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

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

2.1. 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 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).

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.

 

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.

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.

       

            Gambar 2.8.1 Junction antara semikonduktor tipe-p (kelebihan hole) dan tipe-n (kelebihan elektron)

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.

  

Gambar 2.8. Ilustrasi cara kerja sel surya dengan prinsip p-n 

2.5 Pebedaan antara Monokristal dan Polikristal

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.

2.6 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.

2.7 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).

Gambar 2.7.1 Radiasi sorotan dan radiasi sebaran yang mengenai permukaan bumi

             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 2.7.2 Grafik besar radiasi harian matahari yang mengenai permukaan bumi (jansen,1995)

2.8 Pengaruh Sudut Datang terhadap Radiasi yang diterima

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