Makalah fisika panel surya
Transcript of Makalah fisika panel surya
Panel Surya Pembangkit Listrik Tenaga SuryaDalam Kehidupan Masyarakat Perikanan
UNTUK MEMENUHI TUGAS MATA KULIAH FISIKA DASAR
OLEH :
SAIFUL NUR S
14/369737/PN/13959
FAKULTAS PERTANIAN JURUSAN PERIKANAN
UNIVERSITAS GAJAH MADA
2014/2015
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kepada Allah SWT atas berkah dan rahmatnya,
kami bisa menyelesaikan tugas yang kami beri judul “Panel Surya Pembangkit Listrik
Tenaga Surya Dalam Kehidupan Masyarakat Perikanan”. Untuk memenuhi tugas pada
mata kuliah fisika dasar.
Pada kesempatan ini kami juga sampaikan terima kasih kepada pihak-pihak
yang telah membantu menyelesaikan makalah ini sehingga makalah ini dapat
terselesaikan tepat pada waktunya. Berbagai upaya telah kami lakukan untuk
menyajikan makalah ini dengan baik, namun kami menyadari masih terdapat
kekurangan dan mengharap kritik dan saran yang membangun.
Makalah ini kami susun berdasarkan peninjauan dan refrensi dari beberapa
sumber tertulis.
1. Kedua Orang Tua Wali yang memberi bantuan dan motivasi sehingga makalah ini
dapat terwujud
2. Teman-teman S1 Pertanian dan semua pihak yang telah membantu dalam
penyelesaian makalah ini.
Semoga bermanfaat bagi para pembaca dan kami menerima kritik dan saran
guna penyempurnaan makalah ini. Akhir kata, semoga makalah ini bermanfaat bagi
semuanya.
Yogyakarta, 07 September 2014
Saiful Nur S
i
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .i
DAFTAR ISI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .ii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
1.2 Rumusan Masalah. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
1.3 Tujuan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 1
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Apa yang dimaksud dengan panel surya ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
2.2 Prinsip kerja panel surya ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.3 Ilmu fisika yang diterapkan ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.4 Kelebihan dan kekurangan ? . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
BAB III PENUTUP
3.1 Kesimpulan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii
3.2 Saran. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . . . iv
DAFTAR PUSTAKA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .v
ii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Energi merupakan salah satu kebutuhan utama dalam kehidupan manusia.
Peningkatan kebutuhan energi dapat merupakan indikator peningkatan
kemakmuran, namun bersamaan dengan itu juga menimbulkan masalah dalam
usaha penyediaannya.
Kebutuhan energi dimasa sekarang semakin dibutuhkan banyak orang,
karena itu harus ada alternatif baru yang dapat menghasilkan energi ramah
lingkungan dan juga murah bagi para nelayan dekat pantai. Selain karena
keterbatasan sumberdaya energi solar juga karena terjadinya penurunan kualitas air
di laut yang di sebabkan oleh tumpahnya solar dari mesin perahu nelayan kecil
Pemakaian energi surya di Indonesia mempunyai prospek yang sangat baik,
mengingat bahwa secara geografis sebagai negara tropis, melintang garis
katulistiwa berpotensi energi surya yang sangat baik bahkan di laut.
1.2. Rumusan Masalah
1.2.1 Apa yang dimaksud dengan panel surya?
1.2.2 Prinsip kerja panel surya ?
1.2.3 Ilmu fisika yang diterapkan ?
1.2.4 Kelebihan dan kekurangan ?
1.3 Tujuan
1.3.1 Untuk memperkenalkan pada masyarakat tentang pengertian dari energi surya
1.3.2 Untuk menjelaskan prinsip kerja panel
1.3.3 Untuk menjelaskan ilmu fisika yang diterapkan dalam kehidupan
1.3.4 Untuk memberitahukan kelebihan dan kekurangan panel surya
1
BAB II
PEMBAHASAN
1. Pengertian panel suryaPanel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya
menjadi listrik. Mereka disebut surya atas Matahari atau "sol" karena Matahari
merupakan sumber cahaya terkuat yang dapat dimanfaatkan. Panel surya sering
kali disebut sel photovoltaic, photovoltaic dapat diartikan sebagai "cahaya-listrik".
