Jurnal Perancangan Produk Rotatable Solar Cell Frame, Juni 2016 Jurnal Perancangan Produk Rotatable Solar Cell Frame, Juni 2016
ROTATABLE SOLAR CELL FRAME ROTATABLE SOLAR CELL FRAME
Dadyd Krishananto Dadyd Krishananto
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik Industri,
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik Industri, Universitas Mercu BuanaUniversitas Mercu Buana email:
email: dadydadyd_28d_28@yah@yahoo.coo.coomm
NIM: 41315310035 NIM: 41315310035
Abstrak Abstrak
Pemanfaatan energi matahari dalam pembangkitan energi listrik telah banyak dilakukan dengan Pemanfaatan energi matahari dalam pembangkitan energi listrik telah banyak dilakukan dengan menggunakan panel sel surya. Kemampuan panel surya dalam menghasilkan energi listrik menjadi menggunakan panel sel surya. Kemampuan panel surya dalam menghasilkan energi listrik menjadi kurang optimal dikarenakan pergerakan matahari dari timur ke
kurang optimal dikarenakan pergerakan matahari dari timur ke barat secara berkala setiap hari.barat secara berkala setiap hari. Salah satu usaha mengatasi
Salah satu usaha mengatasi masalah tersebut dengan merancang panel surya yang masalah tersebut dengan merancang panel surya yang mampumampu
mengikuti pergerakan matahari karena energi yang dihasilkan oleh panel sel surya bergantung pada mengikuti pergerakan matahari karena energi yang dihasilkan oleh panel sel surya bergantung pada besar dan lamanya pancaran sinar
besar dan lamanya pancaran sinar matahari mengenai panel sel matahari mengenai panel sel surya. Telah dilakukan perancangansurya. Telah dilakukan perancangan dan implementasi sebuah sistem r
dan implementasi sebuah sistem rotatable untuk menggerakkan/mengubotatable untuk menggerakkan/mengubah posisi permukaan selah posisi permukaan sel surya agar selalu pada posisi tegak lurus
surya agar selalu pada posisi tegak lurus terhadap matahari. Daya terbesar sel surya berada padaterhadap matahari. Daya terbesar sel surya berada pada posisi tegak lurus terhadap matahari. Posisi matahari yang
posisi tegak lurus terhadap matahari. Posisi matahari yang berubah mengakibatkaberubah mengakibatkan daya yangn daya yang dikeluarkan sel surya juga akan selalu berubah. Prinsip kerja
dikeluarkan sel surya juga akan selalu berubah. Prinsip kerja dari sistem rotatable ini dari sistem rotatable ini adalah denganadalah dengan menggunakan motor. Sel surya digerakkan menggunakan motor servo agar permukaan sel surya menggunakan motor. Sel surya digerakkan menggunakan motor servo agar permukaan sel surya tegak lurus terhadap sinar datang matahari. Berdasarkan data dan analisisnya maka dapat diketahui tegak lurus terhadap sinar datang matahari. Berdasarkan data dan analisisnya maka dapat diketahui dua hasil penting: pertama, sistem rotatable sel
dua hasil penting: pertama, sistem rotatable sel surya ini dapat bekerja dengan baik mengikuti surya ini dapat bekerja dengan baik mengikuti araharah gerak matahari setiap saat; kedua, daya yang dihasilka
gerak matahari setiap saat; kedua, daya yang dihasilkan dari sel surya ini lebih n dari sel surya ini lebih tinggi jikatinggi jika dibandingkan dengan tanpa sistem rotatable sel
dibandingkan dengan tanpa sistem rotatable sel surya.surya.
Kata kunci: rotatable, sel surya, motor servo Kata kunci: rotatable, sel surya, motor servo
PENDAHULUAN PENDAHULUAN
Energi alam yang
Energi alam yang menghasilkan energi sangatmenghasilkan energi sangat besar bisa dibangkitkan dan dijadikan untuk besar bisa dibangkitkan dan dijadikan untuk pemenuhan kebutuhan energi. Energi fosil pemenuhan kebutuhan energi. Energi fosil merupakan energi utama saat ini yang merupakan energi utama saat ini yang digunakan oleh manusia. Sementara itu, digunakan oleh manusia. Sementara itu, ketersediaan energi fosil sangat
ketersediaan energi fosil sangat terbatas.terbatas.
