Monthly archives "May"

13 Articles

Kamil Berbagi: Having is Giving

Pada 23 Mei lalu, Kamil Pascasarjana mengadakan kegiatan charity di Panti Mitra Muslim, Bukit Ligar. Aksi sosial ini merupakan program untuk menyambut bulan Ramadhan. Hakikatnya adalah bukan hanya Kamil yang berbagi. Namun Kamil juga belajar banyak dari adik-adik panti yang memancarkan tekad kuat dan semangat juang tinggi, terutama dalam menghafal Al – Quran. Subhanallah 🙂

a


b c d

c

f

20 views

Pemanfaatan Energi Terbarukan

Oleh. Andi Muhammad Nur Putra

 Pendahuluan

Berdasarkan data yang dikeluarkan oleh Badan Pusat Statistik (BPS) Indoensia tahun 2012 tentang Proyeksi Penduduk Indoensia 2010 – 2035 menunjukkan bahwa jumlah penduduk Indoensia selama dua puluh lima tahun mendatang terus meningkat yaitu dari 240,7 juta pada tahun 2010 menjadi 304,9 juta pada tahun 2035 [1]. Laju pertumbuhan penduduk yang tidak diikuti dengan pembangunan infrastruktur merupakan masalah yang sangat pelik yang sedang dihadapi oleh indonesia saat ini. Salah satu contoh masalah tersebut adalah berkaitan dengan energi.
Beberapa masalah energi yang dihadapi oleh Indonesia, diantaranya adalah; Subsidi energi semakin meningkat hingga mencapai Rp 255,6 triliun pada tahun 2011. Jumlah masyarakat yang belum mendapatkan akses terhadap listrik masih 87,69 juta penduduk. Keterbatasan infrastruktur domestik yang menjadi tantangan dan permasalahan dalam memenuhi kebutuhan energi domestik. Ketergantungan terhadap minyak masih dominan mencapai 49,7% sementara pemanfaatan energi baru terbarukan (EBT) masih sekitar 6% [2]. Pemerintah indonesia melalui Peraturan Presiden RI No. 5 Tahun 2006 tentang Kebijakan Energi Nasional telah berupaya untuk menjamin keamanan pasokan energi dalam negeri dan untuk mendukung pembangunan yang berkelanjutan. Kebijakan ini berkaitan dengan diversifikasi energi yakni penganekaragaman penyediaan dan pemanfaatan berbagai  sumber energi dalam rangka optimasi energi. Misalnya untuk pemenuhan akan kebutuhan enegi listrik yang sampai saat ini sebagian besar masih disuplai dengan energi fosil, maka kedepannya bisa dengan menggunakan enegri baru terbarukan sebagai pengganti bahan bakar minyak. Ini diatur dalam Peraturan Pemerintah No. 10 Tahun 1989 tentang penyediaan dan Pemanfaatan Tenaga Listrik dan Permen ESDM No. 002/2006 tentang Pengusahaan Pembangkit Listrik Energi Terbarukan Skala Menengah.
Matahari merupakan sumber energi baru dan terbarukan yang hampir tak terbatas. Energi surya atau matahari telah dimanfaatkan di banyak belahan dunia dan jika dieksplotasi dengan tepat, energi ini berpotensi mampu menyediakan kebutuhan konsumsi energi dunia saat ini dalam waktu yang lebih lama. Matahari dapat digunakan secara langsung untuk memproduksi listrik atau untuk memanaskan bahkan untuk mendinginkan. Bagimanapun, istilah tenaga surya mempunyai arti mengubah sinar matahari secara langsung menjadi panas atau energi listrik untuk kegunaan kita. Proses konversi energi matahari menjadi energi listrik melibat pembangkit listrik dari cahaya berupa photovoltaic. Rahasia dari
proses ini adalah penggunaan bahan semi konduktor yang dapat disesuaikan untuk melepas elektron, pertikel bermuatan negatif yang membentuk dasar listrik.
2. Energi Matahari sebagai Pembangkit Tenaga Listrik
Energi surya adalah energi yang berupa sinar dan panas dari matahari. Radiasi dari cahaya matahari dirubah menjadi energi listrik baik secara langsung (menggunakan fotovoltaik)atau secara tak langsung menggunakan tenaga surya terpusat yakni menggunakan lensa dan sistem lacak untuk memfokuskan paparan cahaya matahari. Proses konversi energi matahari menjadi energi listrik oleh potovoltaik adalah dengan memanfaat efek fotolistrik.
Tabel 1. Intensitas radiasi matahari di Indonesia

