DOSEN ; Agus Kiswantono, ST, MT.
Mata Kuliah ; PKDST
Tugas UTS membuat Rangkaian RLC dengan di simulink menggunakan aplikasi MATLAB.
RANGKAIAN RLC
MODEL SUBSYSTEM
Jumat, 04 November 2016
Senin, 11 Januari 2016
PROPOSAL
METODOLOGI PENELITIAN
Oleh: JOKO SUSANTO
(12041057)
Dosen pembimbing: Agus Kiswantono, ST, MT
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS BHAYANGKARA SURABAYA
2016
PEMBANGKIT
LISTRIK ENERGI MATAHARI SEBAGAI PENGGERAK POMPA AIR DENGAN MENGGUNAKAN SOLAR
CELL
ABSTRAK
Makalah
ini membahas tentang aplikasi sel surya sebagai pembangkit listrik dengan
sumber energi matahari. Listrik yang dihasilkan digunakan sebagai penggerak
pompa air. Prinsip kerja pembangkit listrik tenaga surya adalah dari cahaya
matahari yang mengandung energi dalam bentuk foton. Ketika foton ini mengenai
permukaan sel surya, elektron-elektronnya akan tereksitasi dan menimbulkan
tegangan listrik. Arus listrik yang dihasilkan dari sel surya adalah arus
searah (DC) sebagai pengisi baterai, yang selanjutnya arus searah (DC) tersebut
diubah menjadi arus bolak-balik (AC) menggunakan inverter.Tahap pengujian
dilaksanakan di lapangan pemasangan dengan parameter pengujian berupa tegangan
dan arus listrik. Baterai diisi oleh solar
cell sebagai hasil konversi energi matahari menjadi energi listrik.
Tegangan yang dihasilkan solar cell berkisar 14,8 – 17,5 volt DC. Solar cell
yang digunakan berupa panel jenis Polikristal (Poly-crystalline) dengan daya 50 wp. Pada distribusi arus dan
tegangan dari sumber solar cell, walaupun tegangan yang dihasilkan solar cell ±
17V, ketika mengisi baterai sangat stabil dengan tegangan rata-rata 13,5V
karena diatur oleh pengatur pengisi tegangan solar sel atau disebut solar charger controler. Tegangan dan
arus mulai meningkat pada pagi hari pukul 07.00WIB, kemudian mencapai level
yang maksimum pada siang hari pukul 10.00-13.00WIB, dan mulai turun di sore
hari.
Kata kunci: pembangkit
listrik, solar cell, listrik, foton.
ABSTRACT
This
paper discusses the application of solar cells as an electric power source and
the electricity generated is used to a drive water pump. The working principle
of solar power plants is the conversion of energy contained in to electricity.
When these photons strike the surface of the solar cell electrons will be
excited and generate electric voltage. Electricity generated from the solar cell
is direct current (DC) to charge a battery, which in turn is converted into
alternating current (AC) using an inverter. The testing stage carried out in
the field is to find the to main parameters whichare the voltage and amperage.
Battery is charged by the solar cell to accumulate the solar energy into
electrical energy. The produced solar cell voltage ranges from 14.8 to 17.5
volts DC. The Solar cells used are of panel type polycrystalline
(poly-crystalline) with a power of 50 wp. Current and voltage of the solar cell
source varies depending on the incident sunlight power the cell voltage is ±
17V, but charging the battery the average voltage is 13,5V which is secured by
the solar charger controller. Voltage and current will begin to rise in the
morning at 07.00 am, then reach the maximum level during the day at 10:00 a.m
to 13:00 p.m, and begin to fall in the afternoon.
Keywords: power plant, solar cell, electric,
foton.
BAB 1
PENDAHULUAN
PENDAHULUAN
A. Latar
Belakang
Mengingat pasokan energi listrik yang disuplai oleh PLN
terbatas dan tidak menyeluruh dari desa ke desa hingga pelosok. indonesia merupakan negara kepulauan yang terdiri dari 17.508 pulau besar dan kecil dengan garis pantai sepanjang 810.000 km dan luas 3.1 juta km2. Dengan jumlah desa lebih dari 65.000 desa yang tersebar luas dibelasan ribu pulau tersebut, hanya kurang dari setengahnya yang telah menikmati jarngan listrik negara seperti di daerah-daerah lain masih jauh dari harapan. Sebagian besar dari mereka masih menggunakan lampu petromax minyak tanah untuk penerangan. untuk memperoleh informasi dari radio mereka menggunakan batu baterai, sedangkan untuk televisi ada kalanya mereka menggunakan accu/aki yang charge di daerah yang memiliki generator.
Panel surya solar sel ini sebagai bahan
pembangkit listrik untuk memenuhi sebuah kebutuhan yang dibutuhkan oleh
konsumen yang tidak dapat merasakan pasokan listrik secara menyeluruh maupun
dapat merasakan pasokan litstrik tetapi dengan latar belakang atau mata
pencaharian yang kurang mendukung untuk biaya hidup sehari-harinya. Dari
pembangkit listrik tenaga surya ini digunakan untuk menyirami kebun salak di sebuah
desa, namun dengan mata pencaharian yang hanya cukup buat biaya hidupnya.
Muncul sebuah ide pembuatan alat ini untuk mendukung kemudahan penyiraman, di
samping itu listrik tersebut bisa secara gratis didapatkan hanya dengan menanam
modal di awal sebagai modal untuk membeli peralatan-peralatan yang dibutuhkan
untuk menjadikan alat ini bisa berfungsi secara maksimal dan berguna bagi
konsumen pemakai. Dengan adanya tenaga matahari secara gratis, kita bisa
menggunakan dan memanfaatkan energi tersebut sebagai media untuk membangkitkan
sebuah energi dari panas menjadi energi listrik menggunakan panel surya solar
sel. Di dalam bentuk sel surya ini memiliki karakteristik pada umumnya dengan
ketebalan minimum 0,3 mm, yang terbuat dari irisan bahan semikonduktor dengan
kutub positif dan kutub negatif. Prinsip dasar pembuatan sel surya adalah
memanfaatkan efek fotovoltaik, yaitu suatu efek yang dapat mengubah langsung
cahaya matahari menjadi energi listrik. Prinsip ini pertama kali diketemukan
oleh Bacquere, seorang ahli fisika berkebangsaan Perancis tahun 1839. Apabila
sebuah logam dikenai suatu cahaya dalam bentuk foton dengan frekwensi tertentu,
maka energi kinetik dari foton aka menembak ke atom-atom logam tersebut. Atom
logam yang iradiasi akan melepaskan elektron-elektronnya. Elektron-elektron
bebas inilah yang mengalirkan arus dengan jumlah tertentu. Sel surya adalah
semikonduktor dimana radiasi surya langsung diubah menjadi energi listrik.
Material yang sering digunakan untuk membuat sel surya adalah silikon kristal.
Pada saat ini silikon merupakan bahan yang banyak digunakan untuk pembuatan sel
surya. Agar dapat digunakan sebagai bahan sel surya, silikon dimurnikan hingga
satu tingkat yang tinggi. Atom merupakan partikel pembentuk suatu unsur. Atom
terdiri dari inti dengan muatan positif yang disebut proton dan neutron yang
bermuatan netral Inti atom dikelilingi sejumlah elektron yang bermuatan
negatif. Sebuah atom silikon terdiri dari sebuah inti yang berisi 14 proton dan
dikelilingi 14 elektron yang beredar dalam lintasan tertentu. Jumlah maksimum
elektron dalam masing-masing lintasan mengikuti pola 2n², dengan n adalah nomor
lintasan dari atom (Mallvino, 1986). Apabila atom-atom silikon bergabung
membentuk zat padat, maka atom-atom itu akan membentuk suatu pola teratur yang
disebut kristal. Setiap atom silikon mempunyai 4 buah elektron valensi dan
mempunyai 4 atom tetangga. Setiap atom tetangga memberikan sebuah elektron
untuk dipakai bersama-sama dengan atom yang berada ditengah. Atom yang ditengah
mendapat tambahan 4 elektron dari tetangga sehingga jumlah elektron valensi
menjadi 8 buah, karena inti atom yang berdekatan memiliki muatan positif akan
menarik elektron-elektron yang dipakai bersama dan menciptakan gaya yang sama
besar tetapi berlawanan arah.
Penarikan
dalam arah yang berlawanan ini menyebabkan atom-atom akan terikat dalam ikatan
kovalen (Malvino,1986). Dengan penyinaran yang konstan, daya pada solar sell
akan berkurang sesuai dengan kenaikan temperatur. Hal ini sesuai dengan sifat
tegangan pada beban nol dan berlawanan dengan arus hubung singkat. Tegangan
beban pada nol berkurang sesuai dengan kenaikan temperatur yang besarnya lebih
kurang 3 mV/K. Sedangkan arus hubung singkat akan bertambah sesuai dengan
naiknya temperatur yang besarnya ±0,1%/K. Gambar 2. grafik kenaikan temperatur
terhadap daya.
Gambar
1.1 pengaruh temperatur terhadap daya solar sel
Dari Gambar 1.1 dapat
dilihat bahwa penurunan tegangan jauh lebih besar dibanding dengan kenaikan
arus. Sebaiknya solar sel ditempatkan pada temperatur yang agak dingin agar
penurunan tegangan tidak terlalu besar. Walaupun hal ini agak sulit sebab solar
sel akan memanas sendiri apabila ada sinar yang jatuh padanya. Efesiensi
konversi merupakan perbandingan antara daya yang dapat diperoleh sebuah sel
surya dengan daya yang diterima dari matahari. Kepadatan daya cahaya matahari
yang mencapai bagian luar atmosfir bumi sekitar 136 m.W/cm² tetapi setelah
melewati atmosfir sebagian dihamburkan, sedangkan kepadatan daya matahari yang
sampai di permukaan bumi pada siang hari yang cerah sekitar 100 m.W/cm² (Kadir,
1995). Pengaruh luas permukaan solar sel terhadap daya Luas solar sel
mempengaruhi daya yang dihasilkan oleh solar sel tersebut dalam hal ini
hubungannya adalah linier. Misalnya solar sel dengan luas penampang 100 cm
dayanya akan dua kali lebih besar dibandingkan dengan solar sel yang luasnya 50
cm (Karmon Sigalingging, 1994).
B. Rumusan Masalah
Dari pernyataan ini maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut "Apakah ada pengaruh daya solar sel saat kondisi temperatur cahaya matahari pada jam-jam tertentu?"
C. Batasan Masalah
1. Merealisasikan Pembangkit Listrik Tenaga Surya untuk menyirami kebun salak.
D. Tujuan Penelitian
1. Tujuan umum
Mendukung program penghematan listrik oleh pemerintah.
2. Tujuan khusus
a. Mendapat lisrik secara gratis dengan penggunaan listrik tenaga surya.
b. Mengurangi biaya kebutuhan sehari-hari bagi warga pelosok desa yang khususnya meiliki mata pencaharian bercocok tanam.
