Rancang Bangun Kontrol Sistem Hybrid Panel Solar Cell Dan Solar
Thermal Berbasis PLC Outseal Mega V.1.1 Untuk Efisiensi Tenaga Listrik
Wisnu hendri mulyadi
1, Sila Wardono
2Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Jakarta, Jln. Prof.D.R.GA. Siwabessy Kampus UI Depok,16425.
E-mail: mulyadiwisnu@yahoo.co.id
Abstrak
Penelitian ini berfokus pada rekayasa rancang bangun solar cell dan solar thermal yang memanfaatkan energi matahari sebagai sumber energi untuk menghasilkan sumber listrik dan air panas dari solar thermal dengan menggunakan pengendalian berbasis Programmable Logic Controller Outseal Mega V.1.1 dengan jumlah input sebanyak 14 dan output sebanyak 5. pada pengendalian ini solar thermal yang diguanakan menggabungkan antar electric water heater dengan daya 350 watt dengan panel solar thermal dengan pemanasan dengan energi matahari melalui kolektro panas.
Penelitian ini juga membuat sistem kontrol penggunaan solar cell untuk menghasilkan energi listrik yang di hybridkan dengan sumber PLN. Pemakaian energi dari solar cell adalah pada jam 18.00 wib sampai jam 22.00 wib, dimana pada waktu tersebut beban PLN adalah peak load dan menerapkan tarif double/ganda. Diharapkan dengan rekyasa hybrid panel solar cell dan solar water heatar dapat menghemat penggunaan energi listrik dan mendukung penggunaaan energi bersih untuk kehidupan yang lebih baik`
Kata Kunci: Solar cell, Solar water heater, PLC, Outseal , Hybrid
Abstrak
This research focuses on the engineering design of solar cells and solar thermal that utilize solar energy as an energy source to produce electricity and hot water from solar thermal using a control based on the Programmable Logic Controller Outseal Mega V.1.1 with 14 inputs and 5 outputs. In this control, the solar thermal that is used combines an electric water heater with a power of 350 watts with a solar thermal panel by heating with solar energy through a heat collection.
This research also makes a control system for the use of solar cells to produce electrical energy that is hybridized with PLN sources. The usage of the solar cell is from 18.00 PM to 22.00 PM, at which time the PLN load is the peak load and applies a double tariff. It is hoped that the engineering of hybrid solar cell panels and solar water heaters can save electricity and support the use of clean energy for a better life.
Keywords: Solar cell, Solar water heater, PLC, Outseal , Hybrid
1.
Pendahuluan
Energi matahari sebagai sumber energi yang ramah lingkungan dan energi yang dapat diperbaharui, karena ketersediaan energi tersebut melimpah pada permukaan bumi.
Dalam kaitannya dengan sel surya, perangkat yang mengkonversi radiasi sinar matahari menjadi listrik, terdapat dua paramater dalam energi surya yang paling penting yaitu yang pertama intensitas radiasi, yaitu
jumlah daya matahari yang datang kepada permukaan per luas area, dan karakteristik spektrum cahaya matahari, Energi matahari juga menghasilkan panas yang dapat dimanfaatkan untuk memanaskan air melalui alat konversi penangkap energi panas matahari berupa kolektor penangkap panas matahari atau solar water heater. Sayangnya energi matahari yang besar tersebut sangat minim pemanfaatannya
berdasarkan fakta diatas peneliti akan membuat system control rekayasa sistem hybrid antara solar cell dan
solar water heater untuk menghasilkan energi listrik dan memanfaatkan energi panas matahari untuk pemanas air, sehingga dihasilkan sumber energi listrik untuk kemandirian energi dan penghematan pemakaian energi listrik dengan mengurangi penggunaan elemen pemanas untuk memanaskan air untuk kebutuhan sehari hari. Berkaitan dengan pemanfaatan energi surya sebagai penghasil energi, maka digunakan solar panel untuk menghasilkan energi listrik. Sel surya atau fotovoltaik adalah perangkat yang mengkonversi radiasi sinar matahari menjadi energi listrik, Prinsip kerja sel surya silikon adalah berdasarkan konsep semikonduktir p-n junction. Sel terdiri dari lapisan semikonduktor doping-n dadoping-n dopidoping-ng-p yadoping-ng membedoping-ntuk p-doping-n judoping-nctiodoping-n, lapisadoping-n antirefleksi, dan substrat logam sebagai tempat mengalirnya arus dari lapisan n (elektron) dan tipe-p (hole).
