama, maka trend sekarang adalah memberikan nilai
tambah module itu dengan menjadikan module sebagai bagian dari bangunan yang
menambah keindahan bangunan tersebut dan menambah kenyamanan orang-orang yang
tinggal di dalamnya.Disamping akan mengurangi biaya karena tidak diperlukan
lagi biaya untuk pemasangan atap. Dari segi module sebagai komponen pembangkit
listrik tidak ada perubahan dalam performansi yang dituntut. Tetapi dari segi
module sebagai bahan bangunan maka diperlukan syarat-syarat tambahan, seperti
syarat kekuatan, daya tahan terhadap hujan, angin, petir dan gangguan luar
lainnya. Selain itu bagi para arsitektur syarat keindahan arsitektur juga
diperlukan. Gambar di bawah ini memperlihatkan contoh module yang dipakai juga
sebagai bahan atap bangunan. 
Gb. 3.2. Housing
roof-integrated module (sumber : JPEA)
3.3.2.
AC module
Seperti
yang telah diterangkan diatas module adalah komponen yang merubah energi cahaya
matahari menjadi energi listrik. Listrik yang dihasilkan adalah DC. Untuk dapat
dimanfaatkan lebih banyak lagi biasanya listrik DC ini dirubah menjadi AC.
Untuk diubah maka listrik DC dari beberapa module digabungkan dan dikonversikan
menjadi AC dengan alat yang disebut power conditioner. Karena menggabungkan
listrik dari beberapa module maka sistim pengkabelannnya menjadi rumit dan
kapasitas yang dibutuhkan dari power conditionernya pun menjadi besar.Untuk
mengatasi persoalan ini, maka sekarang dikembangkan apa yang disebut AC module.
Yaitu module yang langsung menghasilkan listrik AC. Secara prinsip tidak ada
perubahaan yang terjadi, tetapi secara teknologi diperlukan power conditioner
berskala kecil yang dapat dipasang di belakang module.Contoh power conditioner
yang sekarang banyak dipasarkan .
Gb. 3.3. Power
Conditioner JH40EK
Gb.
3.3. adalah produk dari Sharp yang dapat dihubungkan dengan 8~9 lembar module.
Berat dari alat ini adalah sebesar 25 kg.Dua trend diatas adalah lebih pada
pemberian nilai tambah module agar pemanfaatannya lebih luas lagi. Disamping
dua hal tadi untuk mendukung perkembangan agar makin memasyarakatnya Pembangkit
listrik tenaga surya maka dicari metode-metode baru untuk menurunkan biaya per
watt listrik yang dihasilkan
.

Seperti
terlihat dalam Gb. 3.4. bahwa biaya material tidak megalami penurunan yang
berarti walaupun jumlah produksinya makin bertambah. 3.4. Macam-macam Komponen
Modul Surya3.4.1. Macam-macam ModulMacam – macam Modul ini ada beberapa,
diantaranya ada yang dipasang secara Individual ataupun secara umum.
Dipasang
secara individual (Desentralisasi= Satu rumah satu paket pembangkit). Karenanya
cocok untuk program listrik rumah pedesaan (terpencil), dimana rumah satu
dengan lainnya berjauhan (akan sangat mahal jika listrik disalurkan melalui
jaringan kabel).
4.
SISTIM KELISTRIKAN PLTS
Dalam bagian ini akan dibahas tentang sistim kelistrikan tenaga
surya. Sebelumnya akan dijelaskan beberapa istilah yang muncul disini. Pertama
adalah power conditioner. Power conditioner telah dijelaskan secara sangat
singkat diatas, disini akan diterangkan sedikit lebih detail.Inti dari alat ini
adalah inverter. Yaitu komponen listrik yang berfungsi sebagai perubah listrik
DC menjadi listrik AC. Power conditioner selain berfungsi untuk menghasilkan
listrik AC yang bersih juga mengkontrol agar tegangan keluarannya berada dalam
batas tegangan yang diperbolehkan. Beberapa fungsi lain power conditioner dapat
disimpulkan sebagai berikut :“sebagai switch yang mengontrol dimulainya dan
dihentikannya kerja sistim.”
4.4.1.
Mendeteksi islandingIslanding
Kondisi ketika terjadi pemutusan aliran listrik pada jaringan
distribusi yang dimiliki oleh perusahaan listrik sedangkan PLTS tetap bekerja.
Hal ini terjadi misalnya apabila timbul kerusakan pada jaringan distribusi listrik.
Bila ini terjadi akan membahayakan pekerja yang akan memperbaiki
kerusakan-kerusakan yang ada. Disini power conditioner berfungsi untuk
mendeteksi terjadinya islanding dan dengan segera menghentikan kerja
PLTS.
4.4.2.
Pengontrol maksimum tenaga listrik
Tenaga listrik yang dihasilkan oleh solar panel tergantung pada
suhu udara dan kuatnya cahaya. Pada suatu nilai suhu dan kuatnya cahaya,
hubungan antara tenaga, tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh solar
panel.Disini fungsi dari power conditioner adalah bagaimana mengontrol agar
tenaga listrik yang diproduksi menjadi maksimum. Hal ini disebut dengan istilah
MPPT (Maximum Power Point Tracking).
