Komposisi dan Prinsip Kerja Sistem Pembangkit Listrik Fotovoltaik
Komposisi dan Prinsip Kerja Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PV)
Sistem pembangkit listrik tenaga surya (PV) terutama terdiri dari modul PV, pengontrol, inverter, baterai, dan aksesori lainnya (baterai tidak diperlukan untuk sistem yang terhubung ke jaringan). Berdasarkan ketergantungan pada jaringan listrik umum, sistem PV dibagi menjadi jenis off-grid dan grid-connected. Sistem off-grid beroperasi secara independen tanpa bergantung pada jaringan utilitas. Mereka dilengkapi dengan baterai penyimpanan energi untuk memastikan pasokan listrik sistem yang stabil, mampu menyediakan listrik kepada beban selama malam atau hari berawan/hujan yang berkepanjangan ketika pembangkitan surya tidak mencukupi.
Tidak peduli tipe sistemnya, prinsip kerja tetap sama: modul PV mengubah cahaya matahari menjadi arus searah (DC), yang kemudian diubah menjadi arus bolak-balik (AC) oleh inverter, memungkinkan konsumsi listrik atau koneksi ke jaringan.
1. Modul Fotovoltaik (PV)
Modul PV adalah komponen inti dari seluruh sistem pembangkit listrik. Mereka dibuat dengan menggabungkan sel fotovoltaik individual, yang dipotong menjadi ukuran yang berbeda menggunakan mesin laser atau pemotong kawat. Karena tegangan dan arus output dari satu sel surya sangat rendah, beberapa sel pertama-tama dihubungkan secara seri untuk mencapai tegangan yang lebih tinggi, lalu secara paralel untuk meningkatkan arus. Rangkaian ini termasuk dioda blok (untuk mencegah aliran arus balik), dan dikapsulkan dalam rangka yang terbuat dari baja nirkarat, aluminium, atau bahan non-logam. Bagian depan ditutup dengan kaca tempered, belakang ditutup dengan backsheet, diisi dengan gas nitrogen, dan disegel hermetis. Beberapa modul PV yang dihubungkan secara seri dan paralel membentuk array PV (juga dikenal sebagai array surya).
Prinsip Kerja: Ketika cahaya matahari menyerang persimpangan semikonduktor p-n dari sel surya, pasangan elektron-lubang terbentuk. Dibawah pengaruh medan listrik pada persimpangan p-n, lubang bergerak menuju wilayah p dan elektron menuju wilayah n. Ketika sirkuit tertutup, arus mengalir. Fungsi utama modul PV adalah mengubah energi surya menjadi energi listrik, baik disimpan dalam baterai atau langsung memasok beban listrik.
Jenis Modul PV:
Silikon Monokristalin:Efisiensi ≈ 18%, hingga 24% — tertinggi di antara semua jenis PV. Biasanya dikapsulkan dengan kaca tempered dan resin tahan air, membuatnya tahan lama dan awet (umur hingga 25 tahun).
Silikon Polikristalin:Efisiensi ≈ 14%. Proses manufaktur serupa dengan monokristalin, tetapi dengan efisiensi lebih rendah, biaya lebih rendah, dan umur lebih pendek. Namun, produksinya lebih sederhana, mengkonsumsi energi lebih sedikit, dan memiliki biaya produksi lebih rendah, sehingga mendapat adopsi luas.
Silikon Amorf (Tipis):Efisiensi ≈ 10%. Dibuat menggunakan proses tipis yang sepenuhnya berbeda, membutuhkan silikon dan energi minimal. Kelebihannya utama adalah performa yang lebih baik dalam kondisi cahaya rendah.
2. Pengontrol (Digunakan dalam Sistem Off-Grid)
Pengontrol pengisian surya adalah perangkat otomatis yang mencegah overcharging dan over-discharging baterai. Dilengkapi dengan CPU mikroprosesor berkecepatan tinggi dan konverter A/D presisi tinggi, fungsinya sebagai sistem akuisisi data dan kontrol pemantauan berbasis mikrokomputer. Dapat dengan cepat mengumpulkan data operasional real-time, memantau status sistem, dan menyimpan data historis, memberikan informasi yang akurat dan cukup untuk mengevaluasi desain sistem dan keandalan komponen. Juga mendukung komunikasi serial untuk manajemen pusat dan kontrol jarak jauh dari beberapa sub-stasiun PV.
3. Inverter
Inverter mengubah arus searah (DC) yang dihasilkan oleh panel surya menjadi arus bolak-balik (AC), membuatnya kompatibel dengan perangkat yang ditenagai AC standar. Inverter PV adalah komponen balance-of-system (BOS) kunci dan termasuk fitur khusus seperti Pelacakan Titik Daya Maksimum (MPPT) dan perlindungan isolasi.
Jenis Inverter Surya:
Inverter Standalone:Digunakan dalam sistem off-grid. Array PV mengisi baterai, dan inverter mengambil daya DC dari baterai untuk mensuplai beban AC. Banyak inverter standalone termasuk charger baterai built-in yang dapat mengisi ulang baterai menggunakan daya AC. Inverter ini tidak terhubung ke jaringan dan tidak memerlukan perlindungan isolasi.
Inverter Grid-Tied:Menyalurkan daya AC kembali ke jaringan utilitas. Gelombang outputnya harus sesuai dengan fase, frekuensi, dan tegangan jaringan. Secara otomatis mati jika jaringan terputus untuk keamanan. Tidak menyediakan daya cadangan selama gangguan jaringan.
Inverter Cadangan Baterai:Inverter khusus yang menggunakan baterai sebagai sumber daya utama dan termasuk charger untuk mengisi ulang. Daya berlebih dapat disalurkan kembali ke jaringan. Selama gangguan jaringan, dapat menyediakan daya AC ke sirkuit yang ditentukan, dan oleh karena itu termasuk perlindungan isolasi.
4. Baterai (Tidak Diperlukan dalam Sistem Terhubung ke Jaringan)
Baterai adalah unit penyimpanan energi dalam sistem PV. Jenis umum termasuk baterai timbal-sealed, timbal terbuka, gel, dan nikel-kadmium alkali. Baterai timbal-sealed dan gel adalah yang paling banyak digunakan.
Prinsip Kerja: Siang hari, cahaya matahari mengenai modul PV, menghasilkan tegangan DC dan mengubah cahaya menjadi listrik. Daya ini dikirim ke pengontrol, yang mencegah overcharging, dan kemudian disimpan dalam baterai untuk digunakan saat dibutuhkan.