Sehingga dibutuhkan sumber energi lain (energi Sehingga dibutuhkan sumber energi lain (energi
alternatif) yang dapat memenuhi kebutuhan energi. Dalam perkembangannya energi
alternatif dapat dipanen dan dihasilkan dengan mengambil dari sumber energi yang bisa
terbarukan (energy harvesting). Pengambilan energi dari alam telah banyak dikembangkan seperti energi angin, energi air, bahkan energi matahari. Energi matahari yang masuk ke atmosfir bumi setiap hari sangatlah besar, sehingga dibutuhkan sebuah alat untuk memanen energi matahari yang lebih efektif dan efisien. Matahari merupakan sumber energi terbarukan sangat besar yang ada di permukaan
bumi. Matahari memancarkan energi sebesar 62 MW/m2 menuju atmosfer bumi. Indonesia
merupakan negara Khatulistiwa dengan sinar matahari hampir 12 jam per hari. Sehingga energi yang dapat diterima mencapai 4,8 KW/m2. Pemanfaatan energi matahari di Indonesia baru sebatas manfaat alamiah,
sehingga sangat banyak dari energi yang masuk ke permukaan bumi kembali dipantulkan ke angkasa luar. Sel surya merupakan salah satu alat untuk memanen energi matahari terbarukan yang terus dikembangkan. Penggunaan sel
surya memiliki banyak keuntungan diantaranya: tidak membutuhkan bahan bakar fosil, polusi yang kecil dan biaya perawatan yang kecil. Karakteristik energi yang dihasilkan sel surya sangat dipengaruhi oleh radiasi sinar matahari, temperatur, dan posisi sel surya terhadap sinar datang matahari. Sel surya akan menghasilkan energi maksimal pada saat posisi matahari tegak lurus terhadap permukaan sel surya.
Jurnal Perancangan Produk Rotatable Solar Cell Frame, Juni 2016
Solar Sel
Solar cell atau sel surya adalah sebuah alat yang tersusun dari material semikonduktor yang dapat mengubah sinar matahari menjadi tenaga listrik secara langsung. Sering juga dipakai istilah photovoltaic atau fotovoltaik. solar sel menghasilkan arus yang digunakan untuk mengisi baterai. Solar sel terdiri dari photovoltaic, yang menghasilkan listrik dari intensitas cahaya, saat intensitas cahaya berkurang (berawan, hujan, mendung) arus listrik yang dihasilkan juga akan berkurang. Sel
surya pada dasarnya terdiri atas sambungan p-n yap-ng sama fup-ngsip-nya dengan sebuah dioda (diode).
Posisi matahari akan selalu berubah dari timur ke barat setiap harinya, didukung dengan adanya gerak semu matahari. Perubahan posisi matahari tersebut akan mengakibatkan kecilnya energi yang dihasilkan
oleh sel surya, sehingga dibutuhkan sebuah sistem yang dapat
menggerakkan sel surya supaya bisa selalu tegak lurus terhadap sinar datang matahari. Sistem rotatable surya
merupakan suatu sistem yang bekerja mengikuti posisi matahahari dengan menggunakan motor agar selalu tegak lurus
terhadap matahari dengan mengubah arah timur-barat serta selatan-utara.
Latar Belakang
Perancangan Rotatable Solar Cell Frame ini adalah:
Penyediaan energi yang murah dan tersedia terus menerus
Penyediaan sumber energi listrik untuk penerangan rumah & televisi sehingga bisa mengurangi penggunaan listrik dari PLN Mendukung program pemerintah untuk pengembangan energi terbarukan.
Tujuan perancangan ini adalah merancang solar cell dengan sistem mekanik yang dapat bergerak mengikuti cahaya dan posisi matahari. Hal ini dilakukan untuk mengefektifkan penyerapan cahaya matahari sehingga
pasokan energi diperoleh secara maksimal. Proses penyerapan cahaya matahari oleh solar cell menghasilkan energi listrik untuk pengisian bateray. TINJAUAN PUSTAKA Sinar matahari memancarkan gelombang dengan panjang gelombang berbeda-beda dari 250 nm sampai dengan 2500 nm dari dari ultraviolet, infrared sampai cahaya tampak. Oleh karena itu sel surya memiliki absorber yang mampu menyerap sebanyak
mungkin radiasi matahari dan mengubahnya
menjadi energi listrik. Proses penyerapan
cahaya matahari oleh sel
surya dapat dilihat pada gambar berikut :
Sinar matahari yang terdiri dari photon akan mengenai permukaan (absorber ) sel surya. Dari absorber, sinar akan dipantulkan dan
dilewatkan, dimana elektron dibebaskan dari ikatannya oleh foton dengan tingkat energi tertentu, kemudian arus listrikpun mengalir.