E. Manfaat Penelitian
1.Mengetahui hasil penelitian secara langsung dan menambah sebuah oengalaman di bidang kelistrikan menggunakan panel surya solar sel dengan memanfaatkan tenaga matahari secara gratis.
2. Menerapkan di desa-desa yang belum teraliri listrik secara menyeluruh khususnya warga yang memiliki mata pencaharian tertentu dengan hasil keseharian yang tidak menentu untuk biaya hidupnya.
BAB 1
TINJAUAN PUSTAKA
Sel surya atau juga sering disebut
fotovoltaik adalah divais yang mampu mengkonversi langsung cahaya matahari
menjadi listrik. Sel surya bisa disebut sebagai pemeran utama untuk
memaksimalkan potensi sangat besar energi cahaya matahari yang sampai ke bumi,
walaupun selain dipergunakan untuk menghasilkan listrik, energi dari matahari
juga bisa dimaksimalkan energi panasnya melalui sistem solar thermal. Sel surya dapat dianalogikan sebagai divais dengan dua terminal atau sambungan, dimana saat kondisi gelap atau tidak cukup cahaya berfungsi seperti dioda, dan saat disinari dengan cahaya matahari dapat menghasilkan tegangan. Ketika disinari, umumnya sejumlah sel surya komersial menghasilkan tegangan dc 0,5 hingga 1 volt dan arus short circuit dalam skala miliampere per cm2. Besar te short circangan dan arus ini tidak cukup untuk berbagai aplikasi, sehingga umumnya sejumlah sel surya disusun secara seri membentuk modul surya. satu modul surya. Satu modul surya biasanya terdiri dari 28-36 se surya, dan total menghasilkan tegangan dc sebesar 12 volt dalam kondisi penyinaran standar (Air Mass 1.5). Modul surya tersebut bisa digabungkan secara paralel atau seri untuk memperbesar total tegangan dan arus outputnya sesuai dengan daya yang dibutuhkan untuk aplikasi tertentu. Gambar dibawah menunjukkan ilustrasi dari modul surya.
Gambar 2.1 Modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya yang dirangkai untuk memperbesar total daya output
2.2.
Pengertian Solar panel Solar panel adalah alat yang merubah sinar matahari menjadi listrik melalui proses aliran-aliran elektron negatif dan positif dan positif di dalam sel modul tersebut karena perbedaan elektron. Hasil dari aliran elektron-elektron akan menjadi listrik DC yang dapat langsung dimanfaatkan untuk mengisi baterai / aki sesuai tegangan dan ampere yang diperlukan. Komponen inti dari sistem PLTS ini meliputi peralatan modul solar sel. Solar charge control, baterai /aki, inverter DC to AC, beban / load.
2.2.1 Kegunaan dari komponen-komponen PLTS
Komponen-komponen tersebut adalah :
1. Modul solar sel adalah alat semikonduktor yang bisa mengubah energi panas menjadi energi listrik dengan beberapa proses pertemuan antar atom. di dalam atom itu sendiri terdapat elektron-elektron yang bisa kita sebut elektron-p dan elektron-n. Saat terjadi pertemuan aliran antar elektron sehingga dapat membentuk sebuah medan listrik arus searah (DC).
2. Solar charge control adalah peralatan elektronik yang digunakan untuk mengatur arus searah (DC) yang akan diisikan ke baterai. Di samping itu juga berguna untuk mengatur kelebihan kapasitas tegangan baterai saat sudah teriisi penuh (full overcharging).
2.2.1 Kegunaan dari komponen-komponen PLTS
Komponen-komponen tersebut adalah :
1. Modul solar sel adalah alat semikonduktor yang bisa mengubah energi panas menjadi energi listrik dengan beberapa proses pertemuan antar atom. di dalam atom itu sendiri terdapat elektron-elektron yang bisa kita sebut elektron-p dan elektron-n. Saat terjadi pertemuan aliran antar elektron sehingga dapat membentuk sebuah medan listrik arus searah (DC).
2. Solar charge control adalah peralatan elektronik yang digunakan untuk mengatur arus searah (DC) yang akan diisikan ke baterai. Di samping itu juga berguna untuk mengatur kelebihan kapasitas tegangan baterai saat sudah teriisi penuh (full overcharging).
3. Baterai atau Aki adalah alat yang berguna
sebagai penyimpan sebuah daya yang dihasilkan oleh panel surya yang tidak
digunakan secara langsung oleh beban atau load.
4. Inverter DC to AC adalah perangkat
elektrik yang digunakan untuk mengubah arus listrik searah (DC) menjadi arus
listrik bolak-balik (AC).
5. Beban atau Load adalah peralatan yang mengkonsumsi daya yang dihasilkan dari
sistem PLTS, seperti: peralatan komunikasi nirkabel, lampu jalan, lampu
penerangan rumah atau gedung, TV, radio, dll.
2.2.2 Pemeliharaan dari komponen-komponen
PLTS
Pemeliharaan yang harus dilakukan adalah:
1. Pemeliharaan modul solar sel adalah
dibersihkan berkala supaya tidak mengurangi penyerapan intensitas matahari,
mengatur tata letak dari solar modul supaya mendapatkan sinar matahari secara
langsung dan tidak terhalang oleh objek-objek, seperti: pohon, bangunan dll. (
kegiatan preventive)
2.
Pemeliharaan solar charge control
adalah memeriksa hasil input arus DC dan output arus DC menggunakan AVO meter.
( kegiatan preventive)
3. Pemeliharaan Baterai adalah memeriksa saat
kondisi alat sedang bekerja (ON) dan berhenti bekerja (OFF). (kegiatan
preventive)
4. Pemeliharaan Inverter DC to AC adalah
memeriksa hasil input arus DC dan output arus AC menggunakan AVO meter.
(kegiatan preventive)
5. Pemeliharaan beban atau load (alat) adalah memriksa keadaan alat
baik buruknya mnggunakan AVO meter. (kegiatan preventive)
Kegiatan preventive tersebut berguna untuk
mencegah terjadinya hal-hal yang tidak di inginkan agar alat-alat tersebut bisa
berguna dengan baik dan bisa berguna sepanjang masa pada titik tertentu sesuai
tingkat kualitas alat-alat tersebut.
2.3. Struktur Sel Surya
Sesuai dengan perkembangan sains dan teknologi, jenis-jenis teknologi sel surya pun berkembang dengan berbagai inovasi. Ada yang disebut sel surya generasi satu, dua, tiga dan empat dengan struktur atau bagian-bagian penyusun sel yang berbeda pula (Jenis-jenis teknologi surya akan dibahas pada tulisan "Sel surya : Jenis-jenis teknologi"). Dalam tulisan ini akan dibahas struktur dan cara kerja dari sel surya yang umum berada dipasaran saat ini yitu sel surya berbasis material silikon yang juga secara umum mencakup struktur dan cara kerja sel surya generasi pertama (sel srya silikon) dan kedua (thin film lapisan tipis.
Sesuai dengan perkembangan sains dan teknologi, jenis-jenis teknologi sel surya pun berkembang dengan berbagai inovasi. Ada yang disebut sel surya generasi satu, dua, tiga dan empat dengan struktur atau bagian-bagian penyusun sel yang berbeda pula (Jenis-jenis teknologi surya akan dibahas pada tulisan "Sel surya : Jenis-jenis teknologi"). Dalam tulisan ini akan dibahas struktur dan cara kerja dari sel surya yang umum berada dipasaran saat ini yitu sel surya berbasis material silikon yang juga secara umum mencakup struktur dan cara kerja sel surya generasi pertama (sel srya silikon) dan kedua (thin film lapisan tipis.
Gambar 2.2 Struktur dari sel surya komersial yang menggunakan material silikon sebagai semikonduktor
Gambar diatas menunjukkan ilustrasi sel surya dan juga bagian-bagiannya. Secara umum terdiri dari :
:
2.3.1 Substrat metal backing
Substrat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya. Material substrat juga harus mempunyai konduktifitas listrik yang baik karena juga berfungsi sebagai kontak terminal. Substrat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya. Material substrat juga harus mempunyai konduktifitas listrik yang baik karena juga berfungsi sebagai kontak terminal positif sel surya. Sehingga umumnya digunakan material metal atau logam seperti aluminium atau molybdenum. Untuk sel surya dye-sensitized (DSSC) dan sel surya organik, substrat juga berfungsi sebagai tampat masuknya cahaya sehingga material yang digunakan yaitu konduktif tapi juga transparan seperti inidium tin oxide (ITO) dan flourine doped tin oxide (FTO). Mterial semikonduktor merupakan bagian inti dari sel surya yng biasanya mempunyai tebal sampai beberapa ratus mikrometer untuk sel surya generasi pertama (silikon), dan 1-3 mikrometer untuk sel surya lapisan tipis. Material semikonduktor inilah yang berfungsi menyerap cahaya dari sinar matahari. Untuk kasus gambar diatas, semikonduktor yang digunakan adalah material silikon, yang umum diaplikasikan di industri elektronik. Sedangkan untuk sel surya lapisan tipis, material semikonduktor yang umum digunakan dan telah masuk pasaran yaitu contohnya material Cu(In,Ga)2 (CIGS), CdTe (Kadmium Telluride), dan Amorphous silikon, disamping material-material semikonduktor potensial lain yang dalam sedang dalam penelitian intensif seperti Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTS) dan Cu2O (Copper Oxide). Bagian semikonduktor tersebut terdiri dari juction atau gabungan dari du material semikonduktor tipe-p (material-material yang disebutkan diatas) dan tipe-n (silikon tipe-n, CdS,dll) yang membentuk p-n junction. p-n junction ini menjadi kunci dari prinsip kerja sel sury. Pengertian semikonduktor tipe-p dan tipe-n dan juga prinsip p-n junction dan selsurya akan dibahas di bagian "cara kerja sel surya".
2.3.3 Kontak metal / contact grid
Selain substrat sebagai kontak positif diatas, sebagaian material semikonduktor biasanya dilapiskan material metal atau material konduktif transparan sebagai kontak negatif.
2.3.4 Lapisan antireflektif
Refleksi cahaya harus diminimalisir agar mengoptimalkan cahaya yang terserap oleh semikonduktor. Oleh karena itu biasanya sel surya dilapisi oleh lapisan anti-refleksi. Mterial anti-refleksi. Mterial anti-refleksi ini adalah lapisan tipis material dengan besar indeks refraktif optik antara semikonduktor dan udara yang menyebabkan cahaya dibelokkan ke arah semi konduktor sehingga meminimuman cahaya yang dipantulkan kembali.
2.3.5 Enkasulasi / cover glass
Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul surya dari hujan atau kotoran.