1

Sumber: BPPT, BMG
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 berturut-turut sebagai berikut: untuk kawasanbarat 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%.
2.1 Radiasi Energi Matahari ke Bumi

Radiasi energi matahari

Gambar 1. Radiasi energi matahari ke bumi

Intensitas radiasi matahari di luar atmosfer bumi bergantung pada jarak antara matahari dengan bumi. Tiap tahun, jarak ini bervariasi antara 1,47 x 108 km dan 1,52 x 108 km dan hasilnya besar pancaran E0 naik turun antara 1325 W/m2 sampai 1412 W/m2. Radiasi yang sampai atmosfir bumi disebut sebagai konstanta matahari dengan nilai E0 = 1367 W/m2 [3]. Daya yang pancarkan oleh Matahari mencapai 3.86 x 1020 MW. Radiasi Matahari masuk ke dalam atmosfir bumi dipantulkan, diserap, didifusi oleh awan, gas (02,O3, CO2), uap air, debu, dll.
Pancaran ini tidak dapat mencapai ke permukaan bumi. Atmosfer bumi mengurangi insolation yang melewati pemantulan, penyerapan (oleh ozon, uap air, oksigen, dan karbon dioksida), serta penyebaran (disebabkan oleh molekul udara, partikel debu atau polusi). Di cuaca yang bagus pada siang hari, pancaran bisa mencapai 1000 W/m2 di permukaan bumi. Insolation terbesar terjadi pada sebagian hari-hari yang berawan dan cerah. Sebagai hasil dari pancaran matahari yang memantul melewati awan, maka insolation dapat mencapai hingga 1400 W/m2 untuk jangka pendek[3].
2.2 Proses Konversi
Sel surya, atau sel fotovoltaik, adalah peralatan yang menggubah cahaya menjadi aliran listrik dengan menggunakan efek fotovoltaik. Sel fotovoltaik pertama dibuat oleh Charles Fritts pada tahun 1880an. Pada tahun 1931, seorang insinyur Jerman, Dr. Bruno Lange, membuat sel fotovoltaik menggunakan perak selenida ketimbang tembaga oksida. Walaupun sel selenium purwa rupa ini mengubah kurang dari 1% cahaya yang masuk menjadi listrik, Ernst Werner von Siemens dan James Clerk Maxwell melihat pentingnya penemuan ini. Dengan mengikuti kerja Russel Ohl pada tahun 1940an, peneliti Gerald Pearson, Calvin Fuller, dan Daryl Chapin membuat sel surya silikon pada tahun 1954. Biaya sel surya ini 286 dollar AS per watt dan mencapai efisiensi 4,5 – 6 %. Menjelang tahun 2012, efisiensi yang tersedia melebihi 20% dan efisiensi maksimum fotovoltaik penelitian melebihi 40%.
Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini dimungkinkan karena bahan material yang menyusun sel surya berupa semikonduktor. Lebih tepatnya tersusun atas dua jenis semikonduktor; yakni jenis n dan jenis p. Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang memiliki kelebihan elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n = negatif). Sedangkan semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut dengan p ( p = positif) karena kelebihan muatan positif. Caranya, dengan menambahkan unsur lain ke dalam semikonduktor, maka kita dapat mengontrol jenis semikonduktor tersebut.

Ilustrasi proses konversi energi

Gambar 2. Ilustrasi proses konversi energi

Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan panas semikonduktor alami. Di dalam semikonduktor alami (disebut dengan semikonduktor intrinsik) ini, elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama. Kelebihan elektron atau hole dapat meningkatkan daya hantar listrik maupun panas dari sebuah semikoduktor.Misal semikonduktor intrinsik yang dimaksud ialah silikon (Si). Semikonduktor jenis p, biasanya dibuat dengan menambahkan unsur boron (B), aluminum (Al),gallium (Ga) atau Indium (In) ke dalam Si. Unsur-unsur tambahan ini akan menambah jumlah hole.
Sedangkan semikonduktor jenis n dibuat dengan menambahkan nitrogen (N), fosfor (P) atau arsen (As) ke dalam Si. Dari sini, tambahan elektron dapat diperoleh. Sedangkan, Si intrinsik sendiri tidak mengandung unsur tambahan. Usaha menambahkan unsur tambahan ini disebut dengan doping yang jumlahnya tidak lebih dari 1 % dibandingkan dengan berat Si yang hendak di-doping. Dua jenis semikonduktor n dan p ini jika disatukan akan membentuk sambungan p-n atau dioda p-n yang dapat digambarkan sebagai berikut.