Gambar 1. Perinsip kerja solar cell
Ketka junction disinari, photon yang mempunyai energi sama atau lebih besar dari lebar pita energi silicon tersebut akan menyebabkan eksitasi silicon dari pita valensi ke pita konduksi dan akan meninggalkan hole pada pita valensi. Elektron dan hole ini dapat bergerak dalam material sehingga menghasilkan pasangan silicon-hole.
Salah satu pemanfaatan energi surya adalah radiasi panas yang dibawa bersama energi cahaya. Energi panas yang dihasilkan energi matahari digunakan untuk memanaskan air menjadi air panas yang dapat dimanfaatkan untuk keperluan sehari hari, alat yang digunakan mentransformasi energi cahaya menjadi energi panas adalah Solar Water Heater
Gambar 2. Perinsip kerja solar Thermal
Pemanas air tenaga surya atau solar water heater memiliki berbagai desain dan teknologi, yang pada dasarnya menggunakan energi panas matahari untuk memanaskan air. Pemanas air tenaga surya terdiri dari
kolektor surya yang mengumpulkan energi matahari yang memanaskan air, dan tangki penyimpanan terisolasi tempat menyimpan air panas. Energi surya yang menerpa kolektor diserap oleh panel absorber dan panas tersebut dipindahkan ke pipa di bawah panel yang akan memanaskan air.
Air yang telah dipanaskan dikirim ke tangki penyimpanan air panas. Air panas ini kemudian diresirkulasi melalui panel penyerap dan dengan cara ini suhu air akan naik sampai 176 derajat Fahrenheit (80 derajat Celcius) pada hari yang cerah. Seluruh sistem – kolektor surya, tangki penyimpanan air panas dan pipa, dikenal sebagai sistem pemanas air tenaga surya Untuk mengendalikan proses pada solar water heater seperti sistem suhu, sirkulasi dan kondisi level air serta mekanisme kerja pemanas air listrik untuk memback Up. Sistem diperlukan alat kendali yang handal agar sistem dapat bekerja secara aman, efisien dan tepat guna.
Gambar 3. PLC Outseal Mega V.1.1.
Salah satu alat kendali yang cocok digunakan dalam pengendalian solar water heater adalan dengan PLC Outseal Mega V.1.1. PLC Outseal Mega V.1.1 merupakan suatu alat pengontrol sistem secara logika berbasiskan komputer PC yang menjalankan intruksi-intruksi logika yang dapat melakukan kontrol terhadap rangkaian-rangkaian logika dari input, proses, yang kemudian outputnya dapat melakukan suatu tujuan tertentu pada aplikasi yang bersifat fisikal yang dapat diatur oleh suatu program dengan efesien, cepat dan handal
2.