Peran dari p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron dan hole bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n dan sebaliknya kutub negatif pada semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang mana ketika cahaya matahari mengenai susunan p-n junction ini maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik dan sebaliknya hole bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang, seperti di ilustrasikan pada gambar dibawah.
2.5 Pebedaan antara Monokristal dan Polikristal
2.6 Energi Matahari
2.3.3 Kontak metal / contact grid
Selain substrat sebagai kontak positif diatas, sebagaian material semikonduktor biasanya dilapiskan material metal atau material konduktif transparan sebagai kontak negatif.
2.3.4 Lapisan antireflektif
Refleksi cahaya harus diminimalisir agar mengoptimalkan cahaya yang terserap oleh semikonduktor. Oleh karena itu biasanya sel surya dilapisi oleh lapisan anti-refleksi. Mterial anti-refleksi. Mterial anti-refleksi ini adalah lapisan tipis material dengan besar indeks refraktif optik antara semikonduktor dan udara yang menyebabkan cahaya dibelokkan ke arah semi konduktor sehingga meminimuman cahaya yang dipantulkan kembali.
2.3.5 Enkasulasi / cover glass
Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul surya dari hujan atau kotoran.
2.4 Cara kerja panel surya
Sel surya konvensional bekerja menggunkan prinsip p-n junction, yaitu junction antara semikonduktor tipe p-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar. Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron (muatan negatif) sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole (muatan positif) dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipe-p, silikon di doping oleh atom boron, sedangkan untuk mendapatkan material tipe-n, silikon di doping oleh fosfor. Ilustrasi dibawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.
Sel surya konvensional bekerja menggunkan prinsip p-n junction, yaitu junction antara semikonduktor tipe p-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar. Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron (muatan negatif) sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole (muatan positif) dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipe-p, silikon di doping oleh atom boron, sedangkan untuk mendapatkan material tipe-n, silikon di doping oleh fosfor. Ilustrasi dibawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.
Gambar 2.8.1 Junction antara semikonduktor tipe-p (kelebihan hole) dan tipe-n (kelebihan elektron)
Gambar 2.8. Ilustrasi cara kerja sel surya dengan prinsip p-n
2.5.1 Poli-Kristal
Jenis ini terbuat dari beberapa batang kristal silikon yang dilebur/dicairkan kemudian dituangkan dalam cetakan yang berbentuk persegi. Kemurnian kristal silikonnya tidak semurni pada sel surya monokristal, karenanya sel surya yang dihasilkan tidak identik satu sama lain dan efisiennnya lebih rendah, sekitar 13% - 16%. Tampilannya nampak seperti ada motif pecahan kaca di dalamnya. Bentuknya yang persegi, jika disusun membentuk panel surya, akan rapat dan tidak akan ada ruangan kosong yang sia-sia seperti susunan pada panel surya monokristal di atas. proses pembuatannya lebih mudah dibanding monokristal, karenanya harganya lebih murah.
Gambar 2.5.1 solar sel tipe poli kristal
2.5.2 Mono-Kristal
Panel monokristal dibuat dari silikon kristal tunggal, baik ditemukan secara alami (sangat jarang) atau tumbuh di laboratorium. Proses ini, disebut recrystallising, membuat panel monokristal yang lebih mahal untuk diproduksi. Panel monokristal memiliki penampilan yang lebih seragam halus dari panel polikristal. Mahalnya harga kristal silikon murni dan teknologi yang digunakan menyebabkan mahalnya harga jenis sel surya ini dibandingkan jenis sel surya yang lain di pasaran. Kelemahannya, sel surya ini jika disusun membentuk solar modul (panel surya) akan menyisakan banyak ruangan kosong karena sel surya seperti ini umumnya berbentuk segi enam atau bulat, tergantung dari bentuk ruangan kristal silionnya.
Keterangan gambar :
1. Batangan kristal silikon murni
2. Irisan kristal silikon yang sangat tipis
3. Sebuah sel surya mokristal yang sudah jadi
4. Sebuah panel surya monokristal yang berisi susunan sel surya monokristal. Nampak kosong yang tidak tertutup karena bentuk sel surya jenis ini.
2.5.3 Thin film solar cell (TFSC)
Jenis sel surya ini diproduksi dengan cara menambahakan satu atau beberapa lapisan material sel surya yang tipis ke dalam lapisan dasar. Sel surya jenis ini sangat tipis karenanya sangat ringan dan fleksibel.
Jenis ini dikenal juga dengan nama TFPV (Thin Film Photovoltaic).
Gambar 2.5.3 Solar sel tipe thin film solar sel
Berdasarkan materialnya, sel surya thin film ini digolongkan menjadi:
a. Amorphous Silicon (a-Si) Solar Cells.
Sel surya dengan bahan Amorphous Silicon ini, awalnya banyak diterapkan pada kalkulator dan jam tangan. Namun seiring dengan perkembangan teknologi pembuatannya penerapannya menjadi semakin luas. Dengan teknik produksi yang disebut "stacking" (susun lapis), dimana beberapa lapis Amorphous Silicon ditumpuk membentuk sel surya akan memberikan efisiensi yang lebih baik antara 6% - 8%.
b. Cadmium Telluride (CdTe) Solar Cells.
Sel surya jenis ini mengandung bahan Cadmium Telluride yang memiliki efisiensi lebih tinggi dari sel surya Amorphous Silicon, yaitu 9% - 11%.
c. Copper Inidium Gallium Selenide (CIGS) Solar Cells,
Dibandingkan kedua jenis sel surya ini thin film diatas, CIGS sel surya memiliki efisiensi paling tinggi yaitu sekitar 10% -12%. Selain itu, jenis ini tidak mengandung bahan berbahaya Cadmium seperti pada sel surya CdTe.
Teknologi produsksi sel surya thin film ini masih baru, masih banyak kemungkinan di masa mendatang. Ongkos produksi yang murah serta bentuknya yang tipis, ringan dan fleksibel sehingga dapat dilekatkn pada berbagai bentuk permukaan, seperti kaca, dinding gedung dan genteng rumah dan bahkan tidak menutup kemungkinan kelak akan dapat dilekatkan pada bahan seperti baju kaos.
Energi matahari adalah energi yang terdapat di dalam alam semesta, dimana tidak bersifat polutif, tidak habis dan gratis. Energi initersedia jumlah yang besar dan bersifat berkelanjutan bagi kehidupan mahluk di bumi. Untuk memanfaatkan energi matahari diperlukan pengetahuan dan teknologi yang tinggi agar bisa mendapatkan efisiensi yang lebih baik dan ekonomis.
2.7 Radiasi Harian Matahari pada Permukaan Bumi
Radiasi matahari yang tersedia di luar atmosfer bumi atau sering disebut konstanta radiasi matahari sebesar 1353 W/m2 dikurangi intensitasnya oleh penyerapan dan pemantulan oleh atmosfer sebelum mencapai permukaan bumi. Ozon di atmosfer menyerap radiasi dengan panjang gelombang pendek (ultraviolet), sedangkan karbon dioksida dan uap air menyerap sebagaian radiasi dengan panjang gelombang yang lebih panjang (inframerah). selain pengurangan radiasi bumi yang langsung atau sorotan oleh penyerapan tersebut, masih ada radiasi yang dipancarkan oleh molekul-molekul gas, debu, dan uap air dalam atmosfer sebelum mencapai bumi yang disebut sebagai radiasi sebaran (Jansen,_1995).
Dengan adanya faktor-faktor diatas menyebabkan radiasi yang diterima permukaan bumi memiliki intensitas yang berbeda-beda setiap saat. Besarnya radiasi harian yang diterima permukaan bumi ditunjukkan pada grafik gambar 2.8. Pada waktu pagi dan sore radiasi yang sampai permukaan bumi intensitasnya kecil. Hal ini disebabkan arah sinar matahari tida tegak lurus dengan permukaan bumi (membentuk sudut tertentu) sehingga sinar matahari mengalami peristiwa difusi oleh atsmosfer bumi.
Gambar 2.7.1 Radiasi sorotan dan radiasi sebaran yang mengenai permukaan bumi
Gambar 2.7.2 Grafik besar radiasi harian matahari yang mengenai permukaan bumi (jansen,1995)
Besarnya
radiasi yang diterima panel sel surya dipengaruhi oleh sudut datang (angle of
incidence) yaitu sudut antara arah sinar datang dengan komponen tegak lurus
bidang panel.
Gambar
2.9 Arah sinar datang membentuk sudut terhadap normal bidang panel sel surya
Panel
akan mendapat radiasi matahari maksimum pada saat matahari tegak lurus dengan
bidang panel. Pada saat arah matahari tidak tegak lurus dengan bidang panel
atau membentuk sudut q seperti gambar diatas maka panel akan menerima radiasi
lebih kecil dengan faktor cos q (Jansen,_1995).
BAB
3
METODOLOGI
PENELITIAN
Dalam pembuatan alat
ini, hal yang harus diperhatikan dan dibutuhkan adalah:
1. Sebuah komponen yang bisa menghasilkan
listrik.
2. Sebuah komponen
pengatur dan penyimpan energi listrik ke dalam baterai.
3. Sebuah komponen
menyimpan dan mensuplai energi listrik ke beban atau load.
4. Sebuah komponen yang bisa merubah arus tegangan DC 12 volt menjadi Arus AC 220 volt dengan
frekuensi 50 hertz.
5. Sebuah komponen
untuk penyiraman kebun salak.
Berdasarkan kebutuhan
hal yang perlu kita persiapkan dalam proses pembuatan alat ini, sebagai
berikut:
1. Satu unit solar sel
yang mampu bekerja menerima energi panas dan merubah menjadi energi listrik
dari tenaga surya atau cahaya matahari.
2. Solar charge control
digunakan untuk proses mengontrol
penyimpanan daya ke baterai dari solar sel dan pemakaian energi listrik
pada beban.
3. Baterai merk Deep Cycle untuk penyimpanan pengisian daya arus searah
(DC) dengan di kontrol oleh solar charge control.
4. Inverter sebagai konversi arus searah (DC) 12
volt menjadi arus bolak-balik (AC) 220
volt.
5. Pompa air yang digunakan untuk menyirami kebun salak.
Deskripsi
umum perancangan, sistem yang dirancang dalam perancangan ini adalah suatu energi
listrik yang berasal dari sumber energi matahari yang bisa dimanfaatkan untuk
pembangkit listrik tenaga surya (PLTS). Selain itu, hasil dari PLTS tersebut dapat
juga dimanfaatkan sebagai penggerak pompa air untuk menyirami kebun salak
menggunakan energi dari solar sel dengan arus DC 12 volt di konversikan menjadi
arus AC 220 volt.