Sel surya atau sel PV bergantung pada efek photovoltaic untuk menyerap energi
Matahari dan menyebabkan arus mengalir antara dua lapisan bermuatan yang
berlawanan.
Panel surya adalah perangkat rakitan sel-sel fotovoltaik yang mengkonversi
sinar matahari menjadi listrik. Ketika memproduksi panel surya, produsen harus
memastikan bahwa sel-sel surya saling terhubung secara elektrik antara satu
dengan yang lain pada sistem tersebut. Sel surya juga perlu dilindungi dari
kelembaban dan kerusakan mekanis karena hal ini dapat merusak efisiensi panel
surya secara signifikan, dan menurunkan masa pakai dari yang diharapkan.
2. Prinsip Kerja Panel SuryaSel surya adalah suatu komponen elektronika yang dapat mengubah energi
surya menjadi energi listrik dalam bentuk arus searah (DC) . Modul surya (fotovoltaic)
adalah sejumlah sel surya yang dirangkai secara seri dan paralel, untuk meningkatkan
tegangan dan arus yang dihasilkan sehingga cukup untuk pemakaian sistem catu daya
beban.
Untuk mendapatkan keluaran energi listrik yang maksimum maka permukaan
modul surya harus selalu mengarah ke matahari. Di Indonesia, energi listrik yang
optimum akan didapat apabila modul surya diarahkan dengan sudut kemiringan sebesar
lintang lokasi PLTS tersebut berada. Sebagai contoh, untuk daerah yang berada di
sebelah utara katulistiwa maka modul surya harus dihadapkan ke Selatan, dan
sebaliknya.
Selanjutnya energi listrik tersebut disimpan dalam Baterai. Baterai disini
berfungsi sebagai penyimpan energi listrik secara kimiawi pada siang hari dan
berfungsi sebagai catu daya listrik pada malam hari. Untuk menjaga kesetimbangan
energi di dalam baterai, diperlukan alat pengatur elektronik yang disebut Battery
Charge Regulator.
Alat ini berfungsi untuk mengatur tegangan maksimal dan minimal dari baterai
dan memberikan pengamanan terhadap sistem, yaitu proteksi terhadap pengisian
berlebih (overcharge) oleh penyinaran matahari, pemakaian berlebih (overdischarge)
oleh beban, mencegah terjadinya arus balik ke modul surya, melindungi terjadinya
hubung singkat pada beban listrik dan sebagai interkoneksi dari komponen-komponen
lainnya.
Skema proses pemanfaatan energi surya
RUMUS PANEL SURYA
Aa = E / (Iav x ηm)
n = Aa / Acm
P = n x Pm
Dimana: P = daya yang dibangkitkan oleh PLTS (W). ηm = efisiensi modul (%)
n = jumlah modul Aa = luas panel sel surya (m2)
Pm = daya maks sebuah modul (W) Acm = luas efektif sebuah modul (m2).
E = Energi (Wh)
Iav = intensitas cahaya ratarata (W/m2)
3. Penerapan Ilmu Fisika Gaya Gerak ListrikSecara sederhana, proses pembentukan gaya gerak listrik (GGL) pada sebuah
sel surya adalah sebagai berikut:
1. Foton dari cahaya matahari menumbuk panel surya kemudian diserap oleh
material semikonduktor seperti silikon.
2. Elektron (muatan negatif) terlempar keluar dari atomnya, sehingga mengalir
melalui material semikonduktor untuk menghasilkan listrik. Muatan positif
yang disebut hole (lubang) mengalir dengan arah yang berlawanan dengan
elektron pada panel surya silikon.
3. Gabungan/susunan beberapa panel surya mengubah energi surya menjadi
sumber daya listrik DC.
