MATERI PJJ MINGGU KE 4 ( 01 Februari - 06 Februari 2021 )

 

1. PETUNJUK UMUM

Awali setiap aktivitas pembelajaran pada semester 6 ini dengan berdoa kepada Allah SWT, pada pertemuan yang ke 4 ini kita akan belajar tentang Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS), tugas yang harus siswa dan siswi lakukan adalah melakukan absensi secara online terlebih dahulu, kemudian silahkan membaca materi dan membuat ringkasan materi  pada buku tulis masing-masing.  demikian petunjuk pembelajaran jarak jauh ini kami sampaikan dan selamat berlajar tetap semangat dan sehat selalu.

2. ABSENSI ONLINE

Silahkan klik tautan berikut ini sebagai bukti siswa dan siswi sekalian mengikuti pembelajaran jarak jauh secara online untuk mata diklat Penerapan Rangkaian Elektronika !

Berikut Link Absensinya : https://bit.ly/Absensi_PRE

3. MATERI PEMBELAJARAN PLTS

II.1. Sejarah Solar Cell

          Tenaga listrik dari cahaya matahari pertama kali ditemukan oleh Alexandre – Edmund Becquerel seorang ahli fisika Perancis pada tahun 1839. Temuannya ini merupakan cikal bakal teknologi solar cell. Percobaannya dilakukan dengan menyinari 2 elektrode dengan berbagai macam cahaya. Elektrode tersebut di balut (coated) dengan bahan yang sensitif terhadapcahaya, yaitu AgCl dan AgBr dan dilakukan pada kotak hitam yang dikelilingi dengan campuran asam. Dalam percobaanya ternyata tenaga listrik meningkat manakala intensitascahaya meningkat. Selanjutnya penelitian dari Bacquerel dilanjutkan oleh peneliti-peneliti lain. Tahun 1873 seorang insinyur Inggris Willoughby Smith menemukan Selenium sebagai suatu elemen photo conductivity. Kemudian tahun 1876, William Grylls dan Richard Evans Day membuktikan bahwa Selenium menghasilkan arus listrik apabila disinari dengan cahaya matahari. Hasil penemuan mereka menyatakan bahwa Selenium dapat mengubah tenaga matahari secara langsung menjadi listrik tanpa ada bagian bergerak atau panas. Sehingga disimpulkan bahwa solar cell sangat tidak efisien dan tidak dapat digunakan untuk menggerakkan peralatan listrik.
    Tahun 1894 Charles Fritts membuat Solar Cell pertama yang sesungguhnya yaitu suatu bahan semi conductor (selenium) dibalut dengan lapisan tipis emas. Tingkat efisiensi yang dicapai baru 1% sehingga belum juga dapat dipakai sebagai sumber energi, namun kemudian dipakai sebagai sensor cahaya. Tahun 1905 Albert Einstein mempublikasikan tulisannya mengenai photoelectric effect. Tulisannya ini mengungkapkan bahwa cahaya terdiri dari paket-paket atau “quanta of energi” yang sekarang ini lazim disebut “photon.” Teorinya ini sangat sederhana tetapi revolusioner. Kemudian tahun 1916 pendapat Einstein mengenai photoelectric effect dibuktikan oleh percobaan Robert Andrew Millikan seorang ahli fisika berkebangsaan Amerika dan ia mendapatkan Nobel Prize untuk karya photoelectric effect. Tahun 1923 Albert Einstein akhirnya juga mendapatkan Nobel Prize untuk teorinya yang menerangkan photoelectric effect yang dipublikasikan 18 tahun sebelumnya.
        Hingga tahun 1980 an efisiensi dari hasil penelitian terhadap solar cell masih sangat rendah sehingga belum dapat digunakan sebagai sumber daya listrik. Tahun 1982, Hans Tholstrup seorang Australia mengendarai mobil bertenaga surya pertama untuk jarak 4000 km dalam waktu 20 hari dengan kecepatan maksimum 72 km/jam. Tahun 1985 University of South Wales Australia memecahkan rekor efisiensi solar cell mencapai 20% dibawah kondisi satu cahaya matahari. Tahun 2007 University of Delaware berhasil menemukan solar cell technology yang efisiensinya mencapai 42.8% Hal ini merupakan rekor terbaru untuk “thin film photovoltaicsolar cell.” Perkembangan dalam riset solar cell telah mendorong komersialisasi dan produksi solar cell untuk penggunaannya sebagai sumber daya listrik.