5. Pembagian
sistem PLTS Secara garis besar sistim kelistrikan
tenaga surya dapat dibagi menjadi :
5.1.Sistim
Terintegrasi
Sistim ini dapat diterangkan secara visual pada Gb.3.5. Seperti
terlihat pada gambar ini, listrik yang dihasilkan oleh array dirubah menjadi
listrik AC melalui power conditioner, lalu dialirkan ke AC load. AC load disini
dapat berupa listrik yang diperlukan di perumahan atau kantor. Yang menjadi
ciri utama dari sistim ini adalah dihubungkannya AC load ke jaringan distribusi
listrik yang dimiliki oleh perusahaan listrik. Jadi apabila listrik yang
dihasilkan oleh solar panel cukup banyak -melebihi yang dibutuhkan oleh AC
load- maka listrik tersebut dapat dialirkan ke jaringan distribusi yang ada.
Sebaliknya apabila listrik yang dihasilkan solar panel sedikit –kurang dari
kebutuhan ac load- maka kekurangan itu dapat diambil dari listrik yang
dihasilkan perusahaan listrik. Hal ini di banyak negara-negara industri maju
secara peraturan telah memungkinkan. 
Gb. 3.6 Contoh Sistim di Rumah
(sumber : Sharp Co.Ltd)Keterangan :
1. adalah solar panel; 2 adalah power conditioner ;3 adalah alat pendistribusi
listrik ;4 adalah alat pengukur banyaknya listrik yang dijual atau dibeli.
Keuntungan dari sistim ini adalah tidak diperlukan lagi battery.
Biaya battery dapat dikurangi. Selain dari itu bagi rumah atau kantor yang
memasang solar panel, mereka akan mendapatkan keuntungan dengan penjualan
listrik. Persoalan yang dihadapi sekarang adalah soal teknis. Karena terhubungi
dengan sistim distribusi, maka masalah keselamatan menjadi perhatian yang
utama.Dan salah satu dari pemecahannya adalah membuat power conditioner yang
mampu mendeteksi apabila terjadi kecelakaan dan mampu mengkontrol tegangan
apabila terjadi perubahan tegangan di AC load dan beberapa soal teknis yang
lain.
5.2. Sistim Independensi
Selain sistim terintegrasi yang diterangkan diatas terdapat pula
sistim independensi yang merupakan sistim yang selama ini banyak dipakai.
Seperti terlihat dalam gambar di bawah ini sistim independensi dapat dibagi
lagi yaitu yang dihubungkan dengan DC load dan yang dihubungkan dengan AC load.
Contoh dari sistim yang dihubungkan dengan dc load adalah
pembangkit listrik untuk peralatan komunikasi. Misalnya peralatan komunikasi
yang dipasang di pegunungan. Sedangkan yang dihubungakan dengan AC load adalah
sistim pembangkit listrik untuk pulau-pulau yang terpencil.Dalam sistim ini,
battery memainkan peranan yang sangat vital. Bila ada kelebihan listrik yang
dihasilkan, misalnya pada siang hari, listrik ini disimpan di battery. Dan pada
malam hari listrik yang disimpan ini dialirkan ke load.
Sistim seperti ini banyak dipakai di negara-negara berkembang
seperti contoh pada Gb. 3.8., Gb. 3.8 adalah sebuah contoh proyek di Mongol.
Yaitu proyek pemasangan pembangkit listrik untuk keperluan rumah sakit dan
lampu penerangan. Dalam gambar ini terlihat PLTS dikombinasikan dengan
pembangkit listrik tenaga angin. Kapasitas terpasang PLTS adalah 3.4 kW
sedangkan dari tenaga angin 1.8 kW
6.
Penutup
Di
atas telah dijelaskan secara singkat pembangkit listrik tenaga surya. Yang
diawali dengan penjelasan konsekomponen-kompp kerja PLTS dan komponen-komponen
yang mendukung dihasilkannya tenaga listrik. Kemudian dijelaskan juga sistim
kelistrikan tenaga surya. Dan terakhir target yang dapat dicapai dengan adanya
PLTS. Selain dari BIPV yaitu module yang dipasang di perumahan atau
bangunan-bangunan, sekarang juga telah dibahas kemungkinan pemasangan PLTS
berkapasitas sangat besar di satu wilayah tertentu. Hal ini dimungkinkan
misalnya pemasangan di negara-negara yang memiliki padang pasir.
Selain
itu yang menarik adalah beberapa hasil karya pemanfaatan tenaga listrik dari
cahaya matahari di negara-negara berkembang seperti India, Mongol,
negara-negara Eropa timur. Seperti hasil karya dari Mongol tentang pemasangan
PLTS bersekala kecil di rumah-rumah suku-suku yang tinggal di padang rumput
yang jauh dari jaringan listrik utama.