Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)

Gambar 1. Ilustrasi Pemanfaatan Sinar Matahari

Sekarang ini, pemanfaatan sinar matahari untuk diubah menjadi energi listrik sudah banyak diterapkan di seluruh penjuru Indonesia. Di perkotaan maupun pedesaan, di daerah yang sudah terjangkau listrik PLN maupun yang belum, di pulau besar maupun pulau terpencil, tempat-tempat tersebut sudah banyak tersentuh pemanfaatan sinar matahari. Beberapa contoh pemanfaatan tersebut adalah untuk lampu lalu lintas, pengangkatan air serta penerangan. Pemanfaatan sinar matahari untuk diubah menjadi energi listrik tersebut biasanya menggunakan serangkaian teknologi yang disebut Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). Dalam artikel ini akan disampaikan mengenai komponen-komponen PLTS.

Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) adalah pembangkit listrik yang memanfaatkan sinar matahari sebagai penghasil listrik. Komponen inti dari sistem PLTS meliputi: modul surya, solar charge controler, baterai, inverter dan beban. Gambar berikut menunjukkan bagian-bagian dari PLTS.

Gambar 2. Bagian-Bagian PLTS

Sel Surya

           Sel surya merupakan komponen yang sangat penting dalam sistem PLTS. Komponen ini berfungsi sebagai 'pemanen energi matahari'. Sel surya berfungsi untuk mengubah energi surya menjadi energi listrik. Fenomena fisika dari sel surya sangat mirip dengan dioda klasik (fenomena pn junction). Ketika sel surya atau biasa disebut dengan photovoltaic (PV) menyerap cahaya matahari, energi foton yang diserap kemudian dipindahkan ke sistem proton-elektron bahan, membentuk pembawa muatan yang dipisahkan oleh sambungan. Pembawa muatan dapat berupa pasangan elektron-ion pada cairan elektrolit atau pasangan elektron-hole pada bahan semikonduktor padat. Sisa daya foton yang tidak digunakan pembawa muatan akan menjadi panas dan hilang ke lingkungan.

Cahaya matahari ketika mengenai sel surya akan mengalami beberapa kondisi seperti ditunjukkan pada gambar berikut, yaitu:

1.   Cahaya matahari dipantulkan atau diserap oleh lapisan logam pada permukaan sel  surya.

2.      Dipantulkan oleh permukaan sel surya.

3.      Diserap oleh lapisan silikon.

4.      Dipantulkan keluar oleh lapisan bagian dalam sel surya.

5.      Diserap oleh lapisan silikon setelah dipantulkan.

6.      Diserap oleh lapisan logam bagian dalam.

Gambar 3. Perlakuan Sel Surya Terhadap Cahaya Matahari

Cahaya matahari yang diubah menjadi listrik hanya yang diserap oleh lapisan silikon sedangkan yang lain akan terbuang dalam bentuk pantulan maupun panas. Dalam pemilihan modul sel surya, hendaknya memilih yang memiliki lapisan silikon yang luas untuk lebih memaksimalkan dalam penangkapan cahaya matari dan mengubahnya menjadi listrik.

Sel surya sangat jarang digunakan sendiri. Biasanya, beberapa sel surya yang memiliki karakteristik yang sama saling dihubungkan untuk membentuk modul surya. Kemudian, beberapa modul surya disusun untuk membentuk panel surya. 

Gambar 4. Sel Surya, Modul, dan Susunan Panel Surya

Solar Charge Controller

Solar Charge Controller adalah peralatan elektronik yang digunakan untuk mengatur banyak sedikitnya arus searah yang masuk ke baterai dan juga menagmbil arus dari baterai ke beban. Selain itu, Solar Charge Controller juga berfungsi mencegah baterai dari overcharge dan kelebihan tegangan dari modul surya. Kelebihan voltase pada baterai akan mengurangi umur baterai. Charge controller menerapkan teknologi pulse width modulation (PWM) untuk mengatur fungsi pengisian baterai dan pembebasan arus dari baterai ke beban. Modul surya 12 volt umumnya memiliki tegangan output 16–21 volt. Jadi, tanpa solar charge controller, baterai akan rusak oleh overcharging dan ketidakstabilan tegangan. Baterai umumnya di-charge pada tegangan 14-14.7 Volt. Beberapa fungsi detail dari solar charge controller adalah sebagai berikut.

Baterai

Baterai berfungsi untuk menyimpan daya yang dihasilkan oleh panel surya yang tidak segera digunakan oleh beban. Daya yang disimpan dapat digunakan saat periode radiasi matahari rendah atau pada malam hari. Baterai menyimpan listrik dalam bentuk daya kimia. Baterai memiliki dua tujuan penting dalam sistem PLTS, yaitu untuk memberikan daya listrik kepada sistem ketika daya tidak disediakan oleh panel surya serta untuk menyimpan kelebihan daya yang dihasilkan oleh panel surya.

Inverter             

Sistem tenaga surya mengubah radiasi surya menjadi arus listrik searah (DC). Inverter dibutuhkan untuk mengubah arus searah menjadi arus bolak-balik (AC), jika beban membutuhkan arus listrik bolak-balik. Tegangan masukan DC pada inverter adalah tegangan yang sama dengan tegangan baterai dan tegangan keluaran panel surya. Tegangan masukan DC pada inverter biasanya disebut dengan tegangan sistem yang bernilai 12 V, 24 V atau 48 V. Tegangan yang lebih tinggi akan membutuhkan arus listrik yang lebih rendah. Hal ini mampu mengurangi kehilangan daya pada kabel.

Beban

          Beban yang digunakan dalam sistem PLTS dibagi menjadi dua, yaitu beban direct current (DC) dan alternating current (AC). Beban DC merupakan beban yang menggunakan arus searah dalam pengoperasiannya. Contoh dari beban DC adalah lampu DC dan pompa DC. Sementara, beban AC merupakan beban yang memanfaatkan arus bolak-balik dalam pengoperasiaannya. Contoh beban AC adalah kulkas, lampu AC dan mesin pembuat es balok. Beban AC memanfaatkan arus yang keluar dari inverter untuk beroperasi.