Pembangkit Listrik Tenaga Surya: Jenis Komponen dan Prinsip Kerja

Pembangkit listrik tenaga surya adalah sistem yang menggunakan energi surya untuk menghasilkan listrik. Mereka dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis utama: pembangkit listrik fotovoltaik (PV) dan pembangkit listrik tenaga surya terkonsentrasi (CSP). Pembangkit listrik fotovoltaik mengubah cahaya matahari langsung menjadi listrik menggunakan sel surya, sementara pembangkit listrik tenaga surya terkonsentrasi menggunakan cermin atau lensa untuk mengkonsentrasikan cahaya matahari dan memanaskan fluida yang menggerakkan turbin atau mesin. Dalam artikel ini, kami akan menjelaskan komponen, tata letak, dan operasi kedua jenis pembangkit listrik tenaga surya, serta kelebihan dan kekurangannya.

Apa itu Pembangkit Listrik Fotovoltaik?

Pembangkit listrik fotovoltaik adalah sistem PV skala besar yang terhubung ke jaringan dan dirancang untuk menghasilkan listrik dalam jumlah besar dari radiasi surya. Pembangkit listrik fotovoltaik terdiri dari beberapa komponen, seperti:

• Modul surya: Ini adalah unit dasar dari sistem PV. Mereka terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya menjadi listrik. Sel surya biasanya terbuat dari silikon, yang merupakan bahan semikonduktor yang dapat menyerap foton dan melepaskan elektron. Elektron mengalir melalui rangkaian dan menciptakan arus listrik. Modul surya dapat disusun dalam berbagai konfigurasi, seperti seri, paralel, atau seri-paralel, tergantung pada tegangan dan persyaratan arus sistem.

• Struktur penyangga: Ini adalah kerangka atau rak yang mendukung dan mengarahkan modul surya. Mereka bisa tetap atau dapat disesuaikan, tergantung pada lokasi dan iklim situs. Struktur penyangga tetap lebih murah dan sederhana, tetapi mereka tidak mengikuti pergerakan matahari dan mungkin mengurangi output sistem. Struktur penyangga yang dapat disesuaikan dapat miring atau memutar modul surya untuk mengikuti posisi matahari dan mengoptimalkan produksi energi. Mereka bisa manual atau otomatis, tergantung pada tingkat kontrol dan akurasi yang dibutuhkan.

• Inverter: Ini adalah perangkat yang mengubah arus searah (DC) yang dihasilkan oleh modul surya menjadi arus bolak-balik (AC) yang dapat disalurkan ke jaringan atau digunakan oleh beban AC.

  

• Inverter dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis: inverter pusat dan inverter mikro. Inverter pusat adalah unit besar yang menghubungkan beberapa modul surya atau array dan memberikan satu output AC. Inverter mikro adalah unit kecil yang terhubung ke setiap modul surya atau panel dan memberikan output AC individu. Inverter pusat lebih hemat biaya dan efisien untuk sistem skala besar, sementara inverter mikro lebih fleksibel dan andal untuk sistem skala kecil.

• Kontroler pengisian: Ini adalah perangkat yang mengatur tegangan dan arus dari modul surya atau array untuk mencegah overcharging atau over-discharging baterai. Kontroler pengisian dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis: kontroler modulasi lebar pulsa (PWM) dan kontroler pelacakan titik daya maksimum (MPPT). Kontroler PWM lebih sederhana dan murah, tetapi mereka membuang sebagian energi dengan menyalakan dan mematikan arus pengisian. Kontroler MPPT lebih kompleks dan mahal, tetapi mereka mengoptimalkan output energi dengan menyesuaikan tegangan dan arus untuk sesuai dengan titik daya maksimum dari modul surya atau array.