Penyatuan semikonduktor tipe n dan p

Gambar 3. Penyatuan semikonduktor tipe n dan p

Untuk keperluan sel surya, semikonduktor n berada pada lapisan atas sambungan p yang menghadap kearah datangnya cahaya matahari, dan dibuat jauh lebih tipis dari semikonduktor p, sehingga cahaya matahari yang jatuh ke permukaan sel surya dapat terus terserap dan masuk ke daerah deplesi dan semikonduktor p.

Sambungan terkena cahaya matahari

Gambar 4. Sambungan terkena cahaya matahari

Ketika sambungan semikonduktor ini terkena cahaya matahari, maka elektron mendapat energi dari cahaya matahari untuk melepaskan dirinya dari semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor. Terlepasnya elektron ini meninggalkan hole pada daerah yang ditinggalkan oleh elektron yang disebut dengan fotogenerasi elektron-hole (electron-holephotogeneration) yakni, terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat cahaya matahari.

Cahaya matahari dengan panjang gelombang yang berbeda, membuat fotogenerasi pada sambungan pn berada pada bagian sambungan pn yang berbeda pula. Spektrum merah dari cahaya matahari yang memiliki panjang gelombang lebih panjang, mampu menembus daerah deplesi hingga terserap di semikonduktor pyang akhirnya menghasilkan proses fotogenerasi di sana. Spektrum biru dengan panjang gelombang yang jauh lebih pendek hanya terserap di daerah semikonduktor n.
Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan pn terdapat medan listrik E, elektron hasil fotogenerasi tertarik ke arah semikonduktor n, begitu pula dengan hole yang tertarik ke arah semikonduktor p. Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka elektron akan mengalir melalui kabel. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan ke kabel, lampu tersebut menyala dikarenakan mendapat arus listrik, dimana arus listrik ini timbul akibat pergerakan elektron.

3

     (a) Cahaya matahari membuat fotogenerasi                   (b) Lampu menyala karena adanya arus listrik

Gambar 5. Energi matahari dirubah menjadi energi listrik

2.3 Daya pada potovoltaik
Untuk mengetahui berapa nilai daya sesaat yang dihasilkan, kita harus terlebih dulu mengetahui daya yang diterima (daya input), dimana daya tersebut adalah perkalian antara intensitas radiasi matahari yang diterima dengan luas area modul PV. Sedangkan untuk besarnya daya pada solar cell (Pout) yaitu perkalian tegangan rangkaian terbuka (Voc), dengan arus hubung singkat (Isc), dan Fill Factor (FF) yang dihasilkan oleh sel Photovoltaic.
3. Kesimpulan
Dengan semakin berkembangnya teknologi potovoltaik dimana efisiensinya saat ini telah mencapai 20% dari radiasi cahaya matahari yang diterima, maka energi matahari bisa menjadi salah satu solusi pemerintah untuk menjamin keamanan pasokan energi, khususnya energi listrik bagi daerah-daerah yang jauh dan belum terjangkau oleh sumber daya listrik PLN. Selain itu penggunaan energi matahari tidak hanya terbatas pada sumber pembangkitan energi listrik, tetapi juga bisa dikembangkan sebagai sumber energi pemanasan dan pendinginan.

Daftar Pustaka
[1] Subdirektorat Demografi, 2012. Proyeksi Penduduk Indonesia 2010 – 2035. Jakrta: Badan
Pusat Statistik.
[2] Joko, Santoso. 2012. Kajian Indonesia Energi Outlook. Jakarta: KESDM.
[3] Wibowo, Rahmat Adi. 2008. Melihat Prisip Kerja Sel Surya Lebih Dekat. https://energisurya.
wordpress.com/2008/07/10/melihat-prinsip-kerja-sel-surya-lebih-dekat/. 16 April 2015.
[4]_______._____. Kampanye Perubahan Iklim–solusi–Energi Matahari. http://www.greenpeace.
org/seasia/id/campaigns/perubahan-iklim-global/Energi-ersih/Energi_matahari/ . 16 April 2015
[5] Mills, David. 2004. Advances in solar thermal electricity technology. Solar Energy 76 (1-3):
19–31.
[6] Patel, Mukun R. 2006. Wind and Solar Power Systems – Design, Analisys, and Operation.
Singapore: Taylor & Francis.
[7] Kimball, Jonathan W. Brian T. Kuhn. Robert S. Balog. 2009. A System Design Approach for
Unattended Solar Energy Harvesting Supply. IEEE TRANSACTIONS ON POWER
ELECTRONICS, VOL. 24, NO. 4, APRIL 2009. pp. 952 – 962.

503 views