PEMBUATAN SUMBER TENAGA LISTRIK CADANGAN
MENGGUNAKAN SOLAR CELL, BATERAI DAN INVERTER
UNTUK KEPERLUAN RUMAH TANGGA
Skripsi
Diajukan Oleh
ANDA ANDYCKA S
NIM. 090821016
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
SUMATERA UTARA
MEDAN
PERSETUJUAN
JUDUL : PEMBUATAN SUMBER TENAGA LISTRIK
CADANGAN MENGGUNAKAN SOLAR CELL,
BATERAI DAN INVERTER UNTUK
KEPERLUAN RUMAH TANGGA
KATEGORI : SKRIPSI
NAMA : ANDA ANDYCKA S
NIM : 090821016
PROGRAM STUDI : SARJANA (S-1) FISIKA INSTRUMENTASI DEPARTEMEN : FISIKA
FAKULTAS : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Diluluskan di
Medan, 1 Februari 2014
Diketahui/disetujui oleh
Program Studi S-1 Fisika Instrumentasi
Ketua Pembimbing
Dr. Marhaposan Situmorang Drs. Kurnia Brahmana, M.Si
PERYATAAN
PEMBUATAN SUMBER TENAGA LISTRIK CADANGAN
MENGGUNAKAN SOLAR CELL, BATERAI DAN INVERTER
UNTUK KEPERLUAN RUMAH TANGGA
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing masing disebutkan sumbernya
Medan, Januari 2012
ABSTRAK
ABSTRACT
One of problems in electrical energy is the limited source of fossil, which is main
source of electrical energy in indonesia. The solution for this problem can be
solved by using renewable energy. Solar cell is one of electrical source, which is
using sunlight as a source, sustainable and green energy. Because solar cell come
from sunlight, so the output is unstable depending on weather and environment.
One of solutions is using battery to store energy. Research was conducted to
design a Solar Cell to Battery Charging System so the stored electrical energy
could be used for lighting and home use.
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah
memberikan rahmat dan karunia – Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul : “Pembuatan Sumber Tenaga Listrik Cadangan Menggunakan Solar Cell, Baterai dan Inverter Untuk Keperluan Rumah
Tangga”. Skripsi ini dibuat untuk memenuhi salah satu syarat untuk meraih gelar Sarjana Sains pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Departemen
Fisika Universitas Sumatera Utara.
Dalam penulisan skripsi ini hingga selesai, penulis menyadari bahwa,
tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, dari masa perkuliahan sampai
pada penyusunan skripsi ini, sangatlah sulit bagi penulis untuk menyelesaikan
skripsi ini. Oleh karena itu, dengan keikhlasan dan kerendahan hati, pada
kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Drs. Kurnia Brahmana, M.Sc selaku dosen pembimbing saya yang
telah bersedia dengan sabar meluangkan waktunya untuk membimbing dan
mengarahkan penulis untuk menyelesaikan skripsi ini.
2. Bapak Dr. Sutarman, M.Sc selaku dekan di Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua Departemen Fisika FMIPA – USU.
4. Buat istri tersayang Maya Mayyesa, yang telah membantu penulis untuk
menyelesaikan penulisan skripsi ini. Untuk dukungan, kepercayaan, dan
semangat yang telah engkau berikan selama penulisan skripsi ini, terima
kasihku dan juga kasih sayangku yang tulus untuk dirimu, sayangku. I Love
you.
5. Buat anakku Muhammad Robby Filasa Sitorus, yang selalu membuat penulis
lucu dan menggemaskan. Semoga engkau dapat tumbuh dengan baik dan
menjadi anak yang berbakti, sehat selalu dan menjadi manusia yang selamat
baik di dunia maupun di akhirat kelak. Amin.
6. Buat kedua orang tua dan juga mertua dari penulis. Terima kasih atas
dukungan yang teramat banyak yang telah diberikan kepada penulis. Maaf jika
ada kelakuan penulis yang salah selama masa penulisan skripsi ini, Dan juga
terima kasih atas segala doa yang dipanjatkan kepada Allah SWT untuk
kesuksesan penulisan Skripsi.
7. Kepada Atasan dan juga teman-teman PNS di tempat kerja saya yang telah
memberi dukungan moril pada saya selama penulisan Skripsi ini
8. Seluruh Dosen dan Karyawan Departemen Fisika FMIPA – USU yang juga telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan penulisan skripsi ini
baik langsung maupun tidak langsung.
Penulis menyadari Skripsi ini masih belum sempurna baik dalam hal materi dan
penyajiannya. Untuk ini dengan segala kebesaran hati, penulis mengharapkan
saran dan kritik yang bersifat membangun dari semua pihakl yang dapat menjadi
bahan masukan bagi penulisan ke depan. Akhir kata, penulis berharap bahwa
skripsi ini akan dapat berguna bagi pembaca.
Medan, 30 Januari 2013
Penulis
DAFTAR ISI
ABSTRAK . ... i
ABSTRACT ... ii
KATA PENGANTAR . ... iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR . ... ix
DAFTAR TABEL ... xii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan Penelitian ... 4
1.3. Pembatasan Masalah ... 4
1.4. Metodologi Penelitian ... 4
1.5. Manfaat Penelitian ... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1. Sel Surya ... 6
2.1.1. Sejarah Sel Surya ... 6
2.1.2. Proses pembangkitan arus pada Solar Cell ... 9
2.1.4. Kurva IV ... 12
2.1.5. Arus Short Circuit ... 13
2.1.6. Tegangan Open Circuit ... 14
2.1.7. Efek Resistif ... 15
2.1.8. Efek Temperatur ... 16
2.1.9. Efek Intensitas Cahaya Matahari ... 18
2.2. Sistem Penyimpanan Energi (Baterai) . ... 19
2.2.1. Tegangan Baterai ... 20
2.2.2. Kapasitas Baterai ... 21
2.2.3. Parameter charging dan Discharging Baterai ... 23
3.2.2. Pencatuan Energi Listrik dari Solar Cell
ke Baterai ... 34
3.2.3. Pengubahan energy listrik DC dari Baterai menjadi energi listrik AC ... 36
3.2.4. Penerusan Energi Listrik dari Inverter ke Beban 36 3.3. Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras ... 37
4.6.1. Pengujian Hari Pertama ... 50
4.6.2. Pengujian Hari Kedua ... 52
4.6.3. Pengujian Hari Ketiga ... 53
4.7. Penggunaan Alat ... 55
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 57
5.2. Saran ... 58
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Pembangkit Listrik Tenaga Batubara di Tampa, USA ... 1
Gambar 1.2 Sekeping Solar Cell ... 2
Gambar 2.1 Transfer Energi Surya ke Bumi ... 7
Gambar 2.2 Foton yang menciptakan Elektron Hole ... 10
Gambar 2.3 Pergerakan Elektron dan Hole ... 11
Gambar 2.4 Pertemuan Elektron dan Hole ... 11
Gambar 2.5 Kurva IV solar cell yang menunjukkan arus short circuit .. 13
Gambar 2.6 Kurva IV solar cell yang menunjukkan tegangan open circuit ... 14
Gambar 2.7 karakteristik Resistansi ... 15
Gambar 2.8 Resistansi seri dan shunt pada rangkaian solar cell ... 15
Gambar 2.9 Efek temperature pada karakteristik IV solar cell ... 17
Gambar 2.10 Kurva IV terhadap perubahan intensitas cahaya matahari . 19 Gambar 2.11 Kurva tegangan baterai saat discharge untuk beberapa baterai ... 21
pada 25 celcius ... 25
Gambar 2.13 Diagram Fungsional ATmega8535 ... 28
Gambar 2.14 Pin ATmega8535 ... 30
Gambar 2.15 Power Inverter ... 31
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem ... 33
Gambar 3.2 Modul Surya ... 37
Gambar 3.3 Solar Charger ... 38
Gambar 3.4 Batere ... 39
Gambar 3.5 Power Inverter 300 Watt ... 39
Gambar 3.6 Power Changeover ... 40
Gambar 3.7 Power Supply ... 40
Gambar 3.8 Modul LCD dan Mikrokontroler ... 41
Gambar 3.9 Diagram Alir Sistem ... 42
Gambar 4.1 Pengujian ADC setelah penambahan penguat instrumentasi 43 Gambar 4.2 Grafik Beban ... 44
Gambar 4.3 Grafik perbandingan beban sebenarnya dan beban terukur 45
Gambar 4.5 Grafik pengukuran Perubahan Arus dan Tegangan Solar Cell
menggunakan Multimeter Digital ... 47
Gambar 4.6 Grafik Hasil Pengujian Hari Pertama ... 51
Gambar 4.7 Grafik Hasil Pengujian Hari Kedua ... 53
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Perbandingan Beban, Beban Terukur, dan Deviasi . ... 45
Tabel 4.2 Pengujian Minimum LED ... 48
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Alat Hari Pertama ... 51
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Alat Hari Kedua ... 52
ABSTRAK
ABSTRACT
One of problems in electrical energy is the limited source of fossil, which is main
source of electrical energy in indonesia. The solution for this problem can be
solved by using renewable energy. Solar cell is one of electrical source, which is
using sunlight as a source, sustainable and green energy. Because solar cell come
from sunlight, so the output is unstable depending on weather and environment.
