Karakteristik
Solar Cell 10-WP Pada Pemanfaatan
Sumber
Energi Terbarukan
Novi
Mudhofiroh1), M Fathuddin Noor2)
Terima Naskah : 05
September 2014
Terima Revisi : 11 Oktober 2014
ABSTRAK
Dengan
meningkatnya system pemanfaatan energi alternatif untuk kebutuhan manusia sudah
banyak, salah satunya merubah energi matahari menjadi energi listrik. Dengan cara
menggunakan solar cell atau biasa di sebut panel surya. Kemampuan solar cell
adalah mengkonfersikan energi sinar matahari menjadi energi listrik. Ada dua
jenis solar cell (panel surya) yaitu solar cell diam dan solar cell gerak (
solar tracker). Dengan solar cell diam energi listrik yang dihasilkan kurang
optimal di karenakan pergerakan matahari dari timur ke barat secara berkala
setiap hari. Maka dari itu cara mengatasinya dengen membuat solar tracker yang
di mana solar tracker tersebut mengikuti pergerakan matahari. Dengan adanya
solar tracker energi yang di hasilkan optimal di karenakan besar kecilnya arus
lsitrik yang dihasilkan tergantung pada besar dan lamanya pancaran sinar
matahari mengenai solar cell.
Cara
pengujian karakteristik solar cell dilakukan dengan membandingkan arus listrik
yang dihasilka solar cell diam dengan solar tracker atau solar sel yang
bergerak mengikuti arah matahari di lengkapi kontrol arah dan menggunakan
mikrokontroller Arduino Uno dengan Sensor
Arus. Tipe solar sel yang
dipakai keduannya adalah 10-WP (Watt
Peak). Data nilai arus (ampere)
yang dihasilkan disimpan dan dicatat pada media SD Card, kemudian diolah dengan Microsoft Office Excel(R) yang dapat memperoleh data grafik dan
selanjutnya bisa dilihat perbandingan arus listrik yang dihasilkan oleh panel
surya diam dan panel surya berpenjejak. Dari hasil pengujian selama 11 hari
diketahui bahwa panel surya berpenjejak menghasilkan arus rata-rata 0,33 A
sedangkan panel surya diam menghasilkan arus rata-rata 0,15 A. Hasil pengujian
karakteristik solar sel berupa nilai arus listrik yang dihasilkan akan
memudahkan pemahaman tentang solar sel dan energi terbarukan pada proses
pembelajaran.
Kata kunci:
panel surya, 10-WP, arus
listrik, mikrokontroller, energi
terbarukan.
1. PENDAHULUAN
Solar Cell (Panel Surya)
yang biasa di pakai selama ini masih bersifat diam / tidak mengikuti pergerakan matahari. Dengan itu solar
cell (Panel Surya) tidak dapat menerima pancaran sinar matahari secara maksimal,
maka energi listrik yang di hasilkan juga tidak maksimal. Hal yang harus di
pertimbangkan dalam sebuah pembangkit energi lsitrik adalah menghasilkan jumlah
energi yang cukup besar dan biaya ekonomis juga tidak rahmah lingkungan.
Untuk
dapat membandingkan penyerapan energi matahari pada panelsolar cell, penelitian
ini menggunaka Solar Cell yang diam
dan Solar Tracker. Hasil energi listrik yang dihasilkan data akan di
simpan pada SD Card yang digunakan pada penelitian sebelumnya yaitu
perancangan dan pembuatan Data Logger. Kemudian selanjutnya akan
dianalisa hasil data nilai antara Solar Cell
diam dengan Solar Tracker. Potensi
panas sinar matahari yang ada di wilayah Probolinggo sangat memungkinkan
dikembangkan Pembangkit Listrik Tenaga Surya untuk penerangan jalan dan
lainnya, karena di saat musim panas pancarann potensi sinar matahari cukup
besar di wilayah Probolinggo.
Berdasarkan
latar belakang masalah di atas, diperoleh rumusan masalah yaitu bagaimana
perbandingan kinerja Solar Tracker dengan Solar Cell diam terhadap potensi energi surya di Probolinggo.