Ketika sebuah foton menumbuk sebuah lempeng silikon, salah satu dari tiga
proses kemungkinan terjadi, yaitu:
1. Foton dapat melewati silikon, biasanya terjadi pada foton dengan energi
rendah.
2. Foton dapat terpantulkan dari permukaan.
3. Foton tersebut dapat diserap oleh silikon yang kemudian:
a. Menghasilkan panas, atau
b. Menghasilkan pasangan elektron-lubang, jika energi foton lebih besar
daripada nilai celah pita silikon.
Ketika sebuah foton diserap, energinya diberikan ke elektron di lapisan kristal.
Biasanya elektron ini berada di pita valensi, dan terikat erat secara kovalen antara atom-
atom tetangganya sehingga tidak dapat bergerak jauh dengan leluasa. Energi yang
diberikan kepadanya oleh foton mengeksitasinya ke pita konduksi, dimana ia akan
bebas untuk bergerak dalam semikonduktor tersebut. Ikatan kovalen yang sebelumnya
terjadi pada elektron tadi menjadi kekurangan satu elektron; hal ini disebut hole
(lubang). Keberadaan ikatan kovalen yang hilang menjadikan elektron yang terikat
pada atom tetangga bergerak ke lubang, meniggalkan lubang lainnya, dan dengan jalan
ini sebuah lubang dapat bergerak melalui lapisan kristal. Jadi, dapat dikatakan bahwa
foton-foton yang diserap dalam semikonduktor membuat pasangan-pasangan elektron-
lubang yang dapat bergerak.
Sebuah foton hanya perlu memiliki energi lebih besar dari celah pita supaya
bisa mengeksitasi sebuah elektron dari pita valensi ke pita konduksi. Meskipun
demikian, spektrum frekuensi surya mendekati spektrum radiasi benda hitam (black
body) pada ~6000 K, dan oleh karena itu banyak radiasi surya yang mencapai Bumi
terdiri atas foton dengan energi lebih besar dari celah pita silikon. Foton dengan energi
yang cukup besar ini akan diserap oleh sel surya, tetapi perbedaan energi antara foton-
foton ini dengan celah pita silikon diubah menjadi kalor (melalui getaran lapisan kristal
yang disebut fonon) bukan dalam bentuk energi listrik yang dapat digunakan
selanjutnya.
Skema Sambungan P-NSel surya yang paling banyak dikenal dibentuk sebagai daerah luas sambungan
P-N yang dibuat dari silikon. Sebagai penyederhanaan, seseorang dapat dibayangkan
menempel selapis silikon tipe-n dengan selapis silikon tipe-p. Pada prakteknya,
sambungan P-N tidak dibuat seperti ini, tetapi dengan cara pendifusian pengotor tipe-n
ke satu sisi dari wafer tipe-p (atau sebaliknya).
Jika sebagian silikon tipe-p diletakkan berdekatan dengan sebagian silikon tipe-
n, maka akan terjadi difusi elektron dari daerah yang memiliki konsentrasi elektron
tinggi (sisi sambungan tipe-n) ke daerah dengan konsentrasi elektron rendah (sisi
sambungan tipe-p). Ketika elektron berdifusi melewati sambungan p-n, mereka
bergabung dengan lubang di sisi tipe-p. Difusi pembawa tidak terjadi tanpa batas
karena medan listrik yang dibuat oleh ketidakseimbangan muatan pada kedua sisi
sambungan yang dibuat oleh proses difusi ini. Medan listrik yang terbentuk sepanjang
sambungan p-n membuat sebuah dioda yang mengalirkan arus dalam satu arah
sepanjang sambungan. Elektron bisa bergerak dari sisi tipe-n ke sisi tipe-p, sedangkan
lubang dapat lewat dari sisi tipe-p ke sisi tipe-n. Daerah dimana elekron telah berdifusi
sepanjang sambungan ini disebut sebagai daerah deplesi karena ia tidak lagi
mengandung pembawa muatan bebas. Hal ini juga dikenal sebagai "space charge
region".
