IMPLEMENTASI SEL SURYA SEBAGAI PEMBANGKIT ENERGI ALTERNATIF UNTUK PENYEDIA DAYA LISTRIK DARURAT PADA PENGISIAN BATERAI TELEPON GENGGAM DI
FASILITAS UMUM
Sigit Priyambodo1, Rochim Mohamad Rodi2
Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Sains dan Teknologi AKPRIND Email : sigit@akprind.ac.id, rokhim.ody@gmail.com
ABSTRACT
This paper discusses the application of solar cell (solar cell) as a power plant with solar energy source. The electricity generated is used as the Hanphone Charger. The working principle of a solar power plant is from sunlight that contains energy in the form of photons. When this photon concerns the surface of the solar cell, its electrons will be excited and generate electrical voltage. The electric current generated from the solar cell is the direct current (DC) as the battery charger, which is then the DC (DC) current output of the 12 Volt battery is lowered to 5 Volts and becomes an alternating current (AC) using an inverter. The testing stage is carried out in the installation field with test parameters such as voltage and electric current. The battery is filled by solar cells as a result of converting solar energy into electrical energy. The resulting voltage of the solar cell ranges from 14.8 - 17.5 volts DC. Solar cell used in the form of panel type Policristal (Poly-crystalline) with 50 wp power. At the current and voltage distribution from the solar cell source, although the voltage generated by the solar cell is ± 17V, but when the battery is very stable with an average voltage of 13.5V as regulated by solar charger controller. Voltages and currents will begin to increase in the morning at 07.00 WIB, then will reach the maximum level during the day at 10:00 to 13:00 pm, and began to fall in the afternoon.
Keywords : Electricity, power plants, solar cell
1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang dan Tujuan
Konsumsi energi di Indonesia mengalami peningkatan terutama dalam sektor industri dan sektor rumah tangga. Berdasar data dari Kementrian Energi Dan Sumber Daya Mineral (ESDM), tahun 2013 sektor industri merupakan sektor dengan pangsa konsumsii energi final terbesar yaitu sebesar 33% diikuti oleh sektor rumah tangga sebesar 27% dan sektor transportasi sebesar 27%. Sedangkan sektor komersial, sektor lainnya dan penggunaan untuk bahan baku 10% (ESDM, Publikasi, 2014). Begitu juga dengan potensi minyak bumi yang sudah tidak terlalu besar, dimana hanya terdapat 56.6 juta barrel dan diperkirakan akan habis 23 tahun ke depan, atau sekitar tahun 2035 (National Geographic Indonesia, 2014). Selain sisa cadangan, pembangkitan energi listrik dan transportasi merupakan kontribusi utama emisi gas rumah kaca (GRK), mencapai 1/3 emisi global. Sesuai kesepakatan Protokol Kyoto pada tahun 1997, tiap negara secara sendiri-sendiri atau bersama-sama sepakat mereduksi konsentrasi GRK sebesar 5,2 % di bawah tingkat emisi tahun 1990. Pengurangan emisi GRK dapat dilakukan melalui implementasi teknologi pembangkit yang mengandung karbon rendah (Lubis E. , 2005).
Ketidakseimbangan antara pening-katan kebutuhan energi dan ketersediaan sumber energi seperti yang telah dipaparkan sebelumnya membutuhkan sebuah solusi. Salah satu yang telah dilakukan banyak negara di dunia adalah mengarahkan kebijakan energi negaranya pada sebuah spektrum baru. Salah satu contohnya adalah penggunaan energi yang signifikan, ramah lingkungan dan keberadaannya belum dimanfaatkan secara maksimal yaitu Pusat Listrik Tenaga Surya (PLTS), meng-konversikan energi radiasi cahaya matahari menjadi energi listrik.
Terkait dengan energi surya, sebagai negara tropis, Indonesia mempunyai potensi energi surya yang cukup besar. Berdasarkan data penyinaran matahari yang dihimpun dari 18 lokasi di Indonesia, radiasi surya di Indonesia dapat diklasifikasikan berturut-turut sebagai berikut: untuk kawasan barat dan timur Indonesia dengan distribusi
penyinaran di Kawasan Barat Indonesia (KBI) sekitar 4,5 kWh/m2/hari dengan variasi bulanan sekitar 10%; dan di Kawasan Timur Indonesia (KTI) sekitar 5,1 kWh/m2/hari dengan variasi bulanan sekitar 9% (Lubis A. , 2007)
Industri photovoltaic sendiri sebagai produsen solar panel terus berusaha menjadikan pembangkitan listrik tenaga surya ini semakin terjangkau secara ekonomis dan efisien dalam penggunaan. Pemasangan PLTS dapat dilakukan hingga ke daerah yang sangat terpencil sekalipun sebagai solusi dari keterbatasan jangkauan jaringan listrik.