Tujuan dalam penelitian ini adalah untuk mengetahui kemampuan Solar Cell diam dan Solar Tracker terhadap
potensi energi surya di Probolinggo.
Adapun
manfaat yang diharapkan dari penelitian yang telah dilakukan antara lain:
1. Sebagai bahan referensi dalam perancangan maupun pembuatan energi
alternatif terutama dalam pemanfaatan sumber energi terbarukan (energi
matahari) dalam pembangkitan energi listrik.
2. Dapat dijadikan sebagai bahan penelitian selanjutnya, khususnya
dalam penggunaan Arduino Uno sebagai sistem pengendali.
3. Dalam bidang akademis, dapat dipergunakan sebagai bahan referensi
dalam ilmu pengetahuan khususnya dalam bidang Elektronika Daya.
2. LANDASAN TEORI
2.1 Setruktur Dasar Solar cell dan Simbol Solar Cell
Gambar 1 Struktur
lapisan solar sel secara umum
Elektron
adalah partikel sub atom yang bermuatan negatif, sehingga silikon paduan dalam
hal ini disebut sebagai semikonduktor jenis-N (negatif). Semikonduktor jenis-P
juga terbuat dari kristal silikon yang didalamnya terdapat sejumlah kecil
materi lain (umumnya boron) yang menyebabkan material tersebut kekurangan satu
elektron bebas. Kekurangan atau hilangnya elektron ini disebut lubang (hole).
Karena tidak ada atau kurangnya elektron yang bermuatan listrik negatif maka
silikon paduan dalam hal ini sebagai semikonduktor jenis-P (positif).
Bagian utama
perubah energi sinar matahari menjadi listrik adalah absorber (penyerap),
meskipu demikian, masimg-masing lapisan juga sangat berpengaruh terhadap
efisiensi dari solar cell. Sinar matahari terdiri dari bermacam-macam jenis
gelombang elektromagnetik yang secara spectrum dapat dilihat pada gambar 2.
Oleh karena itu absorber disini diharapkan dapat menyerap sebanyak mungkin
solar radiation yang berasal dari cahaya matahari.
Gambar 2
spekktrum radiasi matahari
Lebih detail lagi bisa dijelaskan sinar
matahari yang terdiri dari photon-photon, jika menimpa permukaaan bahan solar
sel, akan diserap, dipantulkan atau dilewatkan begitu saja (lihat gambar 2.3),
dan hanya foton dengan level energi tertentu yang akan membebaskan elektron
dari ikatan atomnya, sehingga mengalirlah arus listrik. Level energi tersebut
disebut energi band-gap yang didefinisikan sebagai sejumlah energi yang
dibutuhkan untuk mengeluarkan elektron dari ikatan kovalennya sehingga
terjadilah aliran arus listrik. Untuk membebaskan elektron dari ikatan
kovalennya, energi foton (hc/v harus sedikit lebih besar atau diatas daripada
energi band-gap. Jika energi foton terlalu besar dari pada energi band-gap,
maka extra energi 14 tersebut akan dirubah dalam bentuk panas pada solar sel.
Karenanya pada solar sel untuk mengatur bahan yang dipergunakan, yaitu dengan
memodifikasi struktur molekul dari semikonduktor yang dipergunakan.
Tentu saja agar efisiensi dari solar sel bisa
tinggi maka foton yang berasal dari sinar matahari harus bisa diserap yang
sebanyak-banyaknya, kemudian memperkecil refleksi dan memperbesar konduktivitas
dari bahannya, maka penyerapannya harus memiliki energi band-gap dengan jarak
yang lebar, sehingga memungkinkan untuk bisa menyerap sinar matahari yang
mempunyai energi sangat bermacam-macam tersebut. Salah satu bahan yang sedang
banyak diteliti adalah CuInSe2 yang dikenal merupakan salah satu dari direct
semiconductor.
Kelebihan menggunakan solar sel.
1.