Metode Penelitian
Dalam melakukan penelitian ” REKAYASA
PENGGERAK OTOMATIS SISTEM HYBRID
PANEL SOLAR CELL DAN SOLAR THERMAL MENGIKUTI POLA PERGERAKAN MATAHARI BERBASIS PLC-SCADA “, tahapan penelitiannya adalah :
1. Merencanakan lay out plant simulasi system hybrid solar cell dan solar thermal berbasis PLC
2. Menentukan komponen dan peralatan yang digunakan untuk system hybrid solar cell dan solar thermal berbasis PLC
3. Mendisain dan membuat rangka system hybrid solar cell dan solar thermal berbasis PLC
4. Membuat frame solar thermal dan material panel collector
5. Mendisain panel control system hybrid solar cell dan solar thermal berbasis PLC 6. Memasang komponen listrik pada panel
control system hybrid solar cell dan solar thermal
7. Menginstalasi wiring panel control system hybrid solar cell dan solar thermal berbasis PLC
8. Mendisain tabung kolektor pemanas air lengkap dengan heater pemanas sebagai back up apabila matahari tidak optimal
yang dilengkapi dengan temperature
control
9. Pemasangan pompa sirkulasi pada panel solar thermal dan tabung kolektor panas 10. Unjuk kerja system control
11. Pengetesan dan pengujian system control hybrid solar cell dan solar thermal berbasis PLC
Flow chart diagram system hybrid solar cell dan solar thermal berbasis PLC dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
Start
Check Level Air Hot Water Tank Tangki HW Kosong? SLV.1 ON Pompa Supply ON Tangki HW Penuh? SLV.1 OFF Pompa Supply ON Circulation Pump ON Apakah suhu HW >= 60° Pompa sirkulasi OFF Apakah air HW dipakai Apakah suhu<= 60° Level Air HW Low Heater ON Circ. Pump ON SLV.1 ON Pompa Supply ON Apakah suhu HW >= 60° Heater OFF Circ. Pump OFF
Apakah Level HW Full ? SLV.1 ON Pompa Supply ON selesai YA TIDAK YA TIDAK YA TIDAK YA TIDAK YA YA YA TIDAK YA TIDAK
Gambar 4. Flow chart sistem Hybrid
Pada gambar diatas terdapat system solar cell dan solar thermal berdampingan pada bagian atas. Panel solar thermal terdiri dari panel collector, tangki sirkulasi pemanas dan pompa sirkulasi untuk mensirkalisakan air menuju kolektor panas.
Pada solar cell terdiri dari komponen solar cell, battery control regulator dan aki baterai, seluruh operasi system hybrid di control oleh panel control.
3.
Hasil dan Pembahasan
Hasil dari rancang bangun sistem hybrid solar cell dan solar thermal berbasis plc adalah seperti pada gambar dibawah ini
Gambar 5. Prototype sistem hybrid
Pada gambar diatas terdapat system solar cell dan solar thermal berdampingan pada bagian atas. Panel solar thermal terdiri dari panel collector, tangki sirkulasi pemanas dan pompa sirkulasi untuk mensirkalisakan air menuju kolektor panas.
Pada solar cell terdiri dari komponen solar cell, battery control regulator dan aki baterai, seluruh operasi system hybrid di control oleh panel control.
Untuk mengendalikan sistem hybrid digunakan PLC Outseal Mega V.1.1 yang terhubung dengan peralatan input dan output sistem seperti pada gambar dibawah ini :
PB. ON P.CIRCLT PB. OFF P.CIRCLT PB. ON P.SUPPLY PB. OFF P.SUPPLY SS. AUTO MANUAL SWH PB. ON SUPPLY PLTS PB. OFF SUPPLY PLTS PB. ON SUPPLY PLN PB. OFF SUPPLY PLN SS. AUTO MANUAL PLN PLTS TEMP. CONTROL LEVEL CONTROLLER POWER SUPPLY DC 12 V POMPA CIRCULATION POMPA SUPPLY SUPPLY PLTS SUPPLY PLN HEATER ELECTRIC TIMER 24 HWR
Gambar 6.Wiring diagram PLC Outseal Mega V.1.1.