One of solutions is using battery to store energy. Research was conducted to
design a Solar Cell to Battery Charging System so the stored electrical energy
could be used for lighting and home use.
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Energi listrik merupakan energi yang sangat penting bagi kehidupan
manusia. Dari kebutuhan yang sifatnya mendasar seperti untuk kebutuhan rumah
tangga hingga untuk kebutuhan komersial hampir semuanya membutuhkan energi
listrik. Peningkatan kebutuhan energi Listrik dapat merupakan indikator
peningkatan kemakmuran, namun bersamaan dengan itu juga menimbulkan
masalah dalam usaha penyediaannya. Pada saat ini, ketersediaan sumber energi
listrik tidak mampu memenuhi peningkatan kebutuhan listrik di Indonesia.
Terjadinya pemutusan sementara dan pembagian energi listrik secara bergilir
merupakan dampak dari terbatasnya energi listrik yang dapat disalurkan oleh
PLN.
Salah satu upaya untuk mengatasi krisis energi listrik adalah mengurangi
ketergantungan terhadap sumber energi fosil. Hal ini dikarenakan energi fosil
yang ada jumlahnya terbatas dan energi fosil ini juga merupakan energi yang tidak
dapat diperbaharui, membutuhkan jutaan tahun untuk menciptakannya. Karena
kelangkaan tersebut, tentu saja akan berdampak terhadap segi ekonominya.
Keterbatasan tersedianya sumber energi fosil sebagai penghasil energi
listrik telah mendorong penelitian dan pengembangan kearah penggunaan sumber
energi alternatif salah satunya adalah sumber energi matahari.
Pemakaian energi surya di Indonesia mempunyai prospek yang sangat
baik, mengingat bahwa secara geografis sebagai negara tropis, melintang garis
katulistiwa berpotensi energi surya yang cukup baik.
Pemanfaatan Tenaga Surya melalui konversi Photovoltaic telah banyak
diterapkan antara lain penerapan sistem individu dan sistem hybrid yaitu sistem
penggabungan antara sumber energi konvensional dengan sumber energi
terbarukan.
Sinar matahari dapat diubah menjadi energi listrik menggunakan alat yang
disebut photovoltaic atau solar cell (sel surya).
Sel surya ini akan menghasilkan listrik searah (DC) apabila permukaannya
terkena sinar matahari dengan intensitas tertentu. Potensi dari sumber energi
matahari dapat memberikan sumbangan yang besar bila dapat dimanfaatkan
secara optimal dengan mendesain suatu sistem pengubah energi yang dapat
mensuplai kebutuhan energi. Penggunaan sumber energi matahari ini mempunyai
beberapa keuntungan antara lain tersedianya sumber energi yang cuma-cuma,
ramah lingkungan sehingga bebas polusi dan tak terbatas. Oleh karena itu, perlu
dilakukan kajian yang lebih detail untuk memahami sistem listrik yang berasal
dari sumber energi matahari ini.
Satu masalah yang muncul pada penggunaan energi matahari ini adalah
energi yang dihasilkan berubah-ubah tergantung pada musim dan lingkungan. Hal
ini akan sangat dirasakan pada daerah-daerah dimana intensitas mataharinya
berubah-ubah secara ekstrim. Oleh karena itu, dibutuhkan suatu sistem
penyimpanan energi yaitu accumulator atau baterai. Energi matahari yang
dihasilkan dari matahari dapat digunakan untuk mencharging daya ke accumulator untuk selanjutnya dari accumulator tersebut dapat digunakan untuk
mencatu beban.
Berdasarkan hal tersebut diatas, peneliti merancang suatu alat pembangkit
listrik menggunakan panel surya (sekumpulan sel-sel surya) yang dilengkapi charger
otomatis untuk baterai sebagai penyimpan energi listrik yang dihasilkan oleh panel
surya. Sistem ini terdiri dari modul sel surya (solar cell) sebagai penghasil energi
listrik, mikrokontroller ATMega8535 sebagai control, batere, dan inverter. Peneliti
keperluan penerangan rumah dan diharapkan penelitian ini akan sangat berguna
bagi kepentingan umum.
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuat sistem pencatuan solar
cell menggunakan baterai sebagai salah satu upaya mengatasi krisis energi
sehingga sumber energi matahari atau solar cell dapat menjadi sumber energi listrik yang dipergunakan untuk kebutuhan penerangan di sebuah rumah.
1.3 Pembatasan Masalah
Pada pembahasan berikutnya agar lebih terarah sesuai dengan tujuan,
maka pokok pembahasan perlu dibatasi yakni sebagai berikut:
1. Karakteristik sel photovoltaic dan daerah kerja sistem photovoltaic.
2. Menggunakan panel Solar Cell berkapasitas 20 watt, arus maksimum 1.7
Ampere dan tegangan maksimum 18 volt.
3. Menggunakan batere 12 volt sebagai tempat penyimpanan arus listrik pada saat
Solar Cell mendapat energi dari sinar matahari.
4. Pengaruh perubahan intensitas cahaya dan suhu terhadap arus dan tegangan
Solar Cell tidak dibahas.
1.4 Metodologi Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan metode :
1. Metode kepustakaan yaitu berdasarkan literature yang meliputi buku-buku dan
2. Metode penelitian yaitu pembuatan alat-alat yang dilakukan di Laboratorium
Elektronika FMIPA USU.
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat :
1. Dijadikan sebagai pengembangan dari teori yang didapatkan oleh peneliti
selama perkuliahan.
2. Bermanfaat bagi pengembangan pembangkit daya listrik alternatif.
3. Memberikan informasi tentang pembuatan pembangkit daya listrik alternatif
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 SEL SURYA
Sel surya pada dasarnya sebuah foto dioda yang besar dan dirancang dengan
mengacu pada gejala photovoltaik sehingga dapat menghasilkan daya sebesar
mungkin. Sel surya mempunyai pengertian yaitu suatu elemen aktif yang mengubah
cahaya matahari menjadi listrik. Pengertian tersebut berdasarkan irisan sel surya yang
terdiri dari bahan semi konduktor positif dan negatif dengan ketebalan minimum 0,3
mm, yang apabila suatu cahaya jatuh padanya, maka pada kedua kutubnya timbul
perbedaan tegangan sehingga menimbulkan suatu arus searah. Silicon jenis P
merupakan lapisan permukaan yang dibuat sangat tipis supaya cahaya matahari dapat
menembus langsung mencapai junction. Bagian P ini diberi lapisan nikel yang
berbentuk cincin sebagai terminal keluaran positif. Di bawah bagian P terdapat
bagian jenis N yang dilapisi dengan nikel juga sebagai terminal keluaran negatif.
2.1.1 Sejarah Sel Surya
Prinsip dasar pembuatan sel surya adalah memanfaatkan efek photovoltaik,
yaitu suatu efek yang dapat mengubah langsung cahaya matahari menjadi energi
listrik. Efek photovoltaic pertama kali dikenali pada tahun 1839 oleh Fisikawan
Perancis Alexandre-Edmond Becquerel. Akan tetapi, sel surya yang pertama
dibuat baru pada tahun 1883 oleh Charles Fritts, yang melingkupi semikonduktor
selenium dengan sebuah lapisan emas yang sangat tipis untuk membentuk
sambungan-sambungan. Alat tersebut hanya memiliki efisiensi 1%. Russell Ohl
Sensitive Device"). Masa emas teknologi tenaga surya tiba pada tahun 1954 ketika
Bell Laboratories, yang bereksperimen dengan semikonduktor, secara tidak
disengaja menemukan bahwa silikon yang didoping dengan unsur lain menjadi
sangat sensitif terhadap cahaya. Hal ini menyebabkan dimulainya proses produksi
sel surya praktis dengan kemampuan konversi energi surya sebesar sekitar 6
persen.
