Matahari adalah sumber energi cahaya yang dapat dimanfaatkan langsung atau dapat juga kita ubah menjadi bentuk energi lain, seperti energi panas dan energi listrik.

Energi cahaya matahari dapat diubah menjadi energi panas dengan menggunakan teknologi “surya termal”, alat perubahnya disebut “kolektor surya/panas” sedangkan untuk mengubah cahaya matahari menjadi listrik, digunakan teknologi “photovoltaic”, nama alatnya adalah “sel surya” atau lebih dikenal dengan istilah “modul surya”.

Cahaya matahari ini memiliki partikel-partikel energi yang disebut “foton”. Saat cahaya matahari mengenai sel surya, energi foton ini akan membangkitkan elektron-elektron yang ada dalam material sel surya tersebut sehingga menghasilkan tegangan (voltase) listrik.

Itulah mengapa disebut “photovoltaic”, karena berasal dari kata “photo = foton = cahaya” dan voltaic = voltase = tegangan listrik” yang artinya ; cahaya menjadi listrik.

Jadi, walaupun pagi/sore, mendung atau hujan, selama masih ada cahaya matahari (tidak gelap) maka sel surya tetap akan dapat menghasilkan listrik, meski jumlahnya lebih sedikit dibandingkan saat siang terik atau kondisi cerah.

Seberapa banyak energi matahari yang dapat diubah menjadi listrik?

Jumlah energi cahaya matahari yang dapat diubah menjadi listrik sangat tergantung pada alat konversinya, yaitu modul surya. Modul surya terbuat dari berbagai material elektronik berupa semikonduktor yang mempunyai kemampuan menyerap cahaya matahari dan membangkitkan muatan listrik (pasangan electron-hole) yang terdapat didalam material sel surya tersebut.

Kemampuan jenis panel surya yang ada di pasaran saat ini, dapat menyerap dan mengubah cahaya matahari menjadi listrik rata-rata sebanyak 16-20% cahaya matahari. Artinya, tidak semua cahaya matahari dapat diubah menjadi listrik karena keterbatasan alami material sel surya yang hanya mampu menyerap radiasi cahaya matahari pada panjang gelombang (spektrum) tertentu. Sedangkan cahaya matahari sendiri memiliki rentang panjang gelombang (spektrum) yang sangat besar.

Energi cahaya matahari yang diterima suatu permukaan di bumi adalah sekitar 1.000W/m2. Artinya, setiap lokasi seluas 1 m2 berpotensi menghasilkan energi listrik tenaga surya sebanyak 160-200W.

Apa itu Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)?
Pembangkit listrik tenaga surya atau biasa disebut sistem fotovoltaik (PV) merupakan pembangkit energi listrik yang mengkonversi energi sinar matahari menjadi listrik dengan menggunakan suatu piranti semikonduktor yang disebut sel surya.

Sel surya adalah suatu piranti elektronik berbasis material semikonduktor yang berfungsi menyerap energi foton dari radiasi matahari untuk membangkitkan pembawa muatan listrik (electron-hole) di dalam material tersebut. Muatan listrik ini kemudian dipisahkan ke masing-masing kontak elektroda untuk kemudian dialirkan ke beban listrik. Tegangan yang dihasilkan sebuah sel surya berupa tegangan arus searah sebesar lebih kurang 0,5V.

Agar dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi listrik, sel surya disusun secara seri atau paralel atau gabungan seri dan paralel kemudian dienkapsulasi dan dirakit dengan menggunakan komponen tambahan seperti bingkai, penyangga,kaca penutup, kabel, baut dan sebagainya sehingga membentuk modul surya. Beberapa rangkaian modul surya kemudian digabungkan untuk menghasilkan tegangan dan daya yang dibutuhkan.