Besarnya energi matahari yang diterima oleh sel surya akan dipengaruhi oleh sudut datang (angle of incidence) sinar
matahari terhadap permukaan sel surya. Energi terbesar matahari akan diserap oleh sel
surya saat permukaan sel surya tegak lurus
terhadap sinar matahari. Ketika sudut datang sinar matahari makin besar, energi yang diserap sel surya semakin kecil. Hal ini sesuai dengan
persamaan berikut: Ir = Iro cos Ø
Dimana:
Ir = Radiasi yang diserap sel surya
Iro = Radiasi yang
mengenai permukaan sel surya
Ø = Sudut yang dibentuk
antara permukaan sel surya dengan sinar matahari
Energi surya diukur dengan kepadatan daya pada suatu permukaan daerah penerima dan dikatakan sebagai radiasi surya. Rata-rata nilai dari radiasi surya diluar
atmosfir bumi adalah 1353 W/m2, dinyatakan sebagai konstanta
Jurnal Perancangan Produk Rotatable Solar Cell Frame, Juni 2016
surya. Total energi yang sampai pada permukaan horisontal dibumi adalah konstanta surya
dikurangi radiasi akibat penyerapan dan
pemantulan atmosfer sebelum mencapai bumi dan nilai tersebut disebut sebagai radiasi surya global. Insolasi surya adalah intensitas radiasi surya rata-rata yang
diterima selama satu jam, dinyatakan dengan
lambang I dan satuan W/m2. Nilai insolasi surya dipengaruhi oleh waktu siklus perputaran bumi, kondisi cuaca meliputi kualitas dan kuantitas awan,
pergantian musim dan posisi garis lintang.
Solar Cell merupakan suatu kumpulan sel fotovoltaic, dan juga dikenal oleh modul fotovoltaic moniker. Solar cell dapat mengubah intensitas sinar matahari menjadi energi listrik. Panel surya/solar cell
menghasilkan arus yang digunakan untuk mengisi baterai. Solar cell saat intensitas cahaya berkurang (berawan, hujan, dan mendung) arus listrik yang
dihasilkan juga akan berkurang. Dengan menambah panel surya/solar cell (memperluas) berarti menambah konversi tenaga surya. Pembuatan sistem
rotatable surya dirancang supaya bisa bekerja dan memiliki karakteristik statik berdasarkan sistem elektronik dan sistem mekanik yang digunakan. Komponen utama
pembentuk sistem rotatable terdiri atas motor servo sebagai penggerak mekanik sel surya, motor servo untuk menggerakkan sistem mekanik. Perangkat keras dirancang dan dibentuk sedemikian sehingga pada implementasinya lebih ringan dan lebih mudah digerakkan menggunakan motor servo Timur-Barat dan Utara-Selatan.
Gambar Original Design yang sering dipakai (fixed mounted)
Kelemahan/kekurangan design ini adalah:
Mounting fixed/tetap
Tidak dapat bergerak mengikuti arah sinar matahari
Jika ada satu cell yang rusak memerlukan waktu yang lama untuk
memperbaiki maupun menggantinya
Keterbatasan dalam menyerap panas karena tidak bisa mengikuti arah pergerakan matahari sehingga waktu peak hour hanya sebentar.
Solar Home System
Sistem Panel Solar untuk rumah terdiri dari:
Satu atau lebih modul Solar PV,
Solar charge controller yang mendistribusikan pengaturan arus untuk melindungi baterai dan peralatan dari kerusakan
Baterai/aki untuk
menyimpan energi untuk digunakan malam hari atau ketika matahari tidak bersinar
Inverter untuk
menghasilkan tegangan output 220V.
Baterai (Aki)
Baterai adalah perangkat kimia untuk menyimpan tenaga listrik dari tenaga surya. Tanpa baterai, energi surya hanya dapat digunakan pada saat ada sinar matahari.