• Baterai: Ini adalah perangkat yang menyimpan listrik berlebih yang dihasilkan oleh modul surya atau array untuk digunakan nanti ketika tidak ada cahaya matahari atau ketika jaringan mati. Baterai dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis: baterai timbal-asam dan baterai litium-ion. Baterai timbal-asam lebih murah dan lebih banyak digunakan, tetapi memiliki densitas energi yang lebih rendah, umur pakai yang lebih pendek, dan membutuhkan perawatan yang lebih banyak. Baterai litium-ion lebih mahal dan kurang umum, tetapi memiliki densitas energi yang lebih tinggi, umur pakai yang lebih panjang, dan membutuhkan perawatan yang lebih sedikit.

• Sakelar: Ini adalah perangkat yang menghubungkan atau memutuskan bagian-bagian sistem yang berbeda, seperti modul surya, inverter, baterai, beban, atau jaringan. Sakelar dapat manual atau otomatis, tergantung pada tingkat keamanan dan kontrol yang dibutuhkan. Sakelar manual membutuhkan intervensi manusia untuk mengoperasikannya, sementara sakelar otomatis beroperasi berdasarkan kondisi atau sinyal yang telah ditentukan.

• Meter: Ini adalah perangkat yang mengukur dan menampilkan berbagai parameter sistem, seperti tegangan, arus, daya, energi, suhu, atau irradiance. Meter dapat analog atau digital, tergantung pada jenis tampilan dan akurasi yang dibutuhkan. Meter analog menggunakan jarum atau dial untuk menunjukkan nilai, sementara meter digital menggunakan angka atau grafik untuk menunjukkan nilai.

• Kabel: Ini adalah kawat yang mentransmisikan listrik antara komponen-komponen sistem yang berbeda. Kabel dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis: kabel DC dan kabel AC. Kabel DC membawa arus searah dari modul surya ke inverter atau baterai, sementara kabel AC membawa arus bolak-balik dari inverter ke jaringan atau beban.

Tata letak pembangkit listrik fotovoltaik tergantung pada beberapa faktor, seperti kondisi situs, ukuran sistem, tujuan desain, dan persyaratan jaringan. Namun, tata letak tipikal terdiri dari tiga bagian utama: bagian generasi, bagian transmisi, dan bagian distribusi.

Bagian generasi mencakup modul surya, struktur penyangga, dan inverter yang menghasilkan listrik dari cahaya matahari.

Bagian transmisi mencakup kabel, sakelar, dan meter yang mentransmisikan listrik dari bagian generasi ke bagian distribusi.

Bagian distribusi mencakup baterai, kontroler pengisian, dan beban yang menyimpan atau mengonsumsi listrik.

Diagram berikut menunjukkan contoh tata letak pembangkit listrik fotovoltaik:

Operasi pembangkit listrik fotovoltaik tergantung pada beberapa faktor, seperti kondisi cuaca, permintaan beban, dan status jaringan. Namun, operasi tipikal terdiri dari tiga mode utama: mode pengisian, mode pelepasan, dan mode grid-tie.

Mode pengisian terjadi ketika ada cahaya matahari berlebih dan permintaan beban rendah. Dalam mode ini, modul surya menghasilkan lebih banyak listrik daripada yang diperlukan oleh beban. Listrik berlebih digunakan untuk mengisi baterai melalui kontroler pengisian.

Mode pelepasan terjadi ketika tidak ada cahaya matahari atau permintaan beban tinggi. Dalam mode ini, modul surya menghasilkan lebih sedikit listrik daripada yang diperlukan oleh beban. Kelebihan listrik disediakan oleh baterai melalui inverter.

Mode grid-tie terjadi ketika ada ketersediaan jaringan dan tarif yang menguntungkan. Dalam mode ini, modul surya menghasilkan listrik yang dapat disalurkan ke jaringan melalui inverter.

Mode grid-tie juga dapat terjadi ketika ada pemadaman jaringan, dan diperlukan cadangan listrik. Dalam mode ini, modul surya menghasilkan listrik yang dapat digunakan oleh beban melalui inverter.