Suatu instalasi sistem pembangkit listrik tenaga surya biasanya terdiri dari beberapa modul surya. Listrik yang dihasilkan dari PLTS dapat dimanfaatkan secara langsung untuk beban rumah tangga dan peralatan elektronik lainnya (skala residensial/komersial) ataupun disuplai ke jaringan listrik yang tersedia (skala utilitas). Sistem PLTS umumnya membutuhkan inverter untuk mengkonversi arus listrik DC yang dihasilkan modul PV menjadi listrik AC.

Komponen Utama Sistem PLTS
Berikut ini adalah komponen-komponen yang digunakan dalam sistem PLTS :

1. Modul surya
   Modul surya merupakan komponen utama PLTS yang berfungsi mengubah cahaya matahari menjadi listrik. Teknologi modul PV untuk saat ini ada dua macam, yaitu teknologi berbasis silikon kristalin dan thin film. Modul PV yang banyak di pasaran saat ini adalah berbasis sel surya silikon kristalin yang dibedakan atas dua jenis, yaitu silikon monokristalin dan silikon polikristalin. Sel surya silikon monokristalin memiliki satu keping kristal silikon dan merupakan jenis sel surya dengan efisiensi paling tinggi, namun cukup mahal dalam proses pembuatannya. Tipe ini juga sangat rapuh dan harus dipasangkan pada rangka atau penyangga yang kuat. Sel surya tipe polikristalin mempunyai beberapa kristal silikon. Efisiensi tipe ini lebih rendah dikarenakan pemakaian material yang lebih murah dan sifat reflektif dari kristal-kristal penyusunnya sehingga mengurangi penyerapan sinar matahari. Tetapi dari sisi biaya, tipe ini lebih murah dari monokristalin. Sel surya thin film dikembangkan sebagai upaya menurunkan harga sel surya berbasis silikon. Jenis ini menggunakan teknologi deposisi untuk menghasilkan material lapisan tipis (thin film) yang dapat berperilaku sebagai sel surya. Beberapa jenis modul PV thin film yang sudah komersial antara lain sel surya a-Si, CdTe dan CIGS. Dibandingkan dengan jenis silikon kristalin, teknologi modul PV thin film memiliki keunggulan antara lain; 1) Bahan baku bervariasi, tidak tergantung pada satu jenis material saja yaitu silikon, 2) konsumsi bahan baku jauh lebih sedikit, 3) Proses pabrikasi lebih sederhana, 4) Aplikasi lebih variatif karena dapat dibuat pada bahan yang elastis / fleksibel, 5) Efisiensi sel surya masih dapat ditingkatkan dengan berbagai alternatif bahan baku, struktur lapisan (multi junction), proses pembuatan (deposisi). Namun efisiensi modul PV thin film yang ada di pasaran saat ini khususnya a-Si masih cukup rendah sehingga membutuhkan luasan lahan yang jauh lebih besar dibanding jenis silikon mono/polikristalin. Sedangkan untuk jenis modul CIGS/CdTe, secara efisiensi sudah dapat bersaing dengan jenis sel surya silikon kristalin namun ketersediaan bahan baku yang mahal dan terbatas khususnya Indium dan Telurium menyebabkan jenis sel surya ini belum dapat bersaing secara komersial dengan sel surya silikon kristalin.
2. Struktur Penyangga
   Modul surya harus dipasang pada arah dan kemiringan tertentu agar penyinaran tahunan matahari dapat diterima secara maksimal. Oleh karena itu diperlukan struktur penyangga agar arah / orientasi modul PV yang dapat terjaga dan stabil.
   Arah dan Kemiringan Modul PV
   Daya yang dihasilkan oleh sistem PLTS berbanding lurus dengan besarnya intensitas matahari yang diterima modul surya. Semakin besar intensitas matahari yang diterima oleh panel maka semakin besar daya yang dapat dihasilkan oleh PV tersebut. Besarnya intensitas matahari yang diterima oleh panel surya dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti letak astronomi lokasi pemasangan panel, gerak semu harian dan tahunan matahari serta cuaca. Untuk memaksimalkan intensitas matahari yang diterima oleh modul surya maka dibutuhkan sudut kemiringan yang paling tepat untuk menerima radiasi matahari yang paling tinggi. Sudut yang mempengaruhi pemasangan modul surya pada instalasi PLTS ada 2 macam, yaitu;
   Sudut kemiringan panel surya terhadap bidang horisontal.
   Sudut yang diukur searah dengan acuan arah utara/selatan yang disebut dengan sudut azimut.
   Sudut kemiringan optimum biasanya dipasang sesuai dengan posisi garis lintang sedangkan sudut azimut tergantung posisi lokasi. Jika berada di bagian selatan khatulistiwa maka modul surya dipasang menghadap utara dengan sudut azimut 00 dan jika berada di bagian utara khatulistiwa maka sudut azimut adalah 1800 menghadap selatan. Perhitungan sudut azimut yang lebih detil dan akurat membutuhkan studi dan analisis khusus dengan mempertimbangkan arah pergerakan matahari atau posisi horison lokasi.
   Sebuah sistem penyangga modul surya dapat dipergunakan untuk mengatur orientasi arah utara atau selatan dan elevasi sudut kemiringan dari sistem penyangga modul surya untuk memaksimalkan kinerja energi dari modul surya tersebut. Biasanya terbuat dari stainless steel atau aluminium. Struktur penyangga modul surya dirancang untuk aplikasi pemasangan secara universal yaitu bingkai penyangga miring yang dipasang diatas tanah atau atap bangunan gedung.
3. Inverter
   Inverter adalah suatu alat yang berfungsi mengkonversi arus dan tegangan listrik DC yang dihasilkan PLTS menjadi arus dan tegangan listrik AC sehingga beban-beban yang pada umumnya memerlukan suplai listrik AC dapat disuplai oleh PLTS. Pemilihan jenis inverter tergantung pada kebutuhan beban serta aplikasi. Kapasitas inverter ditentukan berdasarkan kapasitas daya yang dibutuhkan, untuk efesiensi kerja inverter yang maksimal diusahakan kapasitas inverter mendekati kapasitas daya yang dilayani . Namun untuk sistem PLTS, perbandingan kapasitas daya sistem PV (Pdc) terhadap inverter (Pac) biasanya berkisar antara 0.9-1,3.
4. Sistem baterai (jika dibutuhkan), berfungsi menyimpan energi surya
5. Sistem pengkabelan
6. DC Combiner, digunakan untuk menghubungkan/mengumpulkan arus dan tegangan dari rangkaian modul surya
7. Panel Distribusi, berfungsi untuk mendistribusikan beban-beban listrik dari pembangkit ke pelanggan.
8. Sistem Proteksi, untuk melindungi peralatan dan personil apabila terjadi tegangan/arus berlebih.
9. Proteksi penangkal petir, untuk melindungi sambaran petir terhadap sistem PLTS
10. Sistem pentanahan/ pembumian (grounding)