Berdasarkan aplikasi maka aki dibedakan untuk engine starter (otomotif) dan deep cyle.
Aki otomotif, umumnya dibuat dengan plat timbal yang tipis namun banyak sehingga luas
permukaannya lebih besar. Dengan demikian aki ini bisa menyuplai arus listrik yang besar pada saat awal untuk menghidupkan mesin.
Jurnal Perancangan Produk Rotatable Solar Cell Frame, Juni 2016
Aki deep cyle, biasanya digunakan untuk sistem fotovoltaik (solar sel) dan
back up power , dimana aki mampu mengalami discharge hingga muatan listriknya tinggal sedikit.
Controller Controlller berfungsi untuk mengatur pengaturan pengisian baterai. Tegangan maksimum yang
dihasilkan panel surya pada hari yang terik akan menghasilkan tegangan tinggi yang dapat
merusak baterai. Yang perlu diperhatikan dalam menggunakan Controlller ini adalah besarnya
tegangan dan daya yang dikeluarkan modul surya dan yang dapat diterima baterai. Satuan untuk tegangan adalah Volt, sedangkan kuat arus dalam ampere, misalnya 12volt/10A.
Keuntungan Rotatable Solar Frame adalah:
Bisa bergerak mengikuti arah sinar matahari
Jika ada solar cell yang rusak cepat untuk
memperbaiki maupun menggantinya
Penyerapan energi panas secara kontinu sehingga pasokan energi listrik dengan solar cell dapat lebih lama
Proses pembuatan yang sederhana
Biaya pembuatan yang murah
Siklus Pergerakan Solar Cell dengan Gerakan Matahari
METODOLOGI PERANCANGAN
HASIL DAN PEMBAHASAN
Intensitas radiasi surya pada kondisi cerah (clear day) akan bertambah dari pagi, sejak terbit sampai siang hingga tercapainya kondisi puncak dan turun sampai matahari
terbenam pada sore hari.
Lamanya matahari
bersinar cerah dalam satu hari dinyatakan sebagai jam surya. Untuk
Indonesia, jumlah jam surya adalah sekitar 4 - 5 jam per hari. Jumlah
intensitas radiasi/insolasi surya yang diterima dalam satu hari dinyatakan dengan
satuan kilowatt-hours/m2 (kWh/m2).
Produksi energi surya pada suatu area dapat dihitung sebagai berikut :
Energi surya yang dihasilkan (Watt) =
Insolasi surya (W/m2) x luas area (m2)
Jurnal Perancangan Produk Rotatable Solar Cell Frame, Juni 2016
Gambar Rancangan Rotatable Solar Cell Frame
Gambar Hasil Rancangan
Rotatable Solar Cell Frame
Hasil perancangan
rotatable frame sel surya gambar diatas dengan menggabungkan sistem mekanik. Hasil
Implementasi Rotatable Surya Pengujian hasil implementasi sistem rotatable surya dilakukan dalam empat tahapan pengujian. Pengujian pertama yaitu pengujian fungsi masing-masing komponen yang
digunakan. Pengujian kedua dengan melakukan pengujian ketepatan arah permukaan sel surya terhadap matahari. Pengujian ketiga yaitu mengukur arus dan tegangan sel surya yang mengikuti arah gerak matahari. Dan pengujian
keempat adalah dengan membandingkan nilai daya keluaran sel surya pada sistem rotatable dengan daya sel surya dengan posisi tetap atau statik. Proses pengujian ketiga dan keempat dilakukan dalam waktu yang sama dengan tujuan intensitas cahaya
matahari yang sama. Pengujian ini dilakukan selama delapan (8) jam,
mulai pukul 07.00 saat matahari condong ke Timur sampai dengan pukul 15.00 saat matahari condong ke Barat. Sementara itu,pengambilan data dilakukan setiap setengah jam. Dari percobaan
pengujian sistem didapat daya total yang
dihasilkan sel surya dengan sistem rotatable ini, lebih besar bila
dibandingkan dengan sel surya tanpa sistem
rotatable (statis).