Tidak
menimbulkan polusi: tenaga surya tidak melepaskan karbon dioksida, sulfur
dioksida atau merkuri ke atmosfir. Tidak membakar bahan bakar.
2.
Solar
sel memanfaatkan energi matahari.
3.
Hampir
bebas perawatan, produsen menawarkan jaminan 20 tahun dan lebih.
4.
Faktor
kebisingan, solar sel diam dan tidak memiliki bagian yang bergerak.
Kekurangan menggunakan solar sel.
1.
Masih
relatif mahal.
2.
Estetika,
solar panel mengambil sedikit ruang atap dan tidak menyenangkan untuk dilihat.
3.
Tidak
dapat dipergunakan dalam 24 jam, solar sel akan berfungsi ketika matahari
bersinar. Pada malam hari akan bergantung pada energi yang disimpan.
2.1 ARDUINO
Arduino adalah board pengendali mikro (mikrokontroller) yang bersifat open-source,
dirancang untuk memudahkan penggunaan elektronik dalam berbagai bidang [4]. Hardwarenya
memiliki prosesor Atmel AVR dan softwarenya memiliki bahasa pemrograman
sendiri. Arduino merupakan kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman
dan Integrated Development Environment (IDE). IDE adalah sebuah software
yang sangat berperan untuk menulis program, meng-compile menjadi
kode biner dan meng-upload ke dalam memori mikrokontroler.
2.1.1 Arduino UNO
“Uno” berarti satu dalam bahasa Italia dan dinamai untuk
menandakan keluaran (produk) Arduino 1.0 selanjutnya. Arduino Uno adalah
sebuah seri terakhir dari board Arduino USB
Gambar 4. .Arduino Uno
Di bawah ini data sheet
Board Arduino Uno (Djuandi, 2011) ;
Mikrokontroller :
Atmega328
Operasi
Voltage : DC5V
Input
Voltage : DC 7-12 V
(Rekomendasi)
Input
Voltage : DC 6-20 V
(limits)
I/O : 14 pin
Arus : 50 mA
RAM : Memory 32KB
EEPROM
: 1 KB
Kecepatan
: 16 Mhz
Arduino Uno dapat diprogram
dengan perangkat lunak Arduino yang disebut Arduino IDE (Integrated
Development Environment). Pada ATmega328 pada Uno Arduino memiliki
boot loader yang memungkinkan Anda untuk meng-upload program baru menggunakan
protokol dari bahas C tanpa menggunakan programmer hardware eksternal (Arduino.cc).
Program open-source Arduino memudahkan untuk menulis kodingan dan meng-upload
ke board Arduino. Program atau software ini dapat berjalan pada
Windows, Mac OS X,dan Linux.
Gambar 5. Tampilan software untuk
programming Arduino
2.2 Baterai (Aki)
Baterai adalah perangkat kimia untuk menyimpan tenaga listrik dari
tenaga listrik. Tanpa baterai, energi surya hanya dapat digunakan pada saat ada
sinar matahari.
Berdasarkan
aplikasi maka aki dibedakan untuk engine starter (otomotif) dan deep
cyle.
a. Aki otomotif,
umumnya dibuat dengan plat timbal yang tipis namun banyak sehingga luas
permukaannya lebih besar. Dengan demikian aki ini bisa menyuplai arus listrik
yang besar pada saat awal untuk menghidupkan mesin.
b. Aki deep cyle,
biasanya digunakan untuk sistem fotovoltaik (solar sel) dan back up
power, dimana aki mampu mengalami discharge hingga muatan listriknya
tinggal sedikit.
Gambar 6. Jenis aki starter
(otomotif) (a) dan deep cycle (b)
Tabel
1. Siklus pengisian pada jenis aki otomotif dan deep cycle. Depth of
Discharge
|
Starter
Battery
|
Deep-cycle
Battery
|
100%
50%
30%
|
12-15 cycles
100-120
cycles
130-150
cycles
|
150-200
cycles
400-500
cycles
1000 and
more cycles
|
Tegangan
yang di hasilkan solar sel akan digunakan oleh charge controller untuk
mengisi baterai. Energi yang disimpan pada baterai atau aki inilah yang
digunakan pada malam hari.