Gambar 2.1 Transfer Energi Surya ke Bumi
Gambar diatas mengilustrasikan transfer energi dari matahari ke
bagian-bagian bumi. Dapat terlihat bahwa sekitar setengah dari energi masukan diserap
oleh air dan daratan, sedangkan yang lainnya diradiasikan kembali ke luar
angkasa. (Nilai 1 PW = 1015 W).
Pertama kali penggunaan sel surya diperuntukkan bagi satelit-satelit ruang
angkasa pada tahun 1958, dikarenakan ringan dan dapat diandalkan, tahan lama dan
energi matahari di angkasa lebih besar dari bumi. Tapi penggunaan sel Surya pada
masyarakat umum belum begitu meluas dikarenakan mahalnya biaya untuk
pembangkitan energi listrik menggunakan sel surya, yaitu sekitar $250 per watt
Setelah terjadinya krisis energi pada tahun 1973, maka pemanfaatan sel surya
bagi masyarakat umum terbuka. Hal ini disebabkan karena adanya penelitian yang
lebih mendalam tentang proses produksi sel surya sehingga saat ini, biaya per watt
energi listrik menggunakan sel surya pada akhir tahun 2012 adalah sekitar $ 0,6 per
watt, dan harga produksi ini akan semakin menurun sesuai dengan perjalanan waktu.
Solar cell adalah divais yang dapat mengubah energi matahari menjadi
energi listrik. Jadi secara langsung arus dan tegangan yang dihasilkan oleh solar
cell bergantung pada penyinaran matahari. Pada solar cell ini dibutuhkan material
yang dapat menangkap matahari dan energi tersebut digunakan untuk memberikan
energi ke elektron agar dapat berpindah melewati band gapnya ke pita konduksi,
dan kemudian dapat berpindah ke rangkaian luar. Melalui proses tersebutlah arus
listrik dapat mengalir dari solar cell. Umumnya, divais dari solar cell ini
menggunakan prinsip PN junction.
Pada pelaksanaannya, sel surya tidak dipakai sendirian, tetapi biasanya
dirakit menjadi Modul Surya. 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.
Komponen utama sistem surya photovoltaic adalah modul yang
merupakan unit rakitan beberapa sel surya photovoltaic. Untuk membuat modul
photovoltaic secara pabrikasi bisa menggunakan teknologi kristal dan thin film.
Modul photovoltaic kristal dapat dibuat dengan teknologi yang relatif sederhana,
photovoltaic tersusun dari beberapa sel photovoltaic yang dihubungkan secara seri
dan paralel.
Pembangkit listrik yang memanfaatkan energi surya mempunyai beberapa
keuntungan yaitu:
1. Sumber energi yang digunakan sangat melimpah dan cuma-cuma
2. Sistem yang dikembangkan bersifat modular sehingga dapat dengan
mudah diinstalasi dan diperbesar kapasitasnya
3. Perawatannya mudah
4. Tidak menimbulkan polusi
5. Dirancang bekerja secara otomatis sehingga dapat diterapkan ditempat
terpencil
6. Relatif aman
7. Keandalannya semakin baik
8. Adanya aspek masyarakat pemakai yang mengendalikan sistem itu sendiri
9. Mudah untuk diinstalasi
10.Radiasi matahari sebagai sumber energi tak terbatas
11.Tidak menghasilkan CO2 serta emisi gas buang lainnya
2.1.2 Proses Pembangkitan Arus pada Solar Cell
Pembangkitan arus pada solar cell melibatkan beberapa proses diantaranya
yaitu:
1. Cahaya dalam bentuk foton jatuh pada permukaan solar cell, kemudian diserap
dari energi band gapnya). Tetapi, electron (pada material tipe-p) dan hole (pada
tipe-n) yang terbentuk bersifat tidak stabil dan hanya akan terjadi untuk jangka
waktu yang sama dengan waktu hidup pembawa minoritas (minority carrier
lifetime) sebelum akhirnya terjadi rekombinasi.
Gambar 2.2 Foton yang menciptakan Elektron Hole
2. Untuk mencegah rekombinasi ini adalah dengan menggunakan p-n junction
yang memisahkan electron dan hole. Carrier ini dipisahkan oleh aksi medan listrik
dihasilkan cahaya melewati p-n junction, maka akan didorong melewati junction
oleh medan listrik pada junction dan menjadi majority carrier. Sedangkan elektron
mengalir kerangkaian luar setelah emitter dan base dihubungkan.
Gambar 2.3 Pergerakan Elektron dan Hole
3. Setelah melewati rangkaian luar elektron tersebut akan bertemu dengan
hole.
2.1.3 Efek Photovoltaic
Carrier-carrier yang terbentuk dari penyinaran matahari tidak dengan
sendirinya dapat membangkitkan energi listrik. Tegangan yang ada dibangkitkan
melalui proses yang dikenal sebagai “efek photovoltaic.” Carrier yang dibangkitkan oleh cahaya yang meningkat menyebabkan pergerakan dari elektron
menuju ke N-type dan pergerakan hole ke P-type. Pada kondisi short circuit, maka
carrier ini akan bergerak ke rangkaian luar dan akan kembali menuju
pasangannya, carrier ini disebut sebagai arus yang dihasilkan oleh cahaya. Pada
kondisi open circuit, dimana carrier ini dicegah untuk bergerak menuju
pasangannya, maka akan terjadi pengumpulan elektron pada N-type dan hole pada
P-type yang akan menghasilkan medan listrik baru yang akan melawan medan
yang sudah ada pada junction, sehingga memunculkan kondisi seimbang yang
baru, dimana timbul tegangan melewati P-N junction.
2.1.4 Kurva IV
Kurva IV dari solar cell adalah superposisi dari kurva IV dioda solar cell
pada saat gelap dan terang. Pada saat gelap, solar cell memiliki karakteristik kurva
IV yang hampir sama dengan dioda. Apabila disinari, kurvanya akan bergeser
kebawah dan mulai membangkitkan daya pada dioda solar cell ini. Lebih besar
intensitas dari penyinaran matahari akan menggeser kurva IV dioda tersebut lebih
jauh kebawah. Karena konvensional arus, maka nilai arusnya dibalik. Ada
beberapa parameter penting dalam menggambarkan kurva IV dari solar cell,
2.1.5 Arus Short Circuit
Arus short circuit adalah arus yang diukur ketika tegangan dari solar cell bernilai
nol dan solar cell dalam keadaan dishort. Ini terjadi ketika sejumlah carrier yang
dikumpulkan pada PN-junction bergerak kerangkaian luar, sehingga bisa
dikatakan bahwa arus short circuit adalah arus maksimum yang dapat dihasilkan
oleh solar cell.
Gambar 2.5 Kurva IV solar cell yang menunjukkan arus short circuit
Arus solar cell tergantung pada beberapa factor diantaranya:
- Luas dari solar cell
- Jumlah foton (yaitu daya dari sumber cahaya yang jatuh). Isc dari solar
cell secara langsung bergantung pada intensitas cahaya.
- Spectrum dari cahaya yang jatuh. Untuk kebanyakan pengukuran solar
cell, spectrum distandarkan pada spektrum AM1,5
- Sifat optikal (penyerapan dan pemantulan) solar cell
- Probabilitas pengumpulan solar cell, yang bergantung terutama pada
2.1.6 Tegangan Open Circuit
Tegangan open circuit adalah tegangan yang diukur ketika rangkaian solar
cell dalam keadaan terbuka, sehingga tidak ada arus yang mengalir kerangkaian
luar, dan arus bernilai nol. Tegangan open circuit ini merupakan tegangan terbesar
yang dapat dibangkitkan oleh solar cell.
Gambar 2.6 Kurva IV solar cell yang menunjukkan tegangan open circuit
Persamaan untuk Voc adalah
Voc = (nkT/q) ln((IL/ I0)+1)
Dengan IL dan I0 adalah arus yang dibangkitkan cahaya dan arus saturasi dioda.