Jenis Sistem PLTS
Berdasarkan topologi jaringan pembangkit, sistem PLTS dibedakan atas;

1. PLTS on grid
   – yaitu sistem PLTS yang tersambung/interkoneksi ke jaringan PLN.
2. PLTS off grid
   – yaitu sistem PLTS yang bekerja sendiri atau tidak tersambung dengan jaringan PLN.
3. PLTS hybrid
   – Yaitu PLTS yang tersambung/interkoneksi dengan sumber pembangkit lain untuk mensuplai beban yang sama.
   – Jenis sistem ini bisa on grid/off grid.

Berdasarkan lokasi pemasangan modul, sistem PLTS dibedakan atas ;

1. PLTS atap, dipasang di atas atap gedung/bangunan.
2. PLTS ground mounting, dipasang di atas tanah.
3. PLTS terapung, dipasang diatas permukaan air.

Jenis sistem PLTS berdasarkan topologi beban ;

1. PLTS Terpusat, yaitu sistem PLTS yang melayani sekelompok beban yang berbeda, seperti listrik desa/komunal.
2. PLTS Tersebar, yaitu sistem PLTS yang melayani satu beban tertentu di satu titik lokasi, contohnya ; solar home system (SHS), LTSHE, PJUTS, Pompa air tenaga surya (Solar water pump).