Namun di Indonesia, perkembangan PLTS yang pesat belum sepenuhnya di-dukung dengan kemapanan pengetahuan optimalisasi energi yang dihasilkan oleh sel surya, khususnya pada instalasi. Pe-manfaatan potensi energi surya tersebut, membutuhkan langkah nyata untuk memberikan dorongan atau rangsangan kepada masyarakat. Dengan adanya instalasi yang nyata masyarakat akan langsung atau tidak langsung melihat betapa besar manfaat menggunakan energy matahari. Rancang Bangun Teknologi Solar Cell 1000 Watt Sebagai Sumber Listrik Emergency pada dasarnya adalah pembangkit listrik tenaga surya yang dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan listrik selama sumber listrik utama dari PLN mengalami gangguan. Dalam kondisi emergency keberadaan sumber listrik alternative akan sangat bermanfaat untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari, dengan demikian dengan instalasi ini masyarakat akan memiliki keinginan untuk tidak semata-mata menggantungkan diri dari listrik PLN.
2. METODOLOGI 2.1 Alat dan Bahan
Dibutuhkan sejumlah peralatan untuk menunjang proses instalasi pembangkit listrik tenaga surya. Dalam penelitian ini ditentukan kebutuhan beban yang akan ditangani adalah sebesar 150 Watt. Alat yang digunakan pada perancangan instalasi pembangkit listrik tenaga surya 150 watt dicantumkan pada
Tabel 1. Alat Penelitian
No. Nama Alat Spesifikasi Fungsi
1 Notebook - Presesor Intel Core i5;
- operating system Windows 7
- Merancang desain dan sarana pencarian sumber-sumber referensi serta program arduino
2 Dremel Rotary Tool - 220V; 50Hz;
- 10000-32000 rpm - Bor pada panel dan perangkat elektronis
3 Tang Ampere - MT87 Krisbow
Pembangkit listrik tenaga surya dibangun atas estimasi kebutuhan beban. Kebutuhan beban dihitung berdasarkan jumlah alat dengan beban masing-masing dalam watt. Selanjutnya dihitung jumlah lama pemakaian dalam satu hari, maka akan didpatkan jumlah beban kebutuhan beban dalam waktu satu hari. Penentuan kebutuhan beban ini akan menentukan spesifikasi bahan/komponen dalam membangun pembangkit.
Tabel 2. Bahan penelitian
No. Nama Komponen Jumlah Tipe/merk
1 Modul Sel Surya 50 Wp 1
1
2 Solar Charger Control PWM12/24
3 Accu-Battery 12 VDC, 45 Ah 1
4 Modul Voltmeter 12 V 1
5 Modul Amperemeter 25 A (+ ¬-) 1
6 Inverter Suder 150 W 1
7 Stop Kontak 220 V, 1 phase 3
8 Saklar Tunggal 220 V, 6 A 2
9 Schoen 2.5 mm 4
10 Mur, baut dan ring 1
11 T Box 1
12 Binding post Merah-hitam 6
Merah-biru 6
Merah-hitam baut 6
13 Kabel NYAF 2.5〖mm〗^2 warna merah 11
2.2 Perancangan sistem
Proses penelitian dilaksanakan melalui beberapa tahap, yaitu melakukan studi pustaka dengan mengumpulkan teori dan data tetang sel surya, DC-DC Converter, Inverter, alat ukur dan baterai sebagai perangkat media penyimpanan energi listrik.
Mulai
Studi Pustaka dan Perangkat
Simulasi dan Purwarupa
Realisasi Karya
Selesai
Gagal
Berhasil
Gambar 1. Diagram Alur Penelitian
Simulasi dan purwarupa merupakan proses merancang dan menguji perangkat elektronis dengan evaluasi dari studi pustaka. Langkah ini dilakukan untuk melihat kesalahan pada sistem sebelum realisasi karya, jika masih
perangkat sebagai koreksi silang dari kesalahan yang ditemukan. Realisasi karya adalah tahapan akhir dari jalannya penelitian yang mencakup pengujian parsial dan pengujian akhir untuk melihat kehandalan unjuk kerja.
Blok diagram jalannya penelitian ditunjukkan pada Gambar 1
2.3 Deskripsi Sistem Input
Deskripsi pada penelitian perangkat keras ini untuk mengisi baterai 12 Volt yang mana menggunakan panel surya dengan daya maksimum (Pmax) sebesar 50 WP dan tegangan open circuit solar sel (Voc) maksimum sebesar 22,2 V serta arusmaksimum short circuit (Isc) sebesar 3,2 A. Sehingga dalam penyusunan perlu modul solar control agar tegangan masukan baterai lebih stabil.