2.3 Solar Tracker
Solar tracker berfungsi untuk memposisikan solar cell ke arah matahari sehingga
radiasi sinar matahari jatuh tegak lurus pada solar sel. Solar tracker bekerja
berdasarkan pada besarnya intensitas cahaya yang dideteksi oleh 2 (dua) sensor
LDR. Data dari sensor LDR digunakan untuk mengikuti posisi matahari.
Gambar 7. Solar Tracker
LDR (Light
Dependent Resistor)
LDR (Light Dependent
Resistor) adalah resistor peka cahaya berbahan semikonduktor (bahan bukan
konduktor dan buka isolator) besar resistansinya bergantung terhadap intensitas
cahaya yang menyelimuti permukaannya.
Gambar 8. Light Dependant
Resistor
2.4 Motor Servo
Motor servo adalah sebuah
motor DC dengan sistem umpan balik tertutup di mana posisi dari motor
akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo.
Motor ini terdiri dari sebuah motor DC, serangkaian gear, potensiometer
dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas sudut
dari putaran servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan
lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor
Gambar 9. Motor
servo
2.5 Sensor Arus
ACS712-20A
ACS712
merupakan suatu IC terpaket yang mana berguna untuk sensor arus menggantikan
trafo arus. Pada prinsipnya ACS712 sama dengan sensor efek, hal lainnya yaitu
dengan memanfaatkan medan magnetik di sekitar arus, kemudian dikonversi menjadi
tegangan yang linier dengan perubahan arus. Nilai variabel dari sensor ini
merupakan input untuk mikrokontroller, hanya keluaran dari ACS712 masih berupa
sinyal tegangan AC, agar dapat diolah oleh mikrokontroller maka sinyal tegangan
AC ini di ubah menjadi tegangan DC (Direct Curent)
Gambar 10. Sensor Arus ACS712-20A
2.6 SD Card
SD
Card adalah kartu memori yang digunakan dalam perangkat portable. Media
ini digunakan sebagai perekam / penyimpan data.
Gambar 11. SD Card
2.7
Bateray Control Regulator
Bateray Control Regulator berfungsi
untuk mengatur pengaturan pengisian baterai. Perlu diperhatikan dalam
menggunakan Bateray Control Regulator ini adalah besarnya tegangan dan
daya yang dikeluarkan modul surya dan yang dapat diterima baterai. Satuan untuk
tegangan adalah Volt, sedangkan kuat arus dalam ampere, misalnya 12volt/10A
Gambar
12. Bateray Control Regulator
3. METODE
Adapun
langkah-langkah penelitian ini adalah sebagai berikut :
1.
Melakukan studi pendahuluan berupa studi literatur yang akan dilakukan untuk
penelitian.
2.
Melakukan pengamatan (orientasi) lapangan dan mengamati sistem kerja sel surya.
3.
Mengidentifikasi variabel-variabel yang akan menjadi obyek penelitian.
4.
Melakukan pengolahan data.
5.
Dari data yang telah di dapat kita analisa dan menarik kesimpulan.
Dalam
penelitian ini, ada beberapa batasan masalah, antara lain :
1. Penelitian hanya
membandingkan hasil kerja Solar Tracker dengan panel sel surya diam
dengan melihat hasil pengukuran nilai arus listrik.
2. Pengambilan data
dilakukan di Lab. Fakultas Teknik Universitas Panca Marga.
3. Pengambilan data
dilakukan selama 11 hari dan data diambil setiap harinya mulai jam 08.00 sampai
dengan jam 14.00
4.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 13. Grafik hasil
pengambilan data Arus listrik, Kamis, 19 Juni 2014.