Alat yang akan
dikembangkan terdiri atas dari solar sel yang berfungsi sebagai menerima energi
panas matahari sebagai sumber yang akan dijadikan sebuah energi listrik melalui
beberapa proses di dalam modul solar panel itu sendiri. Dengan menghasilkan
sebuah tegangan maksimum sebesar 17,2 volt pada saat waktu pukul 10.00 hingga
13.00 PM. Kemudian arus tegangan tersebut diterimaoleh solar charge control
sebagai penerima sekaligus pengatur arus tegangan yang akan dialirkan menuju
baterai untuk disimpan. Di samping itu juga berguna sebagai pelepas arus
tegangan ketika terjadi overcharging ketika sedang proses pengisian baterai.
Selanjutnya daya yang tersimpan didalam sebuah baterai tersebut dialirkan ke
inverter DC to AC. Sehingga yang semula arus searah (DC) pada 12 volt maka akan
diubah menjadi arus bolak-balik (AC) dengan tegangan 220 volt. Kemudian akam
disalurkan pada sebuah beban atau load sebuah pompa air untuk dilakukan proses
penyiraman pada sebuah kebun salak.
Rancangan suatu sistem
tersebut akan dibuat melalui
1. pembuatan dalam
bentuk media desain sebuah gambar baik secara tulisan tangan ataupun tulisan di
sebuah perangkat keras komputer.
2. pembuatan penyangga sebagai tempat bersandar
solar sel
3. pembuatan jalur
instalasi kabel dari solar sel hingga menuju pompa air.
4. Visualisasikan
desain rancangan dalam bentuk perangkat keras.
Dalam membangun sistem “Pembangkit Listrik
Energi Matahari Sebagai Penggerak Pompa Air Dengan Menggunakan Solar Sel”
dibutuhkan beberapa bagian pendukung seperti yang terlihat pada gambar 3.1.
3.1
Diagram Blok
Penjelasan umum mengenai diagram blok sistim diatas
adalah:
1.
Pada blok kotak diatas adalah bagian yang berisi tentang hardware sebagai
pembangkit untuk beban pompa air sebagai penyiram tanaman buah salak pada kebun
salak.
Secara
garis besar penggunaan PLTS ini digunakan sebagai alat yang bisa menggerakkan
pompa air untuk menyirami tanaman pada kebun salak. Dengan komponen utama yaitu
solar sel sebagai penyerap energi panas matahari yang dapat diubah menjadi
eneergi listrik, pengontrol penyimpanan daya dan penggunaan daya diatur oleh
solar charge control, baterai sebagai wadah pengisi daya, kemudian di suplai ke
inverter guna untuk merubah tegangan DC 12 volt menjadi AC 220 volt. Tegangan AC
220 volt tersebut akan digunakan untuk menggerakkan pompa air untuk menyiram
tanaman salak pada kebun salak.
Prinsip kerja dari panel surya adalah apabila panel surya
dikenai oleh cahaya matahari maka elektron N akan bergerak menuju elektron P
sehingga pada panel output dari panel surya akan keluar sebuah arus listrik
tegangan DC. Besarnya arus tegangan yang dihasilkan dari panel surya
berbeda-beda karena tergantung dari intensitas cahaya yang diserap oleh panel
surya tersebut.
Prinsip kerja
solar charge controller adalah
sebagai penerima arus tegangan DC yang dihasilkan dari aliran output panel solar. Kemudian arus tersebut diatur
sesuai tegangan pengisian masuk baterai. Namun tegangan output dari panel surya
yang masuk ke solar charge controller
bervariasi sesuai intensitas cahaya yang diserap oleh panel solar sel. Hal tersebut berlaku sepanjang waktu saat mulai
sing hari, sedangkan tegangan baterai mempunyai batasan tertentu saat sedang
memulai proses pengisian daya pada baterai. Sesuai yang ditunjukkan pada tabel
3.2 berikut:
3.2
Tabel standart pengecasan baterai
Solar charge control memiliki 3 buah terminal
yang juga terdapat sebuah penanda bahwa terminal tersebut digunakan sesuai
penggunaan jalur yang sudah ditentukan agar tidak salah dalam proses pemasangan,
diantaranya adalah: tanda negatif (-) dan tanda positif (+).
Solar charger
controller selain berfungsi mengatur arus keluaran dari panel solar sel
juga berfungsi mengatur tegangan ketika dalam proses pengisian daya baterai
suda terisi penuh(full) maka arus
listrik dari panel surya sel tidak akan dimasukkan ke dalam baterai dan
sebaliknya jika baterai dalam keadaan low
level atau terjadi penyusutan daya karena pemakaian yang digunakan oleh
beban pada kisaran 20 hingga 30%, listrik yang menuju ke beban akan dimatikan
secara otomatis. Berguna agar baterai tidak rusak karena tidak adanya sebuah
daya di dalam baterai tersebut.
Prinsip kerja dari PLTS ini adalah energi panas matahari
yang diserap oleh panel surya yang masuk ke dalam solar sel, energi tersebut
akan diserap oleh solar sel dan energi panas tersebut berubah menjadi energi
listrik yang menghasilkan sebuah tegangan DC output positif (+) dan output
negatif (-) kemudian hasil keluaran tegangan arus DC tersebut dikontrol oleh
solar charge controller yang
merupakan komponen yang berfungsi sebagai alat yang digunakan untuk mengisi
daya di dalam baterai dan menjaga pengisian baterai agar tidak sampai overcharging atau kelebihan pengisian
baterai yang secara otomatis solar charge
controller akan memutus arus yang masuk ke dalam baterai supaya umur
baterai juga bisa bertahan lama dan tidak cepat rusak. Setelah daya tersimpan
di dalam baterai maka arus tersebut akan mengalir ke inverter DC to AC, berguna
untuk mengubah tegangan DC 12 volt menjadi tegangan AC 220 volt.
Dalam perancangan sistem pembangkit listrik tenaga surya
ini menggunakan empat buah komponen yang berperan penting dalam proses
pengubahan dari energi panas menjadi listrik bertegangan di 220 volt AC,
diantaranya adalah sebagai berikut:
1. Panel surya, yang digunakan dalam perancangan PLTS ini
adalah panel surya dengan daya 50 WP dengan jenis poli-kristal.
2. Solar charge
controller, yang berguna untuk mengatur arus searah DC untuk pengisian
baterai dan menjaga baterai pada saat pengisian agar tidak kelebihan pengisian
daya saat proses mencharging atau mengisi baterai dengan secara otomatis akan
menghentikan arus yang masuk ke dalam baterai.
3. Baterai, yang berguna sebagai sumber arus listrik DC yang
akan digunakan sebagai tegangan awal sebelum diubah menjadi arus listrik AC.
Pada umumnya menggunakan merk deep cycle dengan
kapasitas 105 AH. Selain sebagai
penyedia arus listrik baterai juga dapat
digunakan sebagai penyimpan energi listrik DC.
4. Inverter DC to AC, yang berguna sebagai pengubah arus
dari DC 12 volt menjadi arus AC 220 volt. Inverter digunakan pada aplikasi
adjustable motor AC drives, uninterruptible power supplies (UPS) dan aplikasi
yang lainnya.
5.
Beban atau load, berguna untuk
menyerap daya pada aki sebelum dirubah pada inverter dari DC menjadi tegangan
AC agar listrik bisa digunakan sesuai pada tujuan penggunaan. Beban atersebut
pada makalah ini akan digunakan sebagai penggerak pompa air untuk menyirami
tanaman buah salak pada kebun salak.
DAFTAR
PUSTAKA
1.
Subandi, Hani S. (2015). Pembangkit Listrik Energi Matahari Sebagai Penggerak
Pompa Air Dengan Menggunakan Solar Cell. Jurnal Teknologi Technoscientia. Vol.
7, No. 2
2.
Anonim (2015). Mengenal Krisis dan Kebutuhan Energi Listrik di Indonesia, http://www.dekso.co.id/mengenal-krisis-dan-kebutuhan-energi-listrik-di-indonesia. Diakses pada 27 Oktober 2015 pukul
20.00..
3. Gunawan, Kiki (2013).
Sel surya : Struktur & Cara kerja, https://teknologisurya.wordpress.com/dasar-teknologi-sel-surya/prinsip-kerja-sel-surya.
Diakses pada 15 Oktober 2015 pukul 19:45..
4. Rosa Y., Sukma. R (2008).
Rancang Bangun Alat Konversi Energi Surya Menjadi Energi Mekanik. Jurnal Teknik
Mesin. Vol. 5, No. 2
5. Heri Junial (2010).
Pengujian Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Solar Cell Kapasitas 50wp.
Tesis. Universitas Pancasila
6. Yuwono, Budi (2005). Optimalisasi Panel Sel
Surya Dengan Menggunakan Sistem Pelacak Berbasis Mikrokontroler At89c51.
Skripsi. Universitas Sebelas Maret
Kamis, 07 Januari 2016
PROPOSAL
METODOLOGI PENELITIAN
Oleh: JOKO SUSANTO
(12041057)
Dosen pembimbing: Agus Kiswantono, ST, MT
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS BHAYANGKARA
SURABAYA
2016
PEMANFAATAN
URINE SEBAGAI ENERGI ALTERNATIF TERBAHARUKAN BAGI MASA DEPAN
ABSTRAK
Pada
era zaman global saat ini sumber daya sangatlah diperlukan untuk mencukupi
kebutuhan hidup, salah satunya energi listrik renewable. Ditengah-tengah masyarakat problem yang muncul adalah keterbatasan bahan bakar alam sebagai
sumber energi, pemanfaatan bahan bakar alternatif akan dapat menawarkan solusi
praktis namun tetap ramah lingkungan dan efisiensi. Salah satunya dengan seiring
berkembangnya zaman menyiasati tentang banyaknya urine atau air kencing yang di
produksi oleh manusia tanpa ada ujung, baik dalam segi manfaat dan pengelolaan
yang memberikan nilai guna bagi manusianya itu sendiri. Kandungan urine itu
sendiri memiliki manfaat yang bisa digunakan sebagai energi alternatif sebagai
pengganti baterai. Manfaat penelitian ini berguna untuk mencari dimana sumber
daya yang bersifat murah, mudah, efisien dan bisa berguna dalam jangka panjang.
Berbagai sumber di ambil dari internet, pengarahan, serta buku ilmu pengetahuan
yang bisa diambil point-point yang
bisa diangkat dijadikan sebuah kesimpulan dalam penulisan proposal ini. Metode
dalam pengambilan sebuah data bersumber pada informasi yang bersifat
kualitatif, yaitu hal yang berpedoman pada sumber informasi yang akhirnya di
ambil sebuah kesimpulan dari permasalahan tersebut.