START
SOLAR CELL
SOLAR CHARGE CONTROLLER
INPUT >=12 V
ISI BATERAI
TIDAK MENGISI BATERAI
AKI >=12 YA
TIDAK
TIDAK YA
Gambar 2. Bagan alir proses pengisian baterai Gambar 3. Bagan alir konversi DC – AC dan DC – DC
2.4 Deskripsi Sistem Output
Perancangan sistem keluaran ini dimaksutkan keluaran baterai dapat digunakan untuk beban AC maupun DC 5 V saat charger handphone di tempat umum.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Pengujian Tegangan Open Circuit Panel Surya
Pengujian tegangan open circuit panel surya (Voc) adalah pengujian panel surya yang dilakukan tanpa pemberian beban, sehingga tegangan yang terukur betul-betul merupakan besaran tegangan murni yang dihasilkan oleh panel surya sebelum disambungkan ke perangkat yang lain. Karena merupakan tegangan open circuit, maka arus nilainya nol.Pengujian Pengisian Baterai
Tabel 3. Data Pengukuran Tegangan Open Circuit Panel Surya Pukul Tegangan (volt) Cuaca
08.00 17,51 berawan 09.00 17,94 berawan 10.00 18,04 berawan 11.00 18,23 Cerah 12.00 19,05 Cerah 13.00 19,01 Cerah 14.00 18,84 Cerah
15.00 18,5 Cerah
16.00 18,01 Cerah 17.00 17,51 Cerah
Gambar 4. Grafik Pengukuran Tegangan Open Circuit Panel Surya
Pada saat pengukuran tegangan open circuit panel surya ini kondisi cuaca terik, cerah dan berawan. Dari pengujian di atas di dapat bahwa tegangan keluaran rata-rata panel surya adalah sebesar 18,264 V. Serta dari grafik pengukuran tegangan open circuit diketahui bahwa keluaran dari tegangan open circuit panel surya sangat di pengaruhi oleh intensitas sinar matahari. Pengujian diatas titik puncak tegangan maksimal berada di jam 12.00.
3.2 Pengujian Pengisian Baterai
Mengingat intensitas cahaya matahari yang senantiasa berubah–ubah (cerah, cerah berawan, terik, mendung, gerimis, hujan) tiap waktunya maka energi listrik yang dihasilkan oleh panel surya akan berbeda juga tiap waktunya.
Tabel 4. Data Hasil Pengukuran Pengisian Baterai Pukul
(WIB) Vsolar
cell
(V) Isolar
cell
(A)
VBaterai
(V)
IBaterai
(A)
Cuaca Pin Baterai
(Watt) 08.00 17,51 0,74 12,30 0,43 berawan 5,29 09.00 17,94 1,75 12,50 1,2 berawan 15,00 10.00 18,04 1,74 12,60 1,61 berawan 20,29 11.00 18,23 1,95 12,75 1,8 Cerah 22,95 12.00 19,05 2,03 12,86 2,02 Cerah 25,98 13.00 19,01 1,67 12,78 1,54 Cerah 19,68 14.00 18,84 1,72 12,50 1,5 Cerah 18,75 15.00 18,5 1,61 12,30 0,9 Cerah 11,07 16.00 18,01 0,98 12,35 0,72 Cerah 8,89
Spesifikasi dan unjuk kerja panel surya,Open Circuit Voltage(Voc) V dan Short Circuit Current (Isc).
Dari hasil pengukuran didapatkan rata-rata V panel surya adalah 18,264 volt, rata-rata I panel surya adalah 1,446 A. Untuk tegangan pengisian baterai (V baterai) rata-ratanya adalah 12,519 volt dan arus I baterai sebesar 1,195 ampere.
Gambar 5. Kurva Tegangan Panel Surya saat pengisian
Dari kurva Gambar 5 terlihat bahwa tegangan mengalami peningkatan mulai pukul 08.00 sampai pukul 12.00. Setelah pukul 12.00 tegangan cenderung mengalami penurunan. Hal ini terjadi karena intensitas panas mulai berkurang. Dalam hal ini sesuai teori bahwa kondisi tegangan sangat dipengaruhi oleh kondisi cuaca saat melakukan pengukuran.
Gambar 6. Kurva arus panel surya terhadap waktu saat pengisian
Gambar 6 menunjukkan kurva hubungan arus pengisian terhadap waktu. Saat mulai melakukan pengisian, arus cenderung stabil, hal ini dikarenakan intensitas sinar matahari masih belum mencapai puncaknya. Kondisi baterai juga mempengaruhi proses pengisian. Pengisian akan berlangsung dengan arus yang besar untuk kemudian akan mulai menurun saat mendekati baterai penuh.