Persamaan diatas menunjukkan Voc bergantung pada arus yang dibangkitkan
cahaya dan arus saturasi. Arus saturasi I0 bergantung pada jumlah rekombinasi
2.1.7 Efek Resistif
Karakteristik resistansi dari sebuah solar cell dapat diukur dari resistansi
keluaran solar cell pada maksimum power point. Karakteristik resistansi
ditunjukkan pada gambar dibawah
Gambar 2.7 Karakteristik Resistansi
Karakteristik resistansi dari solar cell adalah invers dari kemiringan garis, dimana
menurut Green,
RCH = VMP/IMP
Adanya resistansi pada solar cell dapat mengurangi efisiensi solar cell, karena
sebagian daya yang seharusnya disuplai ke beban akan berkurang karena rugi
resistansi tersebut. Secara umum, resistansi pada solar cell dibagi dua yaitu
resistansi seri dan shunt.
Resistansi seri solar cell mempunyai 3 penyebab yaitu:
- Pergerakan arus melalui emiter dan base solar cell
- Resistansi kontak antara kontak logam dan silikon
- Resistansi kontak logam bagian atas dan bawah
Efek resistansi seri adalah pengurangan fill factor dan arus short circuit. Resistansi
seri tidak berpengaruh pada tegangan open circuit, tetapi kurva IV dipengaruhi
oleh resistansi seri.
Faktor utama daya yang hilang adalah adanya resistansi shunt, RSH, yang disebabkan karena cacat fabrikasi. Resistansi shunt yang rendah menyebabkan
adanya jalur lain bagi arus yang dibangkitkan cahaya, sehingga terdapat daya
yang hilang. Pembalikan arus ini mengurangi sejumlah arus yang mengalir
melalui junction solar cell dan mengurangi tegangan dari solar cell. Efek resistansi
shunt ini terutama terjadi pada level intensitas cahaya yang rendah karena hanya
sedikit cahaya yang menghasilkan arus. Resistansi shunt ini juga sangat
berpengaruh terhadap fill factor.
2.1.8 Efek Temperatur
Bahan semikonduktor memiliki sifat sensitif terhadap temperatur begitu
juga solar cell. Bertambahnya temperatur dapat mengurangi band gap dari solar
cell, sehingga akan berpengaruh terhadap beberapa parameter dari solar cell.
Bertambahnya temperatur dapat dilihat sebagai peningkatan energi
elektron dari material. Sehingga untuk memutuskan ikatan membutuhkan energi
semikonduktor, penurunan energi ikatan juga menurunkan band gap. Oleh sebab
itu, peningkatan suhu menurunkan band gap.
Temperatur mempengaruhi persamaan karakteristik dengan dua cara,
secara langsung melalui T pada bagian eksponensial dan secara tidak langsung,
efeknya terjadi pada I0. Salah satu parameter solar cell yang dipengaruhi oleh
temperatur adalah tegangan open circuit. Efek meningkatnya temperatur akan
mengurangi secara linear nilai tegangan open circuit. Besarnya pengurangan ini
secara terbalik sebanding terhadap Voc, dan sel dengan nilai Voc yang lebih
tinggi, pengurangan nilai tegangannya akan lebih kecil ketika temperatur naik.
Arus yang dibangkitkan cahaya meningkat sedikit dengan meningkatnya
temperatur karena meningkatkan jumlah carrier yang dihasilkan secara termal
dalam cell.
Berdasarkan salah satu sumber menyatakan bahwa temperatur yang tinggi
dapat mengurangi efisiensi. Hal ini dikarenakan perubahan tegangan lebih besar
daripada perubahan pada arus.
2.1.9 Efek Intensitas Cahaya Matahari
Intensitas cahaya matahari memiliki pengaruh yang penting baik pada arus
short circuit, tegangan open circuit, fill factor, efisiensi, dan hambatan seri
maupun hambatan shunt. Intensitas cahaya dinyatakan dalam jumlah matahari,
dimana satu matahari sesuai dengan standar iluminasi pada AM 1.5 atau 1
kW/m2.
Arus short circuit secara langsung berhubungan dengan jumlah foton yang
diserap oleh material semikonduktor dan kemudian sebanding dengan nilai
intensitas cahaya, sedangkan tegangan open circuit hanya berubah sedikit ketika
intensitas cahaya rendah. Intensitas cahaya matahari mungkin dapat berbeda
setiap hari, hal ini menyebabkan energi yang masuk ke solar cell juga akan
berubah-ubah, bervariasi antara 0 sampai1 kW/m2. Pada cahaya yang rendah, efek
resistansi shunt akan bertambah. Berkurangnya intensitas cahaya menyebabkan
arus yang melewati solar cell berkurang dan nilai resistansi seri hampir sama nilai
resistansi shuntnya. Ketika dua resistansi ini hampir sama, total arus yang
mengalir melalui resistansi shunt bertambah, kemudian akan menambah daya
yang hilang karena resistansi shunt. Sehingga pada kondisi berawan, solar cell
dengan resistansi shunt yang tinggi dapat menahan daya yang masuk lebih banyak
Gambar 2.10 Kurva IV terhadap perubahan intensitas cahaya matahari
Pada thin film solar cell, pengumpulan arus yang berasal dari cahaya akan
berkurang pada intensitas yang tinggi, dengan area iluminasi kecil. Hal ini
disebabkan pada intensitas yang tinggi ada batasan tertentu yang disebabkan
resistansi seri dan bertambahnya losses tegangan yang bergantung pada
pengumpulan carrier. Pada salah satu sumber disebutkan, pada eksperimen
menggunakan lampu pijar yang dilakukan untuk mencari hubungan antara
intensitas cahaya dan efisiensi, didapat kesimpulan bahwa efisiensi semakin
berkurang ketika nilai intensitas lampu pijar bertambah.
2.2 Sistem Penyimpanan Energi (Baterai)
Sistem penyimpanan energi yang biasa dipakai untuk penyimpanan energi
keluaran solar cell adalah baterai. Baterai ini digunakan karena solar cell memiliki
karakteristik daya keluaran yang tidak stabil, berubah-ubah sesuai dengan
intensitas cahaya yang jatuh pada permukaannya sedangkan beban umumnya
menyaratkan suplai daya yang stabil dan apabila daya masukannya berubah-ubah
Dikarenakan pentingnya baterai dalam sistem solar cell tersebut, maka
penting bagi kita untuk mengetahui kerakteristik dari baterai. Karakteristik yang
perlu diperhatikan diantaranya tegangan baterai, parameter charging dan
discharging, kapasitas daya dan lain lain. Baterai yang ideal mempunyai efisiensi
yang tinggi, self discharge yang rendah, dan harga yang murah.
2.2.1 Tegangan Baterai
Tegangan baterai adalah karakteristik dasar dari baterai, yang ditentukan
oleh reaksi kimia dalam baterai, konsentrasi komponen baterai, dan polarisasi
baterai. Tegangan nominal baterai tidak dapat diukur, tetapi yang dapat kita ukur
hanyalah tegangan open circuitnya.
Karena potensial listrik dari kebanyakan reaksi kimia adalah 2 volt,
sedangkan kebanyakan beban memerlukan tegangan sebesar 12 V, maka beberapa
sel baterai tersebut diserikan sebanyak enam buah, sehingga membentuk baterai
yang mempunyai tegangan 12 V, seperti pada baterai lead acid.
Tegangan baterai ketika arus mengalir mungkin berbeda dari equilibrium
atau tegangan open circuit. Kurva charging dan discharging tidak simetris karena
adanya tambahan reaksi yang mungkin menyebabkan tegangan yang lebih tinggi
Gambar 2.11 Kurva tegangan baterai saat discharge untuk beberapa baterai
Pada banyak jenis baterai, termasuk baterai lead acid, pada level tegangan
tertentu, baterai tersebut sudah tidak dapat menyuplai lagi ke beban, level
tegangan ini disebut tegangan cut off. Level tegangan ini berbeda-beda untuk
setiap jenis baterai, temperatur dan nilai discharge baterai.
2.2.2 Kapasitas Baterai
Kapasitas baterai adalah ukuran muatan yang disimpan suatu baterai yang
ditentukan oleh masa aktif material didalamnya. Kapasitas menggambarkan
kondisi khusus tertentu. Tetapi kemampuan penyimpanan baterai dapat berbeda
dari kapasitas nominalnya, diantaranya karena kapasitas baterai bergantung pada
umur dan keadaan baterai, parameter charging dan discharging, dan temperatur.