At this time an era of global resources is needed to make ends meet, one of which renewable electrical energy. amid the community problem that arises is the limited fossil fuels as an energy source, utilization of alternative fuels will be able to offer practical solutions while remainning environmentally friendly and efficient. one of them with the concomitant development times get arround on the amount of urine, or urine that is produced by humans without end, either in terms of the benefits and management that provides value to the human itself. the content of the urine itself has benefits that can be used as an alternative energy instead of batteraies. the benefits of this research are useful to find where the resources are cheap, easy, efficient and could be useful in the long term. various sources taken form the internet, directing, and books of scince that can be taken points that can be removed be used as a conclusion in the writing of this proposal. method of making a source of data on qualitative information, that the reference to resources which finnaly taken a conclusion to these problems.
keywords : Alternative energy, urine, renewable, problem
BAB
1
PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG
Bahan bakar minyak adalah sumber energi
terbesar di seluruh dunia, dibandingkan dengan sumber energi lainnya. Di
samping itu dunia juga mengalami krisis bahan bakar minyak yang mengakibatkan
harga minyak mentah pun semakin meningkat. Ketersediaan bahan bakar fosil juga
sangat terbatas dan tidak dapat diperbaharui untuk kedepannya. Maka penggunaan
bahan bakar terus menerus untuk berbagai kebutuhan bisa mengakibatkan
defisiensi terhadap sumber energi fosil. Terbatasnya bahan bakar fosil dan
kerusakan lingkungan akibat penggunaan energi terus menerus, pada akhirnya
memaksa untuk menemukan sumber energi alternatif. Nah dari sini bisa dipikirkan
dalam jangka panjang bahwa urine akan menjadi solusi energi terbaharukan dan
menjanjikan untuk terus bisa dikembangkan, sebagai energi renewable yang dapat diproduksi dari urine dan air kencing manusia.
Limbah urine inilah yang akan dijadikan energi alternatif yang akan
menghasilkan listrik sebagai motor penggerak kehidupan bagi penggunaan energi
masa depan. Untuk tempat Pengumpulan air kencing sangatlah mudah yaitu kita
pasang MCK pada sarana dan prasarana
yang ada di daerah pusat keramaian di daerah surabaya misalnya, seperti contoh
Taman Bungkul dan masih banyak sarana dan prasarana tempat lainnya. Dari sana
bisa dipasang MCK 1 pipis khusus yang berguna untuk kencing dan MCK 2 bersih
yang berguna untuk membersihkan kemaluannya dari sisa kencing tersebut atau
bisa dibantu menggunakan kran sebagai media
pembersih di pasang di luar MCK 2 bersih. Kemudian MCK 1 pipis
khusus ini di pasang jalur khusus untuk pengumpulan urine pada wadah yang bisa
di bongkar pasang dan urine tersebut agar dapat dimanfaatkan untuk dijadikan
sebuah energi alternatif sumber listrik terbaharukan.
B. Rumusan Masalah
1. Bagaimana cara
membuat air kencing atau urine tersebut bisa berguna dan bermanfaat yang bisa
menghasilkan energi listrik terbaharukan bagi masa depan?
2. Apa keuntungan dari
energi alternatif menggunakan urine?
C. Batasan Masalah
Merealisasikan
penggunaan urine sebagai energi alternatif sebagai sumber energi listrik
terbaharukan bagi masa depan.
D. Tujuan Penelitian
1.
Membantu meringankan beban penggunaan energi tidak terbaharukan. Dengan
memaksimalkan urine sebagai bahan bakar pengganti energi alternatif pengganti
BBM. Kandungan gas hidrogen dalam urine apabila dicampurkan dengan bahan bakar
minyak, gas tersebut akan meningkatkan kadar oktan.
2.
Dilihat dari keuntungannya urine bisa dikembangkan digunakan sebagai energi
alternatif bahan bakar minyak karena dapat memberikan referensi untuk bisa
dikembangangkan dalam segi pemanfaatan energi alternatif.
3.
Mengurangi dampak lingkungan akibat limbah urine yang disebabkan oleh bau tidak
sedapnya.
E. Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini
semoga bisa berguna dan bermanfat di tengah-tengah problematika dan jalan
keluar masyarakat saat ini, yang sedang mencari dimana sumber daya energi
alternatif yang bersifat murah, mudah, efisien, ramah lingkungan dan bisa
berguna dalam jangka panjang.
BAB 2
TINJAUAN
PUSTAKA
2.1. Urine
Air seni atau urine merupakan cairan sisa
reaksi biokimiawi rumit yang terjadi di dalam tubuh. Meski zat buangan, urin
manusia masih mengandung bahan kimia seperti nitrogen, fosfor, dan potasium.
Bila menumpuk dan tidak dikeluarkan, maka akan menjadi racun yang malah
membahayakan tubuh. Sebanyak 70% bahan makanan (nutrisi) yang dikonsumsi
manusia dikeluarkan dalam bentuk air seni. Dalam setahun, seseorang dapat
mengeluarkan air kencing kira-kira sebesar 500 liter. Jumlah ini setara dengan
4 kg nitrogen, 0.5 kg fosfor, dan 1 kg potasium.
Walaupun terkadang berbau menyengat, air kencing ternyata membawa manfaat. contoh penggunaan urine yang kini tengah berkembang adalah sebagai pupuk tanaman. Di beberapa negara, pupuk urine merupakan bagian dari program pemanfaatan limbah yang disebut Ecosan. sejumlah negara sudah mulai menggalakkan program daur ulang limbah manusia ini. Sebut saja cina, zimbabwe, meksiko, india dan uganda. Bahkan beberapa negara eropa juga turut serta dalam program ini, misalnya jerman dan swedia. Pupuk urine memiliki banyak keungula, baik dari versi sisi lingkungan ekonomi, maupun sosial. Dalam lingkungan penggunaan pupuk ini memperbaiki penanganan kesehatan masyarakat. Penggunaan pupuk air seni juga mampu meningkatkan hasil panen sehingga taraf hidup masyarakat membaik. dengan kata lain, air kencing dapat menurunkan angka kemiskinan.
Walaupun terkadang berbau menyengat, air kencing ternyata membawa manfaat. contoh penggunaan urine yang kini tengah berkembang adalah sebagai pupuk tanaman. Di beberapa negara, pupuk urine merupakan bagian dari program pemanfaatan limbah yang disebut Ecosan. sejumlah negara sudah mulai menggalakkan program daur ulang limbah manusia ini. Sebut saja cina, zimbabwe, meksiko, india dan uganda. Bahkan beberapa negara eropa juga turut serta dalam program ini, misalnya jerman dan swedia. Pupuk urine memiliki banyak keungula, baik dari versi sisi lingkungan ekonomi, maupun sosial. Dalam lingkungan penggunaan pupuk ini memperbaiki penanganan kesehatan masyarakat. Penggunaan pupuk air seni juga mampu meningkatkan hasil panen sehingga taraf hidup masyarakat membaik. dengan kata lain, air kencing dapat menurunkan angka kemiskinan.
2.2. Pengertian Baterai
Baterai adalah sebuah alat yang bisa menghantarkan arus listrik kimiawi yang bisa menyimpan energi dan tenaganya yang bisa dimanfaatkan oleh manusia untuk kebutuhan manusianya itu sendiri. Sebuah baterai biasanya terdiri dari:
1. batang karbon sebagai anoda atau kutub positif baterai
2. seng sebagai katoda atau kutub negatif baterai
3. pasta sebagai elektrolit atau penghantar
2.2 Baterai
Baterai yang dijual dipasaran adalah sekali pakai dengan tegangan hantar listrik sebesar 1,5 volt. Baterai juga ada yang berbentuk tabung maupun kotak, ada juga baterai yang bisa di charge ulang seperti baterai handphone dll. Untuk baterai yang bisa digunakan sekali saja seperti pada jam tangan biasa disebut sebagai baterai primer, sedangkan baterai yang dapat diisi kembali dinamakan sebagai baterai sekunder. Bahan kimia yang digunakan dalam pembuatan baterai biasanya seperti: Belerang, Air raksa, Asam sulfat, Seng, Amonium klorida, Antimoni, Kadmium, Perak, Nikel, Hidrida logam Nikel, Litium, Hibrida, Kobalt, Mangan, Nitrogliserin, dan Rubidium. Di Indonesia banyak sekali limbah baterai yang dibuang secara percuma yang seakan tidak peduli terhadap amdal (analisis dampak lingkungan).yang bisa membahayakan manusianya itu sendiri karena ulah manusianya yang tidak peduli terhadap lingkungannya.
Dampak pembuatan dan penggunaan baterai yang telah terbukti, ternyata merupakan bahan berbahaya dan beracun karena mengandung berbagai logam berat, seperti merkuri, mangan, timbal, cadmium, nikel dan lithium, yang berbahaya bagi lingkungan dan kesehatan. Merkuri, seperti yang diketahui, dapat menyerang sistem syaraf pusat, ginjal, hati, jaringan otak, serta dapat membahayakan kandungan yang berakibat bayi cacat lahir. Cadmium dapat menyebabkan gangguan pada paru-paru, hati, dan ginjal. Sedangkan lithium, selain berbahaya bagi kesehatan, dapat meledak jika tertimbun dalam tanah untuk jangka waktu lama, ataupun jika terkena air. Walaupun kandungan merkuri dalam baterai sangat sedikit tapi menurut standar federal kesehatan manusia di Amerika, jika 80 juta liter air terkena hanya 1 gram merkuri, maka air tersebut termasuk air yang tergolong berisiko untuk dikonsumsi. Ini artinya bahwa hanya 1 gram merkuri mampu mengontaminasi sebuah danau.
Urine yang dihasilkan manusia adalah salah satu zat hasil metabolisme pada manusia yang diekskresikan ke luar tubuh dan mengandung air serta beberapa zat terlarut. Urine terdiri dari 95% air dan mengandung zat terlarut seperti Zat buangan nitrogen, Asam hipurat, Badan keton, Elektrolit(Na, Cl, K, SO4 2-, PO4 2-, Ca, Mg), Hormon atau katabolit hormon, dan berbagai jenis toksin atau zat kimia asing, pigmen, vitamin, atau enzim. Secara kimiawi, menurut Kammen dari UC Berkeley, urin mengandung banyak ion (atom-atom bermuatan listrik), yang memungkinkan timbulnya listrik hasil reaksi kimia yang terjadi dalam baterai urin. Cairan tubuh lainnya, seperti air mata, darah dan semen, juga dengan mudah bisa mengaktifkan baterai tersebut. Oleh sebab itu disamping bahan dasar yang mudah didapat dan pembuatannya yang mudah, baterai dengan tenaga urin sudah mulai dipertimbangkan oleh masyarakat luas.
2.3. Fuel Cell
2.3. Fuel Cell
Fuel cell adalah alat konversi energi elektrokimia yang akan mengubah hidrogen dan oksigenmenjadi
air, secara bersamaan menghasilkan energi listrik dan panas dalam prosesnya.
fuel cell merupakan suatu bentuk teknologi sederhana seperti baterai yang dapat
diisi bahan bakar untuk mendapatkan energinya kembali, dalam hal ini yang
menjadi bahan bakar adalah oksigen dan hidrogen. Layaknya
sebuah baterai, segala jenis fuel cell memiliki elektroda positif dan negatif
atau disebut juga katoda dan anoda. Reaksi kimia yang menghasilkan listrik
terjadi pada elektroda. Selain elektroda, satu unit fuel cell terdapat
elektrolit yang akan membawa muatan-muatan listrik dari satu elektroda ke
elektroda lain, serta katalis yang akan mempercepat reaksi di elektroda.