 

II.2. Prinsip Kerja Solar Cell

            Sel surya adalah dioda semikonduktor yang dapat mengubah cahaya menjadi listrik dan merupakan komponen utama dalam sistem PLTS.

Gambar Sel Surya sebagai Komponen Utama PLTS

Selain terdiri atas modul-modul sel surya, komponen lain dalam sistem PLTS adalah Balance of System (BOS) berupa inverter dan kontroller. PLTS sering dilengkapi dengan batere sebagai penyimpan daya, sehingga PLTS dapat tetap memasok daya listrik ketika tidak ada cahaya matahari.

Pembangkitan energi listrik pada sel surya terjadi berdasarkan efek fotolistrik, atau disebut juga efek fotovoltaik, yaitu efek yang terjadi akibat foton dengan panjang gelombang tertentu yang jika energinya lebih besar daripada energi ambang semikonduktor, maka akan diserap oleh elektron sehingga elektron berpindah dari pita valensi (N) menuju pita konduksi (P) dan meninggalkan hole pada pita valensi, selanjutnya dua buah muatan, yaitu pasangan elektron-hole, dibangkitkan. Aliran elektron-hole yang terjadi apabila dihubungkan ke beban listrik melalui penghantar akan menghasilkan arus listrik.

Apakah pada kalkulator bertenaga surya atau stasiun ruang angkasa internasional, panel surya (solar panel) yang digunakan menghasilkan listrik menggunakan prinsip yang relatif sama. Elemen dasar panel surya adalah unsur yang juga digunakan untuk menciptakan revolusi komputer yaitu silikon murni. Ketika dilucuti dari semua pengotor, silikon menjadi sebuah platform netral yang ideal untuk transmisi elektron. Atom silikon memiliki tempat untuk delapan elektron dalam kulit terluarnya, tetapi hanya membawa empat elektron dalam keadaan alami.

Ini berarti terdapat tempat bagi empat elektron lagi. Jika salah satu atom silikon kontak dengan atom silikon lain, masing-masing atom akan menerima empat elektron dari atom lain. Kondisi ini akan menciptakan ikatan yang kuat, tetapi tidak ada muatan positif atau negatif karena delapan elektron memenuhi kebutuhan atom silikon yang berikatan. Atom silikon dapat saling terikat dalam waktu lama untuk menghasilkan lempeng besar silikon murni yang antara lain digunakan sebagai bahan panel surya. Dua lempeng silikon murni tidak akan menghasilkan listrik karena tidak memiliki muatan positif atau negatif.

Panel surya dibuat dengan menggabungkan silikon dengan unsur-unsur lain yang memiliki muatan positif atau negatif. Fosfor, misalnya, memiliki lima elektron yang bisa ditawarkan ke atom lain. Jika digabungkan secara kimia, silikon dan fosfor akan menghasilkan delapan elektron stabil dengan masih memiliki satu elektron bebas. Elektron bebas ini tidak bisa pergi karena terikat pada atom fosfor, namun tidak diperlukan oleh silikon. Oleh karena itu, lempeng silikon-fosfor ini lantas bermuatan negatif.

Namun, agar listrik mengalir, muatan positif juga harus tersedia. Hal ini dicapai dengan menggabungkan silikon dengan unsur seperti boron, yang hanya memiliki tiga elektron untuk ditawarkan. Sebuah lempeng paduan silikon-boron masih memiliki satu tempat tersisa untuk elektron lain. Ini berarti lempeng tersebut memiliki muatan positif. Dua lempeng negatif dan positif diatas diletakkan berdekatan dalam panel surya, dengan kabel konduktif menghubungkan antar panel surya.

Lantas apa peran matahari? Sinar matahari memiliki banyak partikel energi yang berbeda, dengan salah satunya disebut foton. Pada panel surya, foton bertindak seperti palu. Ketika pelat negatif sel surya ditempatkan pada sudut yang tepat terhadap matahari, foton akan membombardir atom silikon-fosfor. Akhirnya, elektron ke-9 pada pelat silikon-fosfor menjadi bebas. Elektron bebas ini lantas ditarik oleh pelat silikon-boron untuk mengisi satu tempat kosong yang mereka miliki.