Aplikasi SESF Untuk Listrik Pedesaan Pantai
Salah satu pemanfaatan photovoltaic yang dapat langsung dipergunakan adalah
untuk penyediaan listrik pedesaan terutama pada kawasan terpencil yang sulit
dijangkau. Penerapan SESF dapat dilakukan dengan pemasangan sistim desentralisasi
menggunakan jaringan listrik lokal. Beberapa faktor penting yang mempengaruhi
pemilihan sistim diatas adalah topografi kawasan, distribusi lokasi perumahan,
karakteristik beban serta sistim pembiayaan yang diterapkan.
Berdasarkan hasil studi Direktorat Jenderal Listrik dan Pengembangan Energi
(DJLPE), konsumsi listrik rata-rata per-rumahtangga pemakai listrik di pedesaan (1994)
tercatat sekitar 64 kWh/tahun. Angka ini akan setara dengan konsumsi listrik sebesar
175 Wh/hari. Menggunakan angka-angka yang telah disajikan dimuka, modul
photovoltaic kapasitas 50 Wp dapat memberikan keluaran listrik rata-rata sebesar 200
Wh/hari. Maka, SESF dengan kapasitas 50 Wp diperkirakan cukup untuk memenuhi
konsumsi listrik pada para nelayan untuk berlayar dengan diesel listrik.
Tingkat ekonomis SESF sistem jaringan pada umumnya dapat diperbaiki
dengan penerapan sistem hibrida (hybrid system), yaitu mengkombinasikan SESF
dengan sistem pembangkit listrik dengan sumber energi terbarukan lain yang dapat
dikembangkan dikawasan tersebut (seperti : energi angin, mikrohidro, dan biomassa)
atau pembangkit listrik konvensional genset diesel untuk saling mendukung. Sistem ini
dinilai paling cocok untuk daerah pra-elektrifikasi (pre-electrified). Beban normal,
terutama pada siang hari dapat dipasok dari modul photovoltaic, sedangkan beban
puncak akan pulang dari pelayaran dapat ditanggulangi oleh kincir angin.
Dengan demikian pemakaian sistem disel dapat benar-benar dioptimalkan
sehingga keseluruhan sistem dapat bekerja efisien dan ekonomis. Pada wilayah yang
mempunyai potensi tenaga angin, peranan genset diesel dapat digantikan oleh
pembangkit listrik tenaga angin atau sumber energi terbarukan lainnya.
Contoh-contoh penerapan masa depan yang dapat dilihat seperti berikut :
1. KAPAL MENENGAH
Panel surya (photovoltaic arrays)
di atas yacht kecil di laut dapat mengisi
baterai 12 V sampai 9 Amp di cahaya
Matahari langsung dan penuh.
2. KAPAL MAJU
Seorang manusia memimpikan keliling dunia dengan menggunakan kapal laut.
Lalu dimulai sebuah proyek kapal laut bertenaga surya. Kapal laut tersebut panjangnya
31 meter dengan lebar 15 meter, dengan kecepatan 9 miles per jam. Di bagian atas
kapal terdapat 38500 solar cell atau solar panel seluas 500 meter bujursangkar. Dengan
solar panel tersebut energi listrik yang dihasilkan sama dengan 100 KW.
Konsep kapal adalah multihull, dan dapat
ditinggali oleh dua orang. Kapal tersebut
dibangun di galangan kapal Knierim Yacht Club
Kiel, Jerman, seharga 24 juta US Dollar. Kapal
bertenaga surya tersebut akan dinamai Planet
Solar, sesuai dengan nama organisasi yang
mendukungnya.