Umumnya yang membedakan jenis-jenis fuel cell adalah material elektrolit yang
digunakan. Arus listrik serta panas yang dihasilkan setiap jenis fuel cell
merupakan produk samping reaksi kimia yang terjadi di katoda dan anoda. Karena
energi yang diproduksi fuel cell merupakan reaksi kimia pembentukan air, alat
konversi energi elektrokimia ini tidak akan menghasilkan efek samping yang berbahaya
bagi lingkungan seperti alat konversi energi konvensional (misalnya proses
pembakaran pada mesin mobil). Sedangkan dari segi efisiensi energi, penerapan
fuel cell pada baterai portable seperti pada handphone atau laptop akan sepuluh
kali tahan lebih lama dibandingkan dengan baterai litium. Dan untuk mengisi
kembali energi akan lebih cepat karena energi yang digunakan bukan listrik,
tetapi bahan bakar berbentuk cair atau gas. Cara
kerja suatu unit fuel cell dapat diilustrasikan dengan jenis PEMFC (proton
exchange membrane fuel cell). Jenis ini adalah jenis fuel cell yang menggunakan
reaksi kimia paling sederhana. PEMFC memiliki empat elemen dasar seperti
kebanyakan jenis fuel cell.
Pertama, anoda sebagai kutub negatif fuel cell. Anoda merupakan elektroda yang akan mengalirkan elektron yang lepas dari molekul-molekul hidrogen sehingga elektron tersebut dapat diginakan di luar sirkuit. Pada materialnya terdapat saluran-saluran agar gas hidrogen dapat menyebar ke seluruh permukaan katalis.
Kedua, katoda sebagai kutub elektroda positif fuel cell yang juga memiliki saluran yang akan menyebarkan oksigen ke seluruh permukaan katalis. katoda juga berperan dalam mengalirkan elektron dari luar sirkuit ke dalam sirkuit sehingga elektron-elektron tersebut dapat bergabung dengan ion hidrogen dan oksigen untuk membentuk air.
Ketiga, elektrolit yang digunakan dalam PEMFC adalah membrane pertukaran proton (proton exchange membrane/PEM) Material ini berbentuk seperti plastik pembungkus yang hanya dapat mengalirkan ion bermuatan positif, Sedangkan elektron yang bermuatan negatif tidak akan melalui membran ini. Dengan kata lain membran ini akan menahan elektron.
Keempat, katalis yang diginakan untuk memfasilitasi reaksi oksigen dan hidrogen. katalis umumnya terbuat dari lembaran kertas karbon yang diberi selapis tipis bubuk platina. permukaan katalis selalu berpori dan kasar sehingga seluruh area permukaan platina dapat dicapai hidrogen dan oksigen. lapisan platina katalis berbatasan langsung dengan membran penukar ion positif, PEM.
pada ilustrasi cara kerja PEMFC, diperlihatkan gas hidrogen yang memiliki tekanan tertentu memasuki fuel cell di kutub anoda. Gas hidrogen ini akan bereaksi dengan katalis dengan dorongan dari tekanan. Ketika molekul H2 kontak dengan platinum pada katalis, molekul akan terpisah menjadi dua ion H+ dan dua elektron (e-). Elektron akan mengalir melalui anoda elektron-elektron ini akan membuat jalur di luar sirkuit fuel cell dan melakukan kerja listrik, kemudian mengalir kembali ke kutub katoda pada fuel cell. Disisi lain, pada kutub katoda fuel cell, gas oksigen (O2) di dorong gaya tekan kemudian bereaksi dengan katalis membentuk dua atom oksigen. setiap atom oksigen ini memiliki muatan negatif yang sangat besar. muatan negatif ini akan menarik dua ikon H+ keluar dari membrane PEM, lalu ion-ion itu bergabung dengan satu atom oksigen dan elektron-elektron dati luar sirkuit untuk membentuk molekul air (H2O). pada satu unit fuel cell terjadi reaksi kimia yang terjadi di anoda dan katoda. Reaksi yang terjadi pada anoda 2 H2 --> 4H+ + 4 e-. Sementara reaksi yang terjadi pada katoda adalah 2 + 4 H+ + 4 e- --> 2H2O. Sehingga keseluruhan reaksi pada fuel cell adalah 2H2 + O2 --> 2 H2O. Hasil samping reaksi kimia ini adalah aliran elektron yang menghasilkan arus listrik serta energi panas dari reaksi. satu unit fuel cell ini menghasilkan energi kurang lebih 0,7 volt. karena itu untuk memenuhi energi satu baterai handphone atau menggerakkan turbin gas dan mesin mobil, dibutuhkan berlpis-lapis unit fuel cell dikumpulkan menjadi satu unit besar yang disebut sebagai fuel cell stack.
2.4 Pengertian sel surya
Gambar 2.3 Fuel Cell
Kedua, katoda sebagai kutub elektroda positif fuel cell yang juga memiliki saluran yang akan menyebarkan oksigen ke seluruh permukaan katalis. katoda juga berperan dalam mengalirkan elektron dari luar sirkuit ke dalam sirkuit sehingga elektron-elektron tersebut dapat bergabung dengan ion hidrogen dan oksigen untuk membentuk air.
Ketiga, elektrolit yang digunakan dalam PEMFC adalah membrane pertukaran proton (proton exchange membrane/PEM) Material ini berbentuk seperti plastik pembungkus yang hanya dapat mengalirkan ion bermuatan positif, Sedangkan elektron yang bermuatan negatif tidak akan melalui membran ini. Dengan kata lain membran ini akan menahan elektron.
Keempat, katalis yang diginakan untuk memfasilitasi reaksi oksigen dan hidrogen. katalis umumnya terbuat dari lembaran kertas karbon yang diberi selapis tipis bubuk platina. permukaan katalis selalu berpori dan kasar sehingga seluruh area permukaan platina dapat dicapai hidrogen dan oksigen. lapisan platina katalis berbatasan langsung dengan membran penukar ion positif, PEM.
pada ilustrasi cara kerja PEMFC, diperlihatkan gas hidrogen yang memiliki tekanan tertentu memasuki fuel cell di kutub anoda. Gas hidrogen ini akan bereaksi dengan katalis dengan dorongan dari tekanan. Ketika molekul H2 kontak dengan platinum pada katalis, molekul akan terpisah menjadi dua ion H+ dan dua elektron (e-). Elektron akan mengalir melalui anoda elektron-elektron ini akan membuat jalur di luar sirkuit fuel cell dan melakukan kerja listrik, kemudian mengalir kembali ke kutub katoda pada fuel cell. Disisi lain, pada kutub katoda fuel cell, gas oksigen (O2) di dorong gaya tekan kemudian bereaksi dengan katalis membentuk dua atom oksigen. setiap atom oksigen ini memiliki muatan negatif yang sangat besar. muatan negatif ini akan menarik dua ikon H+ keluar dari membrane PEM, lalu ion-ion itu bergabung dengan satu atom oksigen dan elektron-elektron dati luar sirkuit untuk membentuk molekul air (H2O). pada satu unit fuel cell terjadi reaksi kimia yang terjadi di anoda dan katoda. Reaksi yang terjadi pada anoda 2 H2 --> 4H+ + 4 e-. Sementara reaksi yang terjadi pada katoda adalah 2 + 4 H+ + 4 e- --> 2H2O. Sehingga keseluruhan reaksi pada fuel cell adalah 2H2 + O2 --> 2 H2O. Hasil samping reaksi kimia ini adalah aliran elektron yang menghasilkan arus listrik serta energi panas dari reaksi. satu unit fuel cell ini menghasilkan energi kurang lebih 0,7 volt. karena itu untuk memenuhi energi satu baterai handphone atau menggerakkan turbin gas dan mesin mobil, dibutuhkan berlpis-lapis unit fuel cell dikumpulkan menjadi satu unit besar yang disebut sebagai fuel cell stack.
2.4 Pengertian sel surya
Sel surya atau juga sering disebut fotovoltaik
adalah divais yang mampu mengkonversi langsung cahaya matahari menjadi listrik.
Sel surya bisa disebut sebagai pemeran utama untuk memaksimalkan potensi sangat
besar energi cahaya matahari yang sampai ke bumi, walaupun selain dipergunakan
untuk menghasilkan listrik, energi dari matahari juga bisa dimaksimalkan energi
panasnya melalui sistem solar thermal.
Sel surya dapat dianalogikan sebagai divaisdengan dua terminal atau sambungan, dimana saat kondisi gelap atau tidak cukup cahaya berfungsi seperti dioda, dan saat disinari dengan cahaya matahari dapat menghasilkanntegangan. ketika disinari, umumnya satu sel surya komersial menghasilkan tegangan. ketika disinari, umumnya satu sel surya komersial menghasilkan tegangan dc sebesar 0,5 sampai 1 volt, dan arus short-circuit dalam skala miliampere per cm2. besar tegangan dan arus ini tidak cukup untuk berbagai aplikasi, sehingga umumnya sejumlah sel surya disusun secara seri membentuk modul surya. satu modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya, dan total menghasilkan tegangan dc sebesar 12 volt dalam kondisi penyinaran standar (Air Mass 1.5). Modul surya tersebut bisa digabungakan secara paralel atau seri untuk memperbesar total tegangan dan arus outputnya sesuai dengan daya yang dibutuhkan untuk aplikasi tertentu. Gambar dibawah ini menunjukkan ilustrasi dari modul surya.
Sel surya dapat dianalogikan sebagai divaisdengan dua terminal atau sambungan, dimana saat kondisi gelap atau tidak cukup cahaya berfungsi seperti dioda, dan saat disinari dengan cahaya matahari dapat menghasilkanntegangan. ketika disinari, umumnya satu sel surya komersial menghasilkan tegangan. ketika disinari, umumnya satu sel surya komersial menghasilkan tegangan dc sebesar 0,5 sampai 1 volt, dan arus short-circuit dalam skala miliampere per cm2. besar tegangan dan arus ini tidak cukup untuk berbagai aplikasi, sehingga umumnya sejumlah sel surya disusun secara seri membentuk modul surya. satu modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya, dan total menghasilkan tegangan dc sebesar 12 volt dalam kondisi penyinaran standar (Air Mass 1.5). Modul surya tersebut bisa digabungakan secara paralel atau seri untuk memperbesar total tegangan dan arus outputnya sesuai dengan daya yang dibutuhkan untuk aplikasi tertentu. Gambar dibawah ini menunjukkan ilustrasi dari modul surya.