Seiring foton memutus lebih banyak elektron, listrik lantas dihasilkan. Listrik yang dihasilkan oleh satu sel surya mungkin tidak mengesankan, tetapi ketika banyak panel surya saling dihubungkan, listrik yang dihasilkannya cukup untuk menghidupkan motor atau peralatan elektronik lainnya. Salah satu kendala utama panel surya adalah hanya sejumlah kecil listrik yang bisa dihasilkan dibandingkan dengan ukurannya.

Kalkulator mungkin hanya memerlukan sel surya tunggal, tetapi mobil bertenaga surya akan membutuhkan beberapa ribu. Jika sudut panel surya berubah sedikit saja, efisiensi bisa turun hingga 50 persen.

Sebenarnya, sebagian daya dari panel surya dapat disimpan dalam baterai, tetapi biasanya tidak banyak kelebihan daya yang tersisa. Selain menyediakan foton, sinar matahari juga memancarkan sinar ultraviolet dan gelombang inframerah yang bisa merusak panel surya. Panel surya yang terpapar cuaca juga akan mengalami penurunan kinerja dan bisa mempengaruhi efisiensi.

 

II.3. Komponen Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Untuk instalasi listrik tenaga surya sebagai pembangkit listrik, diperlukan komponen sebagai berikut:

1. Panel Surya (Solar Cell)

Solar panel mengkonversikan tenaga matahari menjadi listrik. Sel silikon (disebut juga solar cells) yang disinari matahari/ surya, membuat photon yang menghasilkan arus listrik. Sebuah solar cells menghasilkan kurang lebih tegangan 0.5 Volt. Jadi sebuah panel surya 12 Volt terdiri dari kurang lebih 36 sel (untuk menghasilkan 17 Volt tegangan maksimun)

Apa arti Solar Cell 50 WP ?
Solar cell 50 wp artinya solar cell tersebut mempunyai 50 watt peak ( pada saat matahari terik )
Peak 1 hari di asumsikan 4,5 jam (hitungan aman adalah 4 jam)
sehingga 50 x 4,5 = 225 watt hour / day
itu kapasitas maksimal untuk pemakaian 1 hari.

 

Contoh
Total penggunaan daya per day adalah 225 watt hour
Lampu teras 5 watt x 12 jam = 60 watt hour/ day
Lampu kamar tidur 11 watt x 5 jam = 55 watt hour hour / day
Lampu ruang tamu 11 watt x 5 jam = 65 watt hour / day
Lampu kamar mandi 5 watt x 4 jam = 20 watt hour / day
—————————
total = 200 watt / day

masih ada sisa 225 – 200 = 25 watt / day

 

2. Charge Control

Cara kerja charger controller

Pada waktu solar panel mendapatkan energy dari cahaya matahari di siang hari, rangkaian charger controller ini otomatis bekerja dan mengisi (charge ) battery dan menjaga tegangan battery agar tetap stabil .

Contoh.

Bila kita menggunakan battery 12V, maka rangkaian ini akan menjaga agar tegangan charger 12 10% , tegangan charger yang di butuhkan antara 13,2 – 13,4 Volt.

dan bila sudah mencapai tegangan tersebut, rangkaian ini otomatis akan menghentikan proses pengisian battery tersebut.

Sebaliknya apabila tegangan battery turun / drop hingga 11 Volt , maka controller akan memutus tegangan sehingga battery tidak sampai habis.

Secara keseluruhan Fungsi dari Controller ini yaitu dapat menjaga agar battery tidak kelebihan (over charger) dan kehabisan tegangan (under charger) dengan begitu maka umur dari battery  bertambah lama. 

 3. Battery

Fungsi battery adalah sebagai tempat untuk menyimpan daya (power storage).

Untuk battery yang digunakan sebaiknya menggunakan battery gel atau yang selama ini kita kenal dengan istilah battery kering.

Battery gel ini adalah yang paling direkomendasikan untuk digunakan pada applikasi solar system. Kelemahannya adalah harganya yang mahal. 

3. Inverter / Converter (Optional)

 

adalah perangkat elektrik yang mengkonversikan tegangan searah (DC - direct current) menjadi tegangan bolak balik (AC - alternating current).

Alat ini tidak diperlukan untuk beban yang hanya membutuhkan tegangan searah.