Setelah dilakukan mapping terhadap peralatan input dan outut program maka dibuat design program PLC dengan menggunakan sistem ladder diagram dan software yang digunakan adalah dengan menggunakan software Outseal Studio, seperti pada gambar program berikut
Gambar 7. Membuat program PLC Studio
Gambar diatas merupakan program ladder diagram PLC untuk pengendalian sistem solar water heater yang mengatur operasi sistem solar water heater. Setelah program dibuat dilakukan pengetesan proses simulasi program PLC seperti terlihat pada gambar berikut :
Gambar 8. Simulasi program outseal Studio
Setelah dilakukan simulasi program, maka program simulasi yang sudah sesuai dengan deskripsi kerja di Upload ke PLC untuk mengendalikan sistem hybrid Hasil pengujian sistem hybrid solar cell dan solar thermal adalah seperti terlihat pada tabel berikut :
Tabel 1. Pengujian sistem solar thermal
Tabel 2. Pengujian solar cell
4.
Kesimpulan
Dari analisa terhadap system hybrid, maka dapat disimpulkan beberapa hal, yaitu :
1.Telah dirancang bangun sisten hybrid solar cell dan solar thermal
2.Sistem solar cell dibuat dengan system indirect Load yang tediri dari solar cell 20 wp, BCR kapasitas 10 Ampere dengan baterai kapasitas 7,5 AH
3.Telah dibuat system solar thermal yang terdiri dari komponen panel solar thermal yang dibuat dari frame alumunium ukuran 43 x 64 x 5 cm dan bahan pipa thermal terbuat dari tembaga dengan diameter pipa 3/8 inchi
4.Telah dibuat tangki solar thermal terbuat dari material stain less steel tahan karat dengan kapasitas 20 liter dengan heater dengan daya 350 watt untuk memback up
panel solar thermal apabila lingkungan tidak
mendukung
5.Telah dibuat panel system hybrid untuk
mengendalikan system solar cell dan solar thermal berbasis PLC Outseal Mega V.1.1 sesuai dengan deskripsi kerja dan berjalan dengan normal.
Daftar Acuan
[1] Askari Mohammad Bagher1, Mirzaei
Mahmoud Abadi Vahid2, Mirhabibi Mohsen1., “Types of Solar Cells and Application”. American Journal of Optics and Photonics, ISSN: 2330-8486 (Print); ISSN: 2330-8494 (Online) August, 21 2015
[2] N.Sivaramakrishna#1, Ch.Kasi Ramakrishna
Reddy*2. “Hybrid Power Generation through combined
“International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT) - Volume4Issue5- May 2013
[3] Ali Pourakbar Saffara,*, Bahman Deldadeh
Baranib,. “Thermal Effects Investigation on Electrical Properties of Silicon Solar Cells Treated by Laser Irradiation ”. Int. Journal of Renewable Energy Development 3 (3) 2014: 184-187
[4] Arfita Yuana Dewi, Antonov.
“PEMANFAATAN ENERGI SURYA SEBAGAI SUPLAI CADANGAN PADA LABORATORIUM ELEKTRO DASAR DI INSTITUT TEKNOLOGI PADANG “.Jurnal Teknik Elektro Volume 2 No. 3; Nopember 2013.
[5] Nosa Andrew Ogie, Ikponmwosa Oghogho,and
Julius Jesumirewhe. “ Design and Construction of a Solar Water Heater Based on theThermosyphon Principle ”. Journal of Fundamentals of Renewable Energy and Applications Vol. 3 (2013), Article ID 235592, 8 pages.
[6] Andryanto1 , Anang Tjahjono2 , Era
Purwanto3. “ Rancang bangun Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) pada proses Water Intake dan Water Forwarding di PDAM Karangpilang I SURABAYA” Politeknik Elektronika Negeri Surabaya – Institut Teknologi Sepuluh November Kampus ITS Sukolilo.
[7] Yinghao Chu. “Review and Comparison of
Different Solar Energy Technologies “.Research Associate, Global Energy Network Institute (GENI)
[8] Muhammad Syafei Gozali11), Mochamad
Ashari2), Dedet C. Riawan3). “Sistem Panel Surya Terhubung Grid melalui Single Stage Inverter “.Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Batam,