Gambar 2.4 Modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya yang dirangkai seri untuk memperbesar total daya input
2.5. Pengertian Solar panel
Solar panel adalah alat yang merubah sinar matahari menjadi listrik melalui proses aliran-aliran elektron negatif dan positif di dalam cell modul tersebut karena perbedaan elektron. hasil dari aliran elektron-elektron akan menjadi listrik DC yang dapat langsung dimanfaatkan untuk mengisi baterai/aki sesuai tegangan dan ampere yang diperlukan. komponen inti dari sistem PLTS ini meliputi peralatan : Modul Solar cell, Solar Charger Control, Baterai/Aki, Inverter DC to AC, Beban/Load.
2.5.1 Kegunaan dari komponen-komponen PLTS
Komponen-komponen tersebut adalah:
1. Modul solar sel adalah alat semikonduktor yang bisa mengubah energi panas menjadi energi listrik dengan beberapa proses pertemuan antar atom. di dalam atom itu sendiri terdapat elektron-elektron yang bisa kita sebut dengan elektron-p dan elektron-n. Saat terjadi pertemuan aliran antar elektron sehingga membentuk sebuah medan listrik arus searah (DC).
2. Solar
charge control adalah peralatan elektronik yang digunakan untuk mengatur
arus searah (DC) yang akan diisikan ke baterai. Di samping itu juga berguna
untuk mengatur kelebihan kapasitas tegangan baterai saat sudah teriisi penuh (full overcharging).
3. Baterai atau Aki adalah alat yang berguna
sebagai penyimpan sebuah daya yang dihasilkan oleh panel surya yang tidak
digunakan secara langsung oleh beban atau load.
4. Inverter DC to AC adalah perangkat
elektrik yang digunakan untuk mengubah arus listrik searah (DC) menjadi arus
listrik bolak-balik (AC).
5. Beban atau Load adalah peralatan yang mengkonsumsi daya yang dihasilkan dari
sistem PLTS, seperti: peralatan komunikasi nirkabel, lampu jalan, lampu
penerangan rumah atau gedung, TV, radio, dll.
2.5.2 Pemeliharaan dari komponen-komponen
PLTS
Pemeliharaan yang harus dilakukan adalah:
1. Pemeliharaan modul solar sel adalah
dibersihkan berkala supaya tidak mengurangi penyerapan intensitas matahari,
mengatur tata letak dari solar modul supaya mendapatkan sinar matahari secara
langsung dan tidak terhalang oleh objek-objek, seperti: pohon, bangunan dll. (
kegiatan preventive)
2.
Pemeliharaan solar charge control
adalah memeriksa hasil input arus DC dan output arus DC menggunakan AVO meter.
( kegiatan preventive)
3. Pemeliharaan Baterai adalah memeriksa saat
kondisi alat sedang bekerja (ON) dan berhenti bekerja (OFF). (kegiatan
preventive)
4. Pemeliharaan Inverter DC to AC adalah
memeriksa hasil input arus DC dan output arus AC menggunakan AVO meter.
(kegiatan preventive)
5. Pemeliharaan beban atau load (alat) adalah memriksa keadaan alat
baik buruknya mnggunakan AVO meter. (kegiatan preventive)
Kegiatan preventive tersebut berguna untuk
mencegah terjadinya hal-hal yang tidak di inginkan agar alat-alat tersebut bisa
berguna dengan baik dan bisa berguna sepanjang masa pada titik tertentu sesuai
tingkat kualitas alat-alat tersebut.
2.6. Struktur Sel Surya
Sesuai dengan perkembangan sains dan teknologi, jenis-jenis teknologi sel surya pun berkembang dengan berbagai inovasi. Ada yang disebut sel surya generasi satu, dua, tiga dan empat, dengan struktur atau bagian-bagian penyusun sel yang berbeda pula. (Jenis-jenis teknologi surya akan dibahas di tulisan "Selsurya : Jenis-jenis teknologi"). dalam tulisan ini akan dibahas struktur dan cara kerja dari sel surya yang umum berada dipasaran saat ini sel surya berbasis material silikon yang juga secara umum mencakup struktur dan cara kerja sel surya generasi pertama (sek surya silikon) dan kedua (thin film/lapisan tipis).
2.7.1 Substrat/Metal Backing
Substrat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya. Material substrat juga harus mempunyai konduktivitas listrik yang baik karena juga berfungsi sebagai kontak terminal positif sel surya, sehingga umumnya digunakan material metal atau logam seperti aluminium atau molybdenum. Untuk sel surya dye-sensitized (DSSC) dan sel surya organik, substrat juga berfungsi sebagai tempat tempat masuknya cahaya sehingga material yang digunakan yaitu material yang konduktif tapi juga transparan seperti indium tin oxide (ITO) dan flourine doped tin oxide (FTO).
2.7.2 Material semikonduktor
Material semikonduktor merupakan bagian inti dari sel surya yang biasanya mempunyai tebal sampai beberapa ratus mikrometer untuk sel surya generasi pertama (silikon), dan 1-3 mikrometer untuk sel surya lapisan tipis. Material semikonduktor inilah yang berfungsi menyerap cahaya dari sinar matahari. Untuk kasus gambar diatas, semikonduktor yang digunakan adalah material silikon, yang umum diaplikasikan di industri elektronik. sedangkan untuk sel surya lapisan tipis, material semikonduktor yang umum digunakan dan telah masuk pasaran yaitu contohnya material Cu(In,Ga)(S,Se) (CIGS), CdTe (kadmium Telluride), dan amorphous silikon disamping materia-material semi konduktor potensial lain yang di dalam sedang dalam penelitian intensif seperti Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTS) dan Cu2O (Copper Oxide).
Bagian semikonduktor tersebut terdiri dari junction atau gabungan dari dua material semikonduktor tipe-p (material-material yang disebutkan diatas) dan tipe-n (silikon tipe-n, CdS,dll) yang membentuk p-n junction. p-n junction ini menjadi kunci dari prinsip kerja sel surya. Pengertian semikonduktor tipe-p, tipe-n, dan juga prinsip p-n junction dan sel surya akan dibahas dibagian "cara kerja sel surya".
2.7.3 Kontak Metal / Contact Grid
Selain substrat sebagai kontak positif, diatas sebagaian material semikonduktor biasanya dilapiskan material metal atau material konduktif transparan sebagai kontak negatif.
2.7.4 Lapisan Antireflektif
Refleksi cahaya harus diminimalisir agar mengoptimalkan cahaya yang terserap oleh semikonduktor. Oleh karena itu biasanya sel surya dilapisi oleh lapisan anti-refleksi. Material anti-refleksi ini adalah lapisan tipis material dengan besar indeks refraktif optik antara semikonduktor dan udara yang menyebabkan cahaya dibelokkan ke arah semionduktor sehingga meminimumkan cahaya yang dipantulkan kembali.
2.7.5 Enkapsulasi / Cover Glass
Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul surya dari hujan atau kotoran.
2.8 Cara kerja panel surya
Sel surya konvensional bekerja menggunkan prinsip p-n junction, yaitu junction antara semikonduktor tipe p-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar. Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron (muatan negatif) sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole (muatan positif) dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipe-p, silikon di doping oleh atom boron, sedangkan untuk mendapatkan material tipe-n, silikon di doping oleh fosfor. Ilustrasi dibawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.
Sesuai dengan perkembangan sains dan teknologi, jenis-jenis teknologi sel surya pun berkembang dengan berbagai inovasi. Ada yang disebut sel surya generasi satu, dua, tiga dan empat, dengan struktur atau bagian-bagian penyusun sel yang berbeda pula. (Jenis-jenis teknologi surya akan dibahas di tulisan "Selsurya : Jenis-jenis teknologi"). dalam tulisan ini akan dibahas struktur dan cara kerja dari sel surya yang umum berada dipasaran saat ini sel surya berbasis material silikon yang juga secara umum mencakup struktur dan cara kerja sel surya generasi pertama (sek surya silikon) dan kedua (thin film/lapisan tipis).
Gambar 2.6 Struktur dari sel surya komersial yang menggunakan material silikon sebagai semikonduktor.
Gambar diatas menunjukkan ilustrasi sel suryadan juga bagian-bagiannya. secara umum terdiri dari :
2.7.1 Substrat/Metal Backing
Substrat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya. Material substrat juga harus mempunyai konduktivitas listrik yang baik karena juga berfungsi sebagai kontak terminal positif sel surya, sehingga umumnya digunakan material metal atau logam seperti aluminium atau molybdenum. Untuk sel surya dye-sensitized (DSSC) dan sel surya organik, substrat juga berfungsi sebagai tempat tempat masuknya cahaya sehingga material yang digunakan yaitu material yang konduktif tapi juga transparan seperti indium tin oxide (ITO) dan flourine doped tin oxide (FTO).
2.7.2 Material semikonduktor
Material semikonduktor merupakan bagian inti dari sel surya yang biasanya mempunyai tebal sampai beberapa ratus mikrometer untuk sel surya generasi pertama (silikon), dan 1-3 mikrometer untuk sel surya lapisan tipis. Material semikonduktor inilah yang berfungsi menyerap cahaya dari sinar matahari. Untuk kasus gambar diatas, semikonduktor yang digunakan adalah material silikon, yang umum diaplikasikan di industri elektronik. sedangkan untuk sel surya lapisan tipis, material semikonduktor yang umum digunakan dan telah masuk pasaran yaitu contohnya material Cu(In,Ga)(S,Se) (CIGS), CdTe (kadmium Telluride), dan amorphous silikon disamping materia-material semi konduktor potensial lain yang di dalam sedang dalam penelitian intensif seperti Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTS) dan Cu2O (Copper Oxide).
Bagian semikonduktor tersebut terdiri dari junction atau gabungan dari dua material semikonduktor tipe-p (material-material yang disebutkan diatas) dan tipe-n (silikon tipe-n, CdS,dll) yang membentuk p-n junction. p-n junction ini menjadi kunci dari prinsip kerja sel surya. Pengertian semikonduktor tipe-p, tipe-n, dan juga prinsip p-n junction dan sel surya akan dibahas dibagian "cara kerja sel surya".
2.7.3 Kontak Metal / Contact Grid
Selain substrat sebagai kontak positif, diatas sebagaian material semikonduktor biasanya dilapiskan material metal atau material konduktif transparan sebagai kontak negatif.
2.7.4 Lapisan Antireflektif
Refleksi cahaya harus diminimalisir agar mengoptimalkan cahaya yang terserap oleh semikonduktor. Oleh karena itu biasanya sel surya dilapisi oleh lapisan anti-refleksi. Material anti-refleksi ini adalah lapisan tipis material dengan besar indeks refraktif optik antara semikonduktor dan udara yang menyebabkan cahaya dibelokkan ke arah semionduktor sehingga meminimumkan cahaya yang dipantulkan kembali.