Gambar 7. Kurva Arus terhadap waktu pada Charge Controller
Daya pada baterai, sesuai dengan teori didapatkan dari hasil perkalian antara tegangan (V) dengan arus (I). Karena nilai besaran arus dan tegangan yang berubah-ubah maka besaran daya yang masuk ke baterai juga akan berubah-ubah mengikuti kondisi tegangan (V) dan arus (I).
Gambar 8. Hubungan P (daya) dengan waktu
Dari grafik Gambar 4.7 terlihat bahwa proses pengisian daya mengalami puncaknya pada saat mulai jam 11.00 sampai jam 12.00. Secara keseluruhan daya yang masuk selama proses pengisian dari pukul 08.00 WIB sampai dengan pukul 17.00 adalah sekitar 150,71 Watt.
3.3 Pengujian Beban
Pengujian sistem akan dilakukan dengan cara menyambungkan sumber tegangan ke baterai/aki (sama seperti saat pengisian baterai/aki) kemudian beban dihidupkan secara bersamaan.
Tabel 5. Pengujian Beban
No Beban Kapasitas
Beban (Watt)
Inverter Tegangan
(volt)
Arus (Ampere) 1 Smartphone OPPO
F1S (AC)
11,68 215 1,78
2 Smartphone OPPO A57 (AC)
11,16 204 1,88
3 Smartphone Xiaomi mi5 (AC)
11,68 198 1,96
Nilai tegangan masukan, nilai arus masukan dan nilai tegangan keluaran alat akan berubah sesuai dengan nilai beban yang terpasang disaluran keluaran alat. Tegangan keluaran alat akan turun jika beban yang terpasang terlalu besar karena komsumsi arus beban yang besar akan mempengaruhi nilai tegangan tersebut.
Gambar 9 memperlihatkan tegangan akan turun saat ada beban. Jika beban terus ditambah, maka tegangan akan terus jatuh. Hal ini dapat diartikan bahwa sumber yang mensuplai energy mengalami pengosongan, dikarenakan setiap beban memerlukan sejumlah daya dengan besaran tertentu.
Gambar 10. Grafik hubungan arus terhadap beban
Gambar 10 menunjukkan meningkatnya arus seiring dengan bertambahnya beban yang ditangani oleh inverter. Tegangan keluaran dari inverter adalah tegangan AC 220 volt. Secara pengukuran didapatkan nilai arus sebesar 2,16 ampere.Jika dikalikan dengan tegangan AC 220 volt akan didapatkan nilai daya sebesar 475,2 watt.
Kebutuhan daya 1 Hanphone
=11,51 watt x 2 jam
= 23,08 Watt hour.
Dari Tabel 5 dan Tabel 6 dapat dihitung jumlah handphone yang dapat dicas menggunakan alat ini dalam = waktu pengisian baterai satu hari /daya handphone
= 150,71 watt / 23,08 watt = 6,53 buah
Dan apabila sampai pengisian baterai penuh bisa mengecas handphone sebanyak : = 540 watt / 23,08 watt
= 23,39 buah
Sehingga alat ini mampu mencharge smartphone sekitar 6,53 hanphone dalam pengisian solar cell dalam waktu satu hari , dan dalam kondisi baterai penuh bisa mengecas 23,09 handphone. Dengan catatan alat ini bisa lebih banyak lagi mencharge smartphone , apabila hanphone yang di cas sudah mempunyai teknologi fast charging.
4. KESIMPULAN
Berdasarkan uraian pada bab sebelumnya, maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:
1. Intensitas sinar matahari yang masuk ke modul surya berubah-ubah setiap waktu, sangat tergantung dengan kondisi cuaca, titik pemasangan panel surya, dan waktu paling efektif adalah sekitar pukul 09.00 WIB sampai dengan pukul 15.00 WIB pada kondisi cuaca normal.
2. Implementasi sel surya sebagai pembangkit energi alternatif untuk penyedia daya listrik darurat pada pengisian baterai di fasilitas umum memerlukan perhitungan yang matang mengenai besarnya kebutuhan beban karena akan menentukan spesifikasi dari tiap-tiap komponen pembangkit terutama untuk panel surya dan penyimpanan daya (baterai/aki).
DAFTAR PUSTAKA
Bachtiar, M. (2006). Prosedur Perancangan Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya. Jurnal SMARTek, 7.
C. J., W., Sizmann, R., & Vant-Hull, L. (1991). Solar Power Plants. Heidelberg: Springer-Verlag Berlin.
ESDM. (2013, Juni 1). Berita. Retrieved Oktober 6, 2016, from ESDM: http://www.esdm.go.id Markvart, T. (2000). Solar Electricity. England: John Wiley & Sons.
McVeigh, J. (1983). Sun Power: An Introduction to the Applications of Solar Energy. Michigan: Pergamon Press.
Woryanto, G., Despa, D., & Komalasari, E. (2013). Rancang Bangun Battery Charge Controller Dual Sumber.
Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan.