4. Keunggulan Dan Kelemahan Panel SuryaKeunggulan :
Panel surya memanfaatkan energi matahari dan matahari adalah bentuk energi paling berlimpah yang tersedia di planet kita. Panel surya mudah dipasang dan memiliki biaya pemeliharaan yang sangat rendah karena tidak ada bagian yang bergerak. Panel surya tidak memberikan kontribusi terhadap polusi suara dan bekerja dengan sangat diam. Masa pakainya yang panjang, mecapai 25-30 tahun, menggaransi penggunanya akan menghemat biaya energi dalam jangka panjang pula.
Kekurangan : Panel surya masih relatif mahal, bahkan meskipun setelah banyak mengalami penurunan harga. Harga panel rumah sedang saat ini sekitar $ 12000-18000. Panel surya masih perlu meningkatkan efisiensi secara signifikan karena banyak sinar matahari terbuang sia-sia dan berubah menjadi panas. Rata-rata panel surya saat ini mencapai efisiensi kurang dari 20%. Jika tidak terpasang dengan baik dapat terjadi over-heating pada panel surya. Panel surya terbuat dari beberapa bahan yang tidak ramah lingkungan. Daur ulang panel surya yang tak terpakai lagi dapat menyebabkan kerusakan lingkungan jika tidak dilakukan dengan hati-hati karena silikon, selenium, kadmium, dan sulfur heksafluorida (merupakan gas rumah kaca), kesemuanya dapat ditemukan di panel surya dan bisa menjadi sumber pencemaran selama proses daur ulang.
BAB III
PENUTUP1. KESIMPULAN
Dari penjelasan di atas dapat disimpulkan bahwa Energi Surya (Photovoltaic)
dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik tenaga surya (PLTS). Energi ini juga
merupakan energi alternatif. Modul Surya ini dapat digunakan sebagai cadangan
yang memadai ketika energi lainnya mulai berkurang bahkan habis.
Selain itu, energi ini memliki banyak keuntungan dibandingkan dengan energi
lain. Energi ini sangat ramah lingkungan dan tidak memerlukan perawatan khusus
secara periodik. Energi ini hanya memerlukan cahaya matahari yang jumlahnya tak
tebatas, tersedia dimana-mana, dan tidak memerlukan bahan bakar lain seperti
bensin, gas, atau yang lainnya. Namun, energi ini memiliki satu kelemahan yaitu
hanya bisa digunakan dalam jangka waktu setengah hari atau selama sinar matahari
masih terpancar.
Oleh karena itu, penyediaan sumber energi alternatif seperti energi surya
melalui pemanfaatan sel photovoltaic merupakan sebuah prospek yang menjanjikan
untuk dikembangkan lebih lanjut, mengingat pemakaian primer minyak bumi dan
gas alam masih merupakan sumber energi utama. Selain ramah lingkungan, sumber
energi dari matahari tidak memerlukan perawatan khusus secara periodik, yang
selanjutnya akan mengurangi biaya produksi.
2. SARANDemikaianlah projek Panel Surya Pembangkit Listrik Tenaga Surya Ini kami
buat berdasarkan sumber sumber yang ada. Sebaiknya, energi-energi yang terdapat
di alam dapat kita manfaatkan sebaik-baiknya agar untuk masa depan kita dan juga
generasi selanjutnya dapat merasakan sumber energi yang ada di alam bumi ini.
Kami juga menyadari masih ada banyak kekurangan dalam penulisan makalah
ini sehingga perlulah bagi kami, dari para pembaca untuk memberikan saran yang
membantu supaya makalah ini mendekati lebih baik.
Atas perhatian anda semua, kami ucapkan terima kasih.
DAFTAR PUSTAKA
http://mohammadpratamaputraipa2.blogspot.com/2012/10/makalah-panel-tata-
surya.html
http://fauziuzik.blogspot.com/2014/02/makalah-energi-alternatif-panel-surya.html
http://www.slideshare.net/7779/makalah-sel-surya
http://www.indoenergi.com/2012/04/keunggulan-dan-kelemahan-panel-surya.html
http://www.indoenergi.com/2012/04/pengertian-panel-surya.html
https://solarcellpanel.wordpress.com/tag/solar-panel/