Satuan dari kapasitas baterai ini sering dinyatakan dalam Ampere hours
(walaupun kadang dalam Wh), ditentukan sebagai waktu dalam jam yang
dibutuhkan baterai untuk secara kontinu mengalirkan arus atau nilai discharge
pada tegangan nominal baterai. Satuan Ah sering digunakan ketika tegangan
baterai bervariasi selama siklus charging atau discharging. Kapasitas Wh dapat
diperkirakan dengan mengalikan kapasitas Ah dengan tegangan nominal baterai.
Misalnya, baterai 12 V dengan kapasitas 500 Ah memberikan energi yang
tersimpan sekitar 100 Ah x 12 V – 1,200 Wh atau 1.2 KWh.
Temperatur dari baterai berpengaruh terhadap energi yang dapat
dikeluarkan dari baterai. Pada temperatur yang lebih tinggi akan memiliki
kapasitas yang lebih besar daripada temperatur yang rendah. Tetapi meningkatkan
temperatur dengan disengaja memiliki dampak negatif, karena akan mengurangi
lifetime dari baterai. Umur dan keadaan baterai juga berpengaruh terhadap
kapasitas baterai.
Meskipun baterai dipergunakan secara benar sesuai aturan manufaktur,
semakin lama kapasitas baterai tersebut dapat berkurang. Keadaan dari baterai
juga berpengaruh terhadap kapasitas baterai. Misalnya, jika baterai pernah
2.2.3 Parameter Charging dan Discharging Baterai
Karena baterai berfungsi untuk menyimpan energi, maka baterai tersebut
akan mengalami siklus charging atau pemberian muatan, dari solar cell / charger
lain mengalirkan arus kebaterai, dan siklus discharging atau pelepasan muatan
dari baterai tersebut mengalirkan arus ke beban.
Nilai charging dalam ampere adalah sejumlah muatan yang diberikan pada
baterai persatuan waktu. Sedangkan discharging dalam ampere adalah sejumlah
muatan yang digunakan ke rangkaian luar (beban) yang diambil dari baterai. Nilai
charging / discharging ini dinyatakan dalam arus dan besarnya bergantung pada
kapasitas dari baterai dan lamanya waktu yang dibutuhkan untuk proses tersebut.
Nilai discharge ditentukan dengan membagi kapasitas baterai (Ah) dengan
jam yang dibutuhkan untuk charging/discharging baterai. Contohnya, kapasitas
baterai 500 Ah secara teori dapat didischarge untuk tegangan cut off selama 20
jam dengan nilai dischargenya 500 Ah/ 20 h = 25 A. Lalu, jika tegangan baterai
12 V, maka daya yang diberikan kebeban adalah 25 A x 12 V = 300 W.
Nilai charging dan discharging berpengaruh terhadap nilai kapasitas
baterai. Jika baterai didischarge sangat cepat (arus discharge tinggi), maka
sejumlah energi yang dapat digunakan oleh baterai menjadi berkurang sehingga
kapasitas baterai menjadi lebih rendah. Hal ini dikarenakan, kebutuhan suatu
materi/komponen untuk reaksi yang terjadi tidak mempunyai waktu yang cukup
untuk bergerak ke posisi yang seharusnya. Hanya sejumlah reaktan yang diubah
arus discharge yang digunakan sekecil mungkin, sehingga energi yang digunakan
kecil dan kapasitas baterai menjadi lebih tinggi.
Nilai self discharge adalah ukuran seberapa cepat cell akan kehilangan
energi pada saat kondisi diam, dikarenakan aksi bahan kimia yang tidak
diinginkan dalam cell. Nilainya bergantung pada bahan kimia cell dan
temperatur. Nilai self discharge untuk lead acid berkisar 4% hingga 6% perbulan.
Nilai reaksi kimia yang tidak diinginkan yang menyebabkan arus internal bocor
antara elektroda positif dan negatif cell meningkat sesuai temperaturnya yang
akhirnya meningkatkan nilai self discharge baterai.
2.2.4 Battery State of Charge (BSOC)
BSOC didefinisikan sebagai rasio dari total kapasitas energi yang dapat
digunakan oleh sebuah baterai dengan kapasitas baterai seluruhnya. SOC
menggambarkan energi yang tersedia yang dituliskan dalam persentase sesuai
beberapa referensi, kadang dianggap sebagai nilai kapasitas tapi seperti kapasitas
arus. Jadi nominal kapasitas energi dari sebuah baterai tidak dapat dikeluarkan
secara total, dengan BSOC ini kita dapat menentukan total energi yang dapat
digunakan dari sebuah baterai. Untuk contohnya, baterai dengan 80% SOC
dengan kapasitas 500 Ah, maka energi yang dapat digunakan dari baterai tersebut
sebesar 400 Ah. Temperatur dan nilai discharge dapat mengurangi kapasitas
efektif. Cara mengukur SOC dari sebuah baterai dapat dilakukan 3 cara yaitu:
1. Pengukuran secara langsung, dapat dilakukan jika baterai dapat didischarge
2. SOC dari pengukuran Specific Grafity (SG), cara ini bergantung pada
perubahan pengukuran dari berat bahan kimia aktif.
3. Perkiraan SOC berdasarkan tegangan dilakukan dengan mengukur tegangan
cell baterai sebagai dasar untuk penghitungan SOC atau sisa kapasitas. Hasil dapat
berubah bergantung pada level tegangan nyata, temperatur, nilai discharge dan
umur cell dan kompensasi untuk faktor ini harus tersedia untuk mendapatkan
akurasi yang pantas.
Gambar 2.12 Tegangan open circuit Vs sisa kapasitas baterai Lead Acid pada 25 celcius
2.3.5 Depth of Discharge (DOD)
Pada kebanyakan baterai, energi yang disimpan baterai tidak dapat
dikeluarkan semuanya, karena akan memiliki dampak negatif berupa kerusakan
dari baterai. Depth of discharge ini menentukan daya maksimum yang dapat
digunakan dari baterai.
digunakan. Hal ini terjadi karena pengambilan seluruh kapasitas baterai dapat
mengurangi lifetime dari baterai. Jadi, DOD dapat dikatakan energi yang dapat
digunakan dari baterai dan ditetapkan oleh manufaktur. Untuk contoh 500 Ah
dengan DOD 20%, maka baterai tersebut hanya menyediakan 20%x500 Ah = 100
Ah.
2.3 MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535
Mikrokontroler sebagai suatu terobosan teknologi mikroprosesor dan
mikrokomputer hadir memenuhi kebutuhan pasar dan teknologi baru. Sebagai
teknologi baru yaitu teknologi semikonduktor dengan kandungan transistor yang
lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang yang kecil serta dapat diproduksi
secara massal (dalam jumlah banyak) membuat harganya menjadi lebih rendah
(dibandingkan mikroprosesor). Mikrokontroler adalah komponen elektronika yang
menggabungkan berbagai macam piranti tambahan kedalam mikrokomputer menjadi
satu chip IC. Piranti gabungan ini memuat unit pemroses data pusat (CPU), unit
memori (ROM dan RAM), Port I/O, dan ditambah dengan beberapa fasilitas lain
seperti pewaktu, counter, dan layanan kontrol interupsi. Mikrokontroler lahir karena
kebutuhan akan efektivitas pengendalian sistem yang akan dilakukan. Penggunaan
mikrokontroler akan menambah efektivitas tersebut yang dilihat dari beban listrik
yang dikonsumsi dan juga dari biaya yang relatif lebih rendah. Mikrokontroler juga
digunakan untuk mengendalikan suatu sistem yang spesifik yaitu sistem yang
Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s RISC processor) memiliki arsitektur
RISC 8-bit dan semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bit word) dan
sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 siklus detak. Berbeda dengan instruksi
MSC51 yang membutuhkan 12 siklus detak. Tentu saja itu terjadi karena kedua jenis
mikrokontroller tersebut memiliki arsitektur yang berbeda. AVR berteknologi RISC
(Reduced Instruction Set Computing), sedangkan seri MCS51 berteknologi CISC
(Complex Instruction Set Computing). Secara umum, AVR dapat dikelompokkan
menjadi 4 kelas, yaitu keluarga Attiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan
AT86RFxx. Pada dasarnya, yang membedakan masing-masing kelas adalah memori,
perifheral, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan mereka
bisa dikatakan hampir sama.