Apa itu Pembangkit Listrik Tenaga Surya Terkonsentrasi?

Pembangkit listrik tenaga surya terkonsentrasi adalah sistem CSP skala besar yang menggunakan cermin atau lensa untuk mengkonsentrasikan cahaya matahari ke penerima yang memanaskan fluida yang menggerakkan turbin atau mesin untuk menghasilkan listrik. Pembangkit listrik tenaga surya terkonsentrasi terdiri dari beberapa komponen, seperti:

• Pengumpul: Ini adalah perangkat yang memantulkan atau merubah cahaya matahari ke penerima. Pengumpul dapat diklasifikasikan menjadi empat jenis: parabolic troughs, parabolic dishes, linear Fresnel reflectors, dan central receivers. Parabolic troughs adalah cermin melengkung yang fokuskan cahaya matahari ke tabung penerima linear yang berjalan sepanjang garis fokalnya. Parabolic dishes adalah cermin cekung yang fokuskan cahaya matahari ke penerima titik di fokusnya. Linear Fresnel reflectors adalah cermin datar yang memantulkan cahaya matahari ke tabung penerima linear di atasnya. Central receivers adalah menara yang dikelilingi oleh array cermin datar yang disebut heliostats yang memantulkan cahaya matahari ke penerima titik di puncaknya.

• Penerima: Ini adalah perangkat yang menyerap cahaya matahari yang terkonsentrasi dan mentransfernya ke fluida transfer panas (HTF). Penerima dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis: penerima eksternal dan penerima internal. Penerima eksternal terpapar ke atmosfer dan memiliki kehilangan panas yang tinggi karena konveksi dan radiasi. Penerima internal tertutup dalam ruang vakum dan memiliki kehilangan panas yang rendah karena isolasi dan evakuasi.

• Fluida transfer panas: Ini adalah fluida yang beredar melalui penerima dan mengangkut panas dari pengumpul ke blok daya. Fluida transfer panas dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis: fluida termal dan garam lebur. Fluida termal adalah cairan organik seperti minyak sintetis atau hidrokarbon yang memiliki titik didih tinggi dan titik beku rendah. Garam lebur adalah senyawa anorganik seperti nitrat natrium atau nitrat kalium yang memiliki kapasitas panas tinggi dan tekanan uap rendah.

• Blok daya: Di sinilah listrik dihasilkan dari panas menggunakan turbin atau mesin yang terhubung dengan generator. Blok daya dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis: siklus uap dan siklus Brayton. Siklus uap menggunakan air sebagai HTF dan menghasilkan uap yang menggerakkan turbin uap yang terhubung dengan generator listrik. Siklus Brayton menggunakan udara sebagai HTF dan menghasilkan udara panas yang menggerakkan turbin gas yang terhubung dengan generator listrik.

• Sistem penyimpanan: Di sinilah panas berlebih disimpan untuk digunakan nanti ketika tidak ada cahaya matahari atau ketika permintaan beban tinggi. Sistem penyimpanan dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis: penyimpanan panas sensibel dan penyimpanan panas laten. Penyimpanan panas sensibel menggunakan bahan seperti batu, air, atau garam lebur yang menyimpan panas dengan meningkatkan suhu tanpa mengubah fase mereka. Penyimpanan panas laten menggunakan bahan seperti material perubahan fase (PCMs) atau material termokimia (TCMs) yang menyimpan panas dengan mengubah fase atau keadaan kimia tanpa mengubah suhu mereka.

Tata letak pembangkit listrik tenaga surya terkonsentrasi tergantung pada beberapa faktor, seperti kondisi situs, ukuran sistem, tujuan desain, dan persyaratan jaringan. Namun, tata letak tipikal terdiri dari tiga bagian utama: lapangan pengumpulan, blok daya, dan sistem penyimpanan.

Lapangan pengumpulan mencakup pengumpul, penerima, dan HTF yang mengumpulkan dan mengangkut panas dari cahaya matahari.

Blok daya