2.7.5 Enkapsulasi / Cover Glass
Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul surya dari hujan atau kotoran.
2.8 Cara kerja panel surya
Sel surya konvensional bekerja menggunkan prinsip p-n junction, yaitu junction antara semikonduktor tipe p-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar. Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron (muatan negatif) sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole (muatan positif) dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipe-p, silikon di doping oleh atom boron, sedangkan untuk mendapatkan material tipe-n, silikon di doping oleh fosfor. Ilustrasi dibawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.
Gambar 2.8.1 Junction antara semikonduktor tipe-p (kelebihan hole) dan tipe-n (kelebihan elektron)
Gambar 2.8. Ilustrasi cara kerja sel surya dengan prinsip p-n
2.9.1 Poli-Kristal
Jenis ini terbuat dari beberapa batang kristal silikon yang dilebur/dicairkan kemudian dituangkan dalam cetakan yang berbentuk persegi. Kemurnian kristal silikonnya tidak semurni pada sel surya monokristal, karenanya sel surya yang dihasilkan tidak identik satu sama lain dan efisiennnya lebih rendah, sekitar 13% - 16%. Tampilannya nampak seperti ada motif pecahan kaca di dalamnya. Bentuknya yang persegi, jika disusun membentuk panel surya, akan rapat dan tidak akan ada ruangan kosong yang sia-sia seperti susunan pada panel surya monokristal di atas. proses pembuatannya lebih mudah dibanding monokristal, karenanya harganya lebih murah.
2.9.2 Mono-Kristal
Panel monokristal dibuat dari silikon kristal tunggal, baik ditemukan secara alami (sangat jarang) atau tumbuh di laboratorium. Proses ini, disebut recrystallising, membuat panel monokristal yang lebih mahal untuk diproduksi. Panel monokristal memiliki penampilan yang lebih seragam halus dari panel polikristal. Mahalnya harga kristal silikon murni dan teknologi yang digunakan menyebabkan mahalnya harga jenis sel surya ini dibandingkan jenis sel surya yang lain di pasaran. Kelemahannya, sel surya ini jika disusun membentuk solar modul (panel surya) akan menyisakan banyak ruangan kosong karena sel surya seperti ini umumnya berbentuk segi enam atau bulat, tergantung dari bentuk ruangan kristal silionnya.
2.10 Energi Matahari
Energi matahari adalah energi yang terdapat di dalam alam semesta, dimana tidak bersifat polutif, tidak habis dan gratis. Energi initersedia jumlah yang besar dan bersifat berkelanjutan bagi kehidupan mahluk di bumi. Untuk memanfaatkan energi matahari diperlukan pengetahuan dan teknologi yang tinggi agar bisa mendapatkan efisiensi yang lebih baik dan ekonomis.
2.11 Radiasi Harian Matahari pada Permukaan Bumi
Radiasi matahari yang tersedia di luar atmosfer bumi atau sering disebut konstanta radiasi matahari sebesar 1353 W/m2 dikurangi intensitasnya oleh penyerapan dan pemantulan oleh atmosfer sebelum mencapai permukaan bumi. Ozon di atmosfer menyerap radiasi dengan panjang gelombang pendek (ultraviolet), sedangkan karbon dioksida dan uap air menyerap sebagaian radiasi dengan panjang gelombang yang lebih panjang (inframerah). selain pengurangan radiasi bumi yang langsung atau sorotan oleh penyerapan tersebut, masih ada radiasi yang dipancarkan oleh molekul-molekul gas, debu, dan uap air dalam atmosfer sebelum mencapai bumi yang disebut sebagai radiasi sebaran (Jansen,_1995).
Jenis ini terbuat dari beberapa batang kristal silikon yang dilebur/dicairkan kemudian dituangkan dalam cetakan yang berbentuk persegi. Kemurnian kristal silikonnya tidak semurni pada sel surya monokristal, karenanya sel surya yang dihasilkan tidak identik satu sama lain dan efisiennnya lebih rendah, sekitar 13% - 16%. Tampilannya nampak seperti ada motif pecahan kaca di dalamnya. Bentuknya yang persegi, jika disusun membentuk panel surya, akan rapat dan tidak akan ada ruangan kosong yang sia-sia seperti susunan pada panel surya monokristal di atas. proses pembuatannya lebih mudah dibanding monokristal, karenanya harganya lebih murah.
2.9.2 Mono-Kristal
Panel monokristal dibuat dari silikon kristal tunggal, baik ditemukan secara alami (sangat jarang) atau tumbuh di laboratorium. Proses ini, disebut recrystallising, membuat panel monokristal yang lebih mahal untuk diproduksi. Panel monokristal memiliki penampilan yang lebih seragam halus dari panel polikristal. Mahalnya harga kristal silikon murni dan teknologi yang digunakan menyebabkan mahalnya harga jenis sel surya ini dibandingkan jenis sel surya yang lain di pasaran. Kelemahannya, sel surya ini jika disusun membentuk solar modul (panel surya) akan menyisakan banyak ruangan kosong karena sel surya seperti ini umumnya berbentuk segi enam atau bulat, tergantung dari bentuk ruangan kristal silionnya.
2.10 Energi Matahari
Energi matahari adalah energi yang terdapat di dalam alam semesta, dimana tidak bersifat polutif, tidak habis dan gratis. Energi initersedia jumlah yang besar dan bersifat berkelanjutan bagi kehidupan mahluk di bumi. Untuk memanfaatkan energi matahari diperlukan pengetahuan dan teknologi yang tinggi agar bisa mendapatkan efisiensi yang lebih baik dan ekonomis.
2.11 Radiasi Harian Matahari pada Permukaan Bumi
Radiasi matahari yang tersedia di luar atmosfer bumi atau sering disebut konstanta radiasi matahari sebesar 1353 W/m2 dikurangi intensitasnya oleh penyerapan dan pemantulan oleh atmosfer sebelum mencapai permukaan bumi. Ozon di atmosfer menyerap radiasi dengan panjang gelombang pendek (ultraviolet), sedangkan karbon dioksida dan uap air menyerap sebagaian radiasi dengan panjang gelombang yang lebih panjang (inframerah). selain pengurangan radiasi bumi yang langsung atau sorotan oleh penyerapan tersebut, masih ada radiasi yang dipancarkan oleh molekul-molekul gas, debu, dan uap air dalam atmosfer sebelum mencapai bumi yang disebut sebagai radiasi sebaran (Jansen,_1995).
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
Dalam percobaan ini, hal yang harus diperhatikan dan dibutuhkan adalah :
1. Urine yang mengandung senyawa amonia dipanaskan secara perlahan melalui proses photo electro system agar menjadi senyawa gas amonia.
2. Air urine/kencing dimasukkan dalam elektrolisasi cell, yang mengekstrak urea menjadi nitrogen, water, dan hidrogen.
3. Lalu hidrogen mengalir ke water filter untuk pemurnian, yang kemudian di dorong ke silinder gas.
4. Gas hidrogen yang telah dimurnikan di dorong ke generator untuk membangkitkan sel bahan bakar (fuel cell), yang akan digunakan untuk memproduksi energi listrik.
5. 1 liter urine bisa menghasilkan kurang lebih 6 jam listrik.
6. Proses elektrolisasi dari satu liter urine memerlukan waktu 1,5 menit
Gambar 3.1 Flowchart rangkaian fuel cell
Urine yang digunakan harus benar-benar orang sehat karena urine yang memiliki kadar glukosa atau zat kimia lainnya akan menghambat proses elektrolisasi. kemudian panel surya berfungsi sebagai alat ayang memberikan pasokan listrik gratis yang disimpan di dalam baterai lithium. Dengan alat elektroliser, energi listrik dari panel surya sebesar 75% digunakan untuk peralatan rumah tangga dan sisa dari 25% energi listrik panel surya untuk sumber tenaga dalam proses elekrolisa urine manusia yang berfungsi untuk memisahkan hidrogen dan nitrogen.
Gambar 3.2 Rangkaian elektrolisis sel
Selanjutnya gas hidrogen dialirkan ke fuel cell (sel bahan bakar). terjadilah reaksi kimia penggabungan antara hidrogen dan oksigen tersebut akan menghasilkan listrik. Listrik dialirkan ke proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) untuk mengikat proton, sehingga hanya elektron saja yang disimpan dalam baterai dan menjadi listrik untuk digunakan pada kebutuhan rumah tangga. Dengan catatan pasokan urine selalu tersedia, maka energi listrik bisa diproduksi terus-menerus. tidak seperti yang dikonversi dari angin dan matahari, Bahan Bakar Urine tak bergantung pada kondisi alam. Untunganya lagi, bahan sisa pemrosesan elektrolisasi urine, berupa asam fosfat, bisa digunakan untuk membuat pupuk urea yang tak berbahaya, karena tak menggandung bahan kimia. Radio Nederland mengumumkan, temuan tersebut akan dibuka untuk para investor. Meskipun modal awal cukup tinggi, namun investasi itu diproyeksikan sudah akan kembali dalam waktu 8-10 tahun. Jangka waktu dianggap masih masuk akal dan bisa diterima dunia bisnis.
DAFTAR PUSTAKA
1.
Subandi, Hani S. (2015). JURNAL Pembangkit Listrik Energi Matahari Sebagai Penggerak
Pompa Air Dengan Menggunakan Solar Cell. Jurnal Teknologi Technoscientia. Vol.
7, No. 2,
2.
Anonim (2015). Mengenal Krisis dan Kebutuhan Energi Listrik di Indonesia, http://www.dekso.co.id/mengenal-krisis-dan-kebutuhan-energi-listrik-di-indonesia. Diakses pada 27 Oktober 2015 pukul
20.00..
3. Gunawan, Kiki (2013).
Sel surya : Struktur & Cara kerja, https://teknologisurya.wordpress.com/dasar-teknologi-sel-surya/prinsip-kerja-sel-surya.
Diakses pada 15 Oktober 2015 pukul 19:45..
4. Heri Junial (2010).
Pengujian Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Solar Cell Kapasitas 50wp.
Tesis. Universitas Pancasila.
5. Munadi, Rizal (2012), Pemanfaatan Urine Manusia Sebagai Energi Alternatif Bahan Bakar Minyak. Seminar. Universitas Gunadarma. http://kemahasiswaan.um.ac.id/wp-content/uploads/2010/04/PKM-GT-10-Faqihatul-Ilmi-Pemanfaatan-Urine-Manusia....pdf
6 . Ilmi, Faqihatul (2010). Pemanfaatan Urine Sebagai Sumber Alternatif Pengganti Baterai. PKM-GT. http://kemahasiswaan.um.ac.id/wp-content/uploads/2010/04/PKM-GT-10-Faqihatul-Ilmi-Pemanfaatan-Urine-Manusia....pdf
Langganan:
Postingan (Atom)