2.3.1 Arsitektur ATMega8535
Pada Gambar 2.2 tersebut dapat dilihat bahwa Atmega 8535 memiliki bagian sebagai
berikut (M. Ary Heryanto, 1):
1. Saluran I/O sebanyak 32, yaitu pada Port A, Port B, Port C, dan Port D
2. ADC 10 bit
3. Tiga unit Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan
4. CPU yang terdiri atas 32 unit register
5. Watchdog Timer dengan osilator internal
6. SRAM sebesar 512 byte
7. Memori Flash sebesar 8 kB dengan kemampuan Read While Write
8. Unit interupsi internal dan eksternal
9. Port antarmuka SPI
11. Antarmuka komparator analog
12. Port USART untuk komunikasi serial
Gambar 2.13 Diagram Fungsional ATmega8535
2.3.2 Fitur ATMega8535
1. Sistem mikroprosesor 8-bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16
MHz
2. Kapabilitas memori flash 8 KB, SRAM sebesar 512 byte, dan EEPROM
(Electrically Erasable Programmable Read Only Memori) sebesar 512 byte.
3. ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel
4. Enam pilihan mode sleep untuk menghemat penggunaan daya listrik
2.3.3 Konfigurasi Pin ATMega8535
Konfigurasi pin Atmega 8535 dilihat pada Gambar 2.7. Dari gambar tersebut
maka dapat dijelaskan secara fungsional konfigurasi pin Atmega 8535 sebagai berikut
(M. Ary Heryanto, 3):
1. VCC merupakan pin yang berfungsi untuk pin masukan catu daya.
2. GND merupakan pin ground.
3. Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC.
4. Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus
yaitu Timer/Counter, komparator analog, dan SPI.
5. Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus
yaitu TWI, komparator analog, dan Timer Oscilator.
6. Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus
yaitu komparator analog, interupsi eksternal, dan komunikasi serial.
RESET merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler.
7. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan detak eksternal.
8. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.
Gambar 2.14 Pin ATmega8535
2.3.4 Bahasa Pemrograman AVR
Terdapat berbagai macam jenis pemrogaman mikrokontroler AVR.
diantaranya yaitu menggunakan bahasa Bascom, Codevision AVR, Assembler dan
AVR studio. Masing-masing bahasa pemrogaman mempunyai kelebihan dan kekurangan sesuai dengan kebiasaan pemrogram.
2.4 Inverter
Inverter adalah perangkat yang mengubah daya DC dari aki ke listrik AC.
Inverter secara teori ada 3 jenis, tapi secara umum sering didapati hanya 2 jenis,
yaitu Inverter yang bergelombang sinus murni (pure sine inverter) dan Inverter
yang bergelombang sinus dimodifikasi (modified sine inverter).
Kebanyakan perangkat AC berfungsi dengan baik dengan aliran listrik dari
Inverter sinus dimodifikasi, kecuali alat pemakai listrik AC itu adalah alat yang
yang bergelombang sinus dimodifikasi. AC yang bergelombang sinus
dimodifikasi juga bisa memberikan suara dengungan ketika diterapkan pada
alat-alat seperti kipas angin, amplifier dan lampu neon biasa. Walaupun demikian,
Inverter bergelombang sinus dimodifikasi adalah alat yang membuat konversi arus
DC ke AC yang paling efisien dan relatif murah. Inverter bergelombang sinus
murni sebaliknya memberikan listrik AC yang bersih dan sangat identik dengan
listrik dari sumber jaringan listrik PLN.
Gambar 2.15 Power Inverter
Kapasitas sebuah Inverter menentukan jumlah daya AC yang bisa
disediakan terus menerus. Disamping itu, juga diterapkan toleransi lonjakan arus
listrik, missal 5 detik sampai dengan 0,5 jam. Angka-angka toleransi lonjakan
memberikan gagasan tentang berapa banyak daya yang dapat disuplai oleh
inverter selama 5 detik sampai dengan 0,5 jam sebelum arus yang berkelebihan itu
diputuskan demi untuk melindungi Inverter tersebut.
Satuan ukuran Inverter adalah Watt. Untuk alat-alat listrik AC yang perlu
harus dipilih. Caranya adalah memilih Inverter yang berkemampuan memasok
daya semaksimal keperluan gabungan beban alat-alat AC. Contohnya : Alat-alat
AC terdiri dari : 1 unit oven microwave yang berdaya 800 Watt
dan 1 unit TV yang berdaya 120 Watt. Jadi, total beban dalam hal ini adalah
800Watt + 120Watt = 920Watt.
Perhatikan bahwa perhitungan ini mengasumsikan bahwa inverter dipilih
memiliki peringkat gelombang sinus yang cocok untuk mengatasi lonjakan oven
microwave dan beban TV. Jadi, untuk beban 920 Watt, inverter 1000W boleh
dikatakan cocok untuk dipakai. Akan tetapi, dengan pertimbangan efisiensi, maka
BAB III
METODOLOGI PEMBANGUNAN ALAT
3.1. Tempat Pembangunan Alat
Penelitian dilakukan di Laboratorium Elektronika Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
3.2. Perancangan Sistem Alat
Pada bagian ini akan dirancang blok diagram sistem charger pada sel surya.
3.2.1 Cara Kerja Sistem
Dari diagram blok sistem pada gambar 3.1 cara kerja sistem secara umum
adalah sebagai berikut:
1. Seluruh kinerja dari sistem dikendalikan oleh pengendali berupa
mikrokontroller ATMega 8535 yang bekerja sesuai dengan perintah yang
diatur melalui perangkat lunak.
2. Batere sebagai tempat penyimpanan energi listrik yang dihasilkan oleh sel
surya.
3. Sel Surya sebagai sumber energi listrik yang akan di simpan (charge) pada
batere.
4. Charger sebagai alat untuk mencharge batere sesuai dengan kebutuhan
batere dan juga sebagai penahan arus balik dari batere ke sel surya
apabila charge listrik dari sel surya berada dibawah jumlah charge pada
batere sehingga tidak merusak sel surya.
5. Inverter sebagai pengubah arus DC dari batere menjadi arus AC yang akan
digunakan pada beban dalam hal ini adalah sebuah bohlam lampu.
6. Power Changeover sebagai pengubah penggunaan arus listrik dari
jaringan/jala-jala PLN ke arus dari batere yang sudah diubah oleh
inverter.
3.2.2 Pencatuan Energi Listrik dari Solar cell (Sel Surya) ke Batere
Solar cell merupakan salah satu jenis pembangkit listrik yang tidak
suara yang bising, dan tahan lama. Seperti pada penjelasan sebelumnya bahwa
solar cell sangat bergantung pada intensitas cahaya matahari yang masuk pada
permukaannya.
Yang terjadi adalah bahwa daya yang disuplai oleh solar cell ini
berubah-ubah dan tidak stabil tergantung kondisi penyinaran saat itu, sehingga apabila
solar cell ini dihubungkan secara langsung ke beban, maka dapat merusak beban
tersebut. Solusinya adalah dengan menggunakan sistem penyimpanan energi yang
menyimpan energi listrik tersebut untuk kemudian disambungkan ke beban,
sehingga apabila kondisi penyinaran matahari dalam keadaan mendung, dari
sistem penyimpanan energi tersebut masih dapat menyuplai beban secara stabil.
Sistem penyimpanan energi yang sering digunakan adalah baterai/
accumulator. Solar cell yang memiliki nominal tegangan 12 V, biasanya dapat
menghasilkan tegangan yang berubah dari 13-20 V, sedangkan baterai yang
digunakan mempunyai tegangan nominal 12 V. Adanya perbedaan antara
tegangan keluaran dari solar cell dan baterai tentu saja memiliki dampak, yaitu
kerusakan pada baterai yang berakibat akan mengurangi lifetime dari baterai. Oleh
karena dibutuhkan regulator tegangan yang mengubah tegangan solar cell tersebut
ke 12 V. Regulator ini selain berfungsi sebagai regulator tegangan, juga harus
mempunyai fungsi sebagai dioda proteksi, sehingga hanya melewatkan arus yang
menuju baterai dan tidak ada arus balik ke solar cell. Apabila sore, dengan tidak
adanya penyinaran dari matahari, tegangan dari solar cell bisa lebih kecil dari
dengan adanya dioda proteksi ini hal tersebut tidak terjadi. Regulator ini juga
disebut sebagai Charger.