Apa itu PLTS Atap?

• PLTS atap adalah jenis PLTS on grid yang dipasang di atap gedung/bangunan dan tersambung dengan jaringan PLN eksisting.
• Tujuan / manfaat pemasangan PLTS atap adalah untuk mengurangi tagihan listrik bulanan PLN dengan memanfaatkan sumber energi surya yang ramah lingkungan.
• Sistem PLTS atap dapat meng-ekspor/menjual listrik ke PLN dengan skema “net-metering”.

Apa itu net metering?

• Net metering adalah suatu skema layanan PLN untuk jual-beli listrik dari sistem PLTS yang terhubung ke jaringan PLN dimana, pelanggan PLN yang menggunakan PLTS dapat mengekspor kelebihan produksi PLTS dan/ataupun mengimpor listrik dari jaringan PLN.
• Pada skema ini, pelanggan PLN harus menggunakan alat pembaca meteran listrik 2 arah atau disebut kWh-meter EXIM (Export-Impor) dengan sistem pembayaran tagihan pasca-bayar.
• Transaksi jual-beli listrik pada skema net metering ini tidak dalam bentuk uang melainkan dalam bentuk kredit kWh, dimana produksi listrik PLTS yang diekspor (dikirim) ke jaringan PLN dihitung sebagai kwh ekspor dan dapat digunakan (dikonsumsi) kembali oleh pelanggan/pengguna sebagai kwh impor.
• Jika kWh ekspor lebih besar dibanding kWh impor, maka selisih kWh tersebut akan di-kredit-kan dan dapat digunakan untuk mengurangi tagihan bulan berikutnya.
• Namun listrik yang dihasilkan PLTS akan lebih ekonomis apabila dikonsumsi langsung daripada diekspor ke PLN, karena harga listrik kwh ekspor hanya sebesar 65% dari kWh impor.
• Oleh sebab itu penggunaan PLTS membutuhkan perencanaan dan pola konsumsi listrik yang optimal agar lebih efisien dan ekonomis.

Syarat atap yang bisa dipasang PLTS
Hampir semua jenis atap dapat dipasang PLTS. Yang perlu diperhatikan adalah kekuatan atap dan struktur rangka atap harus dapat menahan beban modul surya yang mencapai 22-25 kg per modul.

Tips memilih modul surya
Hal-hal penting yang perlu diperhatikan dalam memilih modul surya yang berkualitas antara lain;

1. Spesifikasi teknis modul surya
   – Temperatur operasi minimal pada rentang -10 s/d 50 derajat Celcius
   – Memiliki sistem proteksi sesuai standar
   – Memastikan laju degradasi tidak lebih dari 0.5%/tahun
2. Adanya standar jaminan kualitas dari pabrikan
3. Memilih merk/pabrikan/manufaktur dengan rekam jejak dan pengalaman yang bagus
4. Mengikuti standar teknis dan keamanan internasional dan nasional yang relevan, seperti ; IEC 61215, IEC 61646, EN/IEC 61730, IEC 60364-4-41, IEC 61701, IEC 61853, dan IEC 62804.
5. Banyak terdapat di pasaran atau tidak sulit dicari Selain hal teknis diatas, untuk pertimbangan ekonomis, pilih modul yang harga per Watt-nya paling rendah.
   Contoh ; Modul A dengan kapasitas 300 W seharga Rp 2.700.00,- dibandingkan dengan modul B berkapasitas 330 W seharga Rp 2.900.000,-, sebaiknya pilih modul B

Berapa lama umur pakai PLTS ?
Sistem PLTS atap dapat beroperasi sampai 20-30 tahun sesuai umur modul surya yang digunakan. Selama masa tersebut, membutuhkan penggantian inverter sebanyak 1 kali. – p3tkebt.esdm.go.id