Desain sistem mekanik rotatable surya ini
berfungsi menggerakkan (memutar) sel surya
dengan bebas ke dua arah yang berbeda yaitu
timur-barat dan utara-selatan. Masing-masing arah sel surya berputar 180o ke arah Timur dan
Barat serta 180o ke arah Utara dan Selatan,
sehingga sel surya berada di semua titik permukaan setengah bola. Dengan demikian posisi matahari akan sangat mudah
diikuti oleh sistem rotatable ini
Analisa Anggaran Biaya
Analisa anggaran biaya pembuatan alat ini dijabarkan dalam tabel berikut: No Komponen Peralatan Jumlah Harga 1 Solar Cell 200 WP 1 3.500.000 2
Pipa galvanis 3 inch (tiang) 1-1.5 m
1 1.020.000
3
Pipa galvanis 0.5 inch
1 155.000
4
Battery (aki) 12 Volt, 80 Ah
1 950.000
5
Integrated Controller & Inverter AC – DC
1 unit 850.000 6 Kabel 50 meter 245.000 7 Motor Aktuator 1 1.200.000 8 Lain-lain 200.000 Jumlah Total 8.120.000 KESIMPULAN & SARAN
Kesimpulan yang bisa diambil dari pembahasan ini adalah:
Berdasarkan data yang didapatkan antara sel surya yang menggunakan Solar Rotatable dan sel surya diam/statis, saat pagi, siang, dan sore arus listrik yang dihasilkan sel surya yang menggunakan Solar Rotatable lebih besar dibandingkan dengan sel surya diam/statis.
Perubahan cuaca sangat mempengaruhi arus listrik yang dihasilkan dari sel surya baik itu yang menggunakan Solar Rotatable dan Solar
diam/statis dimana semakin cerah
Jurnal Perancangan Produk Rotatable Solar Cell Frame, Juni 2016
cuaca akan menghasilkan arus listrik yang lebih besar dibandingkan saat cuaca berawan dan mendung.
Sel surya yang mengikuti pergerakan matahari mampu menghasilkan arus listrik yang lebih besar dengan sel surya diam, meskipun dalam penelitian dan
pengambilan data ada hasil arus listrik yang tidak sesuai yaitu hasil sel surya diam lebih besar dari sel surya yang menggunakan Solar Rotatable. Adapun faktor - faktor yang
mempengaruhi kinerja solar sel pada penelitian ini adalah bahan pembuat solar sel, resistansi
beban, intensitas cahaya matahari,
suhu/temperature solar sel, dan
bayangan/shading.
Hasil pengujian
karakteristik solar sel berupa nilai arus listrik yang dihasilkan akan memudahkan
pemahaman tentang solar sel dan energi terbarukan
pada proses pembelajaran.
Ada beberapa saran yang harus diperhatikan
dalam perancangan ini yang merupakan “area of improvement”,
diantaranya: Rotatable ini masih manual digerakkan
dengan motor, sehingga masih ada peran
manusia untuk
menekan tombol “!” sehingga motor bisa bekerja menggerakkan frame solar cell tersebut.
Pengaturan maksimum gerakan frame untuk menyesuaikan arah sinar matahari berupa limit switch bisa dipasang untuk mencegah frame bergerak tidak terkendali sehingga motor menjadi panas yang bisa
mengakibatkan short circuit. Rekomendasi untuk menggunakan PLC (Programmable Logic Controller) bisa dilakukan untuk
penyempurnaan sistem automasi pergerakan frame solar cell ini.
Pentingnya battery untuk menyimpan energi,
Baterai/ aki mobil kurang cocok digunakan pada sistem PV karena tidak mampu mengatasi fluktuasi pemakaian (discharge) yang terjadi dalam sistem PV. Jenis barterai/aki yang bisa digunakan adalah Baterai deep cycle Lead acid atau yang biasa
digunakan pada mobil golf.
DAFTAR PUSTAKA
LI, P.-W. Modeling of solar tracking for giant Fresnel lens solar stoves. Solar Energy, 2013. MILOUDI, L. Solar Tracking with Photovoltaic Panel. Energy Procedia, Boumerdès, 2013. HARDIANTO, H. E. Perancangan prototype penjejak cahaya Matahari pada aplikasi pembangkit listrik Tenaga surya. Jurnal Ilmiah Foristek, Bengkulu, 2012.
ARISWAN. prospek penelitian dan aplikasi fotovoltaik sebagai sumber energi alternatif di indonesia, Yogyakarta.
HUTAURUK, O. P. Pembuatan Sistem Monitoring Optimasi Energi Cahaya Matahari Menggunakan Sensor Arus pada Antarmuka Personal Computer, 2010.