3.2.3 Pengubahan Energi Listrik DC dari Batere menjadi Energi listrik AC
Energi listrik yang dicatukan pada batere tidak dapat langsung
dipergunakan ke beban dikarenakan energi yang tersimpan adalah dalam bentuk
arus DC (Direct Current / Arus Searah) sedangkan energi listrik yang dibutuhkan
adalah dalam bentuk arus AC (Alternating Current/Arus Bolak Balik). Oleh
karena itu, arus listrik dari batere perlu diubah menjadi arus AC. Hal ini dapat
dilakukan menggunakan alat yang disebut Inverter.
Inverter ini disambungkan ke Batere dan akan mengubah arus DC dari
Batere menjadi Arus AC yang dapat digunakan oleh beban dalam hal ini adalah
sebuah bohlam lampu 40 Watt.
3.2.4 Penerusan Energi Listrik dari Inverter ke Beban
Setelah Arus DC tersebut diubah menjadi arus AC oleh inverter, maka
arus yang dihasilkan akan diteruskan menuju jaringan beban melalui alat Power
Changeover. Alat ini berfungsi untuk mengubah sumber jaringan energi yang
menuju beban dari jaringan Jala-jala PLN ataupun dari jaringan sistem alat. Bila
terjadi pemutusan arus dari jala-jala PLN, maka power changeover akan merubah
sumber arus ke jaringan sistem alat, dan jika terdeteksi bahwa jaringan jala-jala
PLN telah kembali mengalirkan arus listrik, maka power changeover akan
3.3. Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras
Perangkat Keras alat ini terdiri dari beberapa Modul alat.
3.3.1. Modul Sel Surya
Gambar 3.2 Modul Surya
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.
Komponen utama sistem surya photovoltaic adalah modul yang
merupakan unit rakitan beberapa sel surya photovoltaic. Untuk membuat modul
photovoltaic secara pabrikasi bisa menggunakan teknologi kristal dan thin film.
Modul photovoltaic kristal dapat dibuat dengan teknologi yang relatif sederhana,
sedangkan untuk membuat sel photovoltaic diperlukan teknologi tinggi.
3.3.2. Modul Charger
Solar charge controller adalah peralatan elektronik yang digunakan untuk
mengatur tegangan dan arus yang diisi ke baterai yang berasal dari solar cell.
baterai sudah penuh) dan kelebihan tegangan dari panel surya yang dapat
mengurangi lifetime dari baterai. Solar charge controller menerapkan teknologi
pulse width modulation (PWM) untuk mengatur keluaran dari solar cell yang
masuk ke baterai. Secara umum bahwa solar cell dengan tegangan 12 V, memiliki
variasi tegangan antara 13–21Volt. Dengan adanya variasi tegangan tersebut, baterai akan cepat rusak karena overcharging. Sedangkan baterai sendiri
umumnya dicharge pada tegangan 14-14.7V.
Gambar 3.3 Solar Charger
Solar charge controller biasanya terdiri dari input yang akan dihubungkan
dengan solar cell dan dua output, yang satu dihubungkan dengan baterai dan yang
satu lagi dihubungkan dengan beban. Arus dari baterai tidak akan dapat kembali
kesolar cell, karena adanya dioda proteksi yang hanya melewatkan arus yang
berasal dari solar cell, bukan sebaliknya. Solar Charger Controller biasa juga
3.3.3. Modul Batere
Gambar 3.4 Batere
Baterai yang digunakan adalah jenis accumulator yang biasa dipakai pada
motor/mobil. Accumulator ini merupakan jenis baterai lead acid dan adalah jenis
aki basah. Tegangan nominalnya sebesar 12V, yang terdiri dari 6 sel yang masing
masing mempunyai nominal tegangan 2 Volt, yang dihubungkan secara seri.
3.3.4 Modul Inverter
Modul Inverter digunakan sebagai pengubah arus DC dari Batere menjadi
Arus AC yang digunakan pada beban. Inverter yang digunakan adalah inverter
berkapasitas 300 watt.
3.3.5. Modul Power Changeover / Relay
Power changeover biasa juga disebut sebagai relay. Modul ini digunakan
sebagai alat pengubah sumber jaringan listrik yang menuju beban.
Gambar 3.6 Power Changeover 3.3.6 Modul PSA (Power Supply)
Gambar 3.7 Power Supply
Rangkaian power supply 5 volt DC, bagaimanapun rangkaian power
supply adalah rangkaian yang pertama harus tersedia untuk bisa bekerja
bereksperimen dengan rangkaian digital maupun dengan mikokontroller. Kalau
suatu saat tegangan yang diperlukan misalnya 6 volt DC, demikian juga jika
diperlukan tegangan 9 Volt DC atau 12 volt DC, cukup dengan mengganti
3.3.7 Modul Mikrokontroler
Mikrokontroler yang digunakan pada alat adalah sebuah Mikrokontroler
keluarga ATMega, yaitu mikrokontroler ATMega 8535. Pada modul ini sudah
terpasang/tersambung juga modul LCD yang digunakan untuk melihat kondisi
charge dari Batere maupun kondisi dari Charger Modul surya.
Gambar 3.8 Modul LCD dan Mikrokontroler
Modul Mikrokontroler ini juga dapat disambungkan dengan modul keypad
yang berguna untuk memberikan input pada program/perangkat lunak yang
3.4. Diagram Alir
Gambar 3.9 Diagram Alir Sistem
Dari diagram alir pada gambar 3.9 dapat dilihat bahwa sistem yang
dirancang adalah khusus untuk penerangan pada malam hari, dan siang hari
digunakan sebagai waktu untuk system melakukan charging pada batere. Diagram
alir diatas merupakan algoritma perangkat lunak yang dibuat untuk mempermudah
pembuatan program dari seluruh sistem.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Pengujian ADC
Untuk memperoleh konversi tegangan Digital dengan tegangan Analog,
pengujian dilakukan dengan memberikan tegangan masukan yang sudah
dikuatkan dibandingkan dengan nilai tegangan digital hasil konversi ADC. Hasil
dari konversi tersebut ditunjukkan pada gambar 4.1. Dengan persamaan yang
didapat yaitu y = 0,0024x, dimana variable x merupakan nilai ADC. Dengan
demikian, persamaan ini dimasukkan dalam program konversi tegangan.
y = 0.0024x
4.2. Pengujian Beban
Setelah diperoleh hasil pengujian yang sesuai, rancangan alat ini dilakukan
penguian dengan masukan dari sensor dan keluaran dibaca dengan
mikrokontroler. Pengujian dilakukan dengan memberikan beban uji pada sensor
dari 0 sampai 100 watt. Hasil pengujian beban seperti yang ditunjukkan pada
gambar 4.2 dengan menghasilkan korelasi persamaan polynomial y = 21,94x3 – 176,3x2 + 476,3x – 328 antara beban yang diberikan terhadap tegangan keluaran. Persamaan ini dimasukkan dalam program mikrokontroler untuk mengkonversi
beban terbaca menjadi tampilan dengan satuan watt.
y = -71.622x2 + 316.42x - 249.82
Rancangan alat sudah diuji dengan beban, maka selanjutnya alat ini dilihat
performansinya pada saat digunakan untuk pengukuran beban sesungguhnya.
diperoleh dari pengujian alat dengan diberikan beban uji dari 0 sampai dengan
100 watt.
Beban Real (Watt) Beban Terukur (Watt) Deviasi (Watt) Deviasi (%)
0 1,96 1,96 ~
Tabel 4.1 Perbandingan Beban, Beban Terukur, dan Deviasi
R2 = 0.9955
Gambar 4.3 Grafik perbandingan beban sebenarnya dan beban terukur
Berdasarkan hasil diatas dapat dilihat bahwa hasil penimbangan beban
atau rata rata dibawah 10%, kecuali pada beban 40 watt. Hal ini dapat disebabkan
oleh mekanisme pada sensor.
4.3 Karakterisasi Solar Cell dengan menggunakan Multimeter Digital
Karakterisasi Solar Cell (Sel Surya) dilakukan dengan menggunakan Multimeter Digital untuk memperoleh hasil pengukuran arus dan tegangan
keluaran. Hasil pengukuran inilah yang nantinya akan menjadi acuan
perbandingan data pengukuran menggunakan Voltmeter.
Proses Karakterisasi Solar Cell secara langsung dilakukan untuk 1 cell Solar Cell, sedangkan untuk 3 cell Solar Cell menggunakan data karakterisasi yang sudah ada sebelumnya.
Hasil pengukuran perubahan tegangan dan arus dari 3 cell solar cell dapat diamati pada gambar berikut:
Gambar 4.5 Grafik pengukuran Perubahan Arus dan Tegangan Solar Cell menggunakan Multimeter Digital
Didapat dari grafik bahwa tegangan keluaran optimum adalah sebesar 18
volt dengan arus sebesar 2 ampere. Diperoleh hubungan tegangan dan arus
berbanding terbalik. Semakin besar nilai arus yang dihasilkan solar cell maka tegangan keluaran akan semakin kecil dan cenderung menurun dari tegangan
idealnya.
4.4 Pengujian Minimum Sistem
Pada pengujian minimum sistem ini dilakukan percobaan yang sifatnya
sederhana tapi dapat menunjukkan bekerja tidaknya minimum sistem tersebut.
Percobaan tersebut adalah menghidupkan beberapa LED secara bergantian.
Percobaan ini dilakukan pada I/O port (port A). Untuk menghidupkan LED
while (1)
{
//Place your code here
PORTA=240
Delay_ms (100);
PORTA=15
Delay_ms (100)
};
Jika program tersebut dijalankan, maka LED akan hidup dan mati secara
bergantian seperti yang ditunjukkan dalam tabel berikut:
LED 1 LED 2 LED 3 LED 4 LED 5 LED 6 LED 7 LED 8
Tahap 1 ON ON ON ON OFF OFF OFF OFF
Tahap 2 OFF OFF OFF OFF ON ON ON ON
Tabel 4.2 Pengujian Minimum LED
4.5 Pengujian LCD
Selain percobaan I/O port (port A) juga dilakukan percobaan terhadap LCD. Pada
tahap ini dilakukan percobaan untuk mengaktifkan LCD sistem. Pengaktifan LCD
ini dilakukan dengan cara menampilkan beberapa karakter pada LCD.
Untuk menampilkan beberapa karakter tersebut digunakan Listing Program
While (1)
Jika program diatas dijalankan maka di layar LCD akan tampil “MY PROJECT”
pada koordinat x = 4 dan y = 0. Hal ini menunjukkan bahwa minimum sistem dan
LCD dapat berjalan dengan baik.
4.6 Pengujian LCD dan Solar Sel
Pengujian berikutnya dengan cara menghubungkan solar sel ke port A.4
Selanjutnya membaca nilainya dan tampilkan ke LCD. Programnya sebagai
berikut:
sprint energi, Energi =%C ,nilai;
delay_ms (30);
};
}
Program diatas akan membaca nilai dari port A.4 yang dihubungkan ke solar sel
dengan perintah nilai adc_[4];. Dengan perintah ini maka adc_data [4] akan
dimasukkan kedalam sebuah variable bernama nilai, selanjutnya akan diubah
kedalam bentuk desimal dengan perintah sprint (energy,”Energi=%C”,nilai);
kemudian akan ditampilkan ke LCD pada koordinat x = 0 dan y = 1 melalui
perintah lcd_gotoxy(0,1); lcd_puts(energi).
Pengujian selanjutnya dilakukan dengan menghubungkan rangkaian solar sel dan
LCD ke mikrokontroler.
Dari hasil pengujian selama 3 (tiga) hari berturut-turut didapat data sebagai
berikut:
4.6.1 Pengujian Hari Pertama
Waktu Jumlah Energi (mW)
4.6.2 Pengujian Hari Kedua
Waktu Jumlah Energi (mW)
07.30 – 08.00 WIB 67421
Energi Total 3553549 mW
Pada pengujian diatas yang dilaksanakan pada tanggal 19 sampai dengan
21 Juli 2013, didapat bahwa Solar Cell memberikan daya puncak sekitar 350 W
pada tengah hari atau sekitar pukul 12.30 WIB sampai dengan pukul 13.00 WIB.
Hal ini disebabkan karena besarnya intensitas cahaya yang mengenai Sel Surya
dikarenakan cuaca yang cukup cerah dan kurang berawan.
4.7 Penggunaan Alat.
Sistem / Alat hanya 1 Panel Surya saja yang digunakan. Panel ini mampu
menghasilkan Listrik dengan tegangan 12 Volt, dengan variasi keluaran antara 13
sampai 21 volt. Dengan menggunakan Solar Charger (regulator DC) maka
tegangan yang dihasilkan dapat dibuat stabil pada 12 volt untuk mencharge
Batere. Batere yang digunakan adalah batere Lead Acid yang memiliki keluaran
tegangan 12 volt dan kapasitas arus 60 Ah (Ampere-hour/Ampere-jam).
Beban yang digunakan pada alat untuk pengujian adalah sebuah bohlam
lampu 40 Watt. Dari penggunaan alat, diharapkan bohlam lampu ini dapat
menyala selama lebih kurang 12 jam, dihitung dari pukul 18.00 WIB sampai
dengan pukul 06.00 WIB. Dengan demikian maka didapat beban harian sebesar:
40 Watt x 12 jam = 480 Wh.
Alat ini sendiri memiliki kapasitas discharge dari batere sebesar:
Seharusnya bila digunakan lampu 40 Watt, maka alat akan dapat menyalakan
bohlam lampu itu selama:
720 Wh / 40 Watt = 18 Jam.
Tapi agar batere dapat awet dan tidak cepat rusak, maka diatur agar diberi batas
discharge batere sebesar 30% dari kapasitas maksimum. Oleh karena itu, kapasitas
discharge batere adalah sebesar :
(60 Ah x 70%) x 12 Volt = 504 Wh.
Dari hasil diatas maka alat dapat digunakan untuk menghidupkan sebuah bohlam
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan
Dari hasil perancangan, pengujian dan analisis alat dapat disimpulkan bahwa:
1. Alat dapat menghasilkan cukup listrik setiap hari untuk mencatu beban
dalam hal ini sebuah bola lampu 40 untuk penerangan dimalam hari
selama lebih kurang 12 jam pemakaian.
2. Intensitas cahaya yang masuk ke solar cell berubah ubah setiap waktu,
umumnya intensitas cahaya pada pagi dan sore hari rendah, dan bila
keadaan mendung, maka intensitas cahaya dan jumlah daya listrik yang
dihasilkan juga menurun.
3. Alat akan bekerja secara otomatis bila jaringan/jala-jala PLN yang menuju
beban menjadi tidak aktif dan bila jaringan PLN aktif, maka alat akan
mengubah sumber jaringan menuju beban kembali ke jaringan PLN
4. Bila daya yang tersimpan pada batere mencapai atau berada dibawah
jumlah tertentu, maka alat akan otomatis mati walaupun jaringan PLN
belum hidup.
5. Untuk menambah daya listrik yang dihasilkan lebih besar dapat dilakukan
5.2 Saran.
1. Alat sebaiknya dibuat agar modul Panel Surya berada pada tempat yang
terkena matahari langsung, dan juga kedap air agar tidak mengalami
kerusakan apabila terkena hujan.
2. Alat juga sebaiknya menggunakan 2 atau lebih solar panel yang
disambung secara Seri.
3. Alat sebaiknya selalu di cek setiap bulan dan segera mengganti modul
yang mengalami aus agar alat tetap dapat bekerja dengan baik.
4. Untuk mendapat waktu pemakaian lebih lama, maka diperlukan batere
DAFTAR PUSTAKA
[1] Christiana Honsberg & Stuart Bowden, “Photovoltaic: Devices, Systems, and Application PVCDROM Beta of the 2nd Edition“
[2] McMahon, T.J., & Von Roedern, B. (1997). Effect of Light Intensity on Current Collection in Thin-Film Solar Cells. California: Midwest Research Institute
[3] Tuantong, T., Choosiri, N., & Kongrat, P. Effect of Physical Properties on the Efficiency of the Single Crystal Silicon Solar Cells. Thailand: Thaksin
University.
[4] solar cell. May 29, 2010. http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cell. [5] Battery and energy Technologies. 2005.
[6] http://www.mpoweruk.com/index.htm.