Dari grafik hasil pengujian dan pengambilan
data arus listrik (A) pada tanggal 19-Juni-2014 antara sel surya yang
menggunakan Solar Tracker dan solar diam dapat di lihat pada grafik
diatas, pengambilan data dimulai jam 08.00 dan berakhir jam 14.00, jam 08.00
sampai dengan jam 10.00 cuaca berawan, jam 10.20 sampai dengan 12.20 cuaca
cerah, jam 12.30 sampai dengan 13.20 cerah berawan, dan jam 13.30 sampai dengan
14.00 cuaca berawan. Pada grafik bisa kita lihat arus listrik yang dihasilkan
sel surya yang menggunakan Solar Tracker lebih besar dibandingkan sel
surya dengan solar diam meskipun pada jam 12.30 sampai dengan 12.40 nilai arus
yang dihasilkan berbanding terbalik yaitu hasil arus listrik solar diam lebih
besar dibandingkan solar tracker, penyerapan arus listrik pada solar diam
berkisar antara 0,06 A sampai dengan 0,17 A sedangkan Solar Tracker berkisar
antara 0,07 A sampai dengan 0,34 A. Hasil rata rata arus listrik yang
dihasilkan antar Solar Tracker dan solar diam pada tanggal 19 Juni 2014
adalah Solar Tracker 0,32 A dan solar diam 0,22 A. Persentase nilai arus
yang dihasilkan adalah
ST-SD X 100
% = 0,32A – 0,22A X 100% = 45 %
SD 0,22A
dimana: ST = Solar Tracker
SD = Solar Diam
Gambar 14. Grafik hasil
pengambilan data Arus listrik, Jum’at, 20 Juni 2014
Dari
hasil pengujian dan pengambilan data arus listrik (A) pada tanggal 20-Juni-2014
antara sel surya yang menggunakan Solar Tracker dan solar diam dapat
kita lihat pada grafik, pengambilan data dimulai jam 08.00 dan berakhir jam
14.00, jam 08.00 sampai 08.30 cuaca mendung, jam 08.40 sampai dengan12.30 cuaca
berawan, jam 12.30 sampai dengan 12.50 cuaca mendung, jam 13.00 sampai dengan 14.00
cuaca berawan. Pada grafik bisa kita lihat arus listrik yang dihasilkan sel
surya yang menggunakan Solar Tracker lebih besar dibandingkan sel surya
dengan solar diam, penyerapan arus listrik pada solar diam berkisar antara 0,07
A sampai dengan 0,17 A sedangkan Solar tracker berkisar antara 0,04 A
sampai dengan 0,29 A. Hasil rata rata arus listrik yang dihasilkan antar Solar
Tracker dan solar diam pada tanggal 20 Juni 2014 adalah Solar tracker 0,19
A dan solar diam 0,12 A. Penyerapan energi matahari tidak maksimal dikarenakan
faktor cuaca dan kinerja alat yang kurang maksimal. Persentase nilai arus yang
dihasilkan adalah
dimana: ST = Solar Tracker
SD = Solar Diam
Gambar 15. Grafik hasil pengambilan data
Arus listrik Diam; Sabtu, 21 Juni 2014.
Dari
hasil pengujian dan pengambilan data arus listrik (A) pada tanggal 21-Juni-2014
antara sel surya yang menggunakan Solar Tracker dan solar diam dapat
kita lihat pada grafik, pengambilan data dimulai jam 08.00 dan berakhir jam
14.00, jam 08.00 sampai 14.00 cuaca mendung. Pada grafik bisa kita lihat arus
listrik yang dihasilkan sel surya yang menggunakan Solar Tracker lebih
besar dibandingkan sul surya dengan solar diam, penyerapan arus listrik pada
solar diam berkisar antara 0,05 A sampai dengan 0,17 A sedangkan Solar
Tracker berkisar antara 0,04 A sampai dengan 0,21 A. Start awal pengambilan
data arus listrik Solar diam lebih besar dari pada Solar Tracker kemungkinan
besar dipengaruhi oleh suhu solar sel yang tidak sama karena malam hari
sebelumnya terjadi hujan dan bahan pembuat solar sel. Hasil rata rata arus
listrik yang dihasilkan antar Solar Tracker dan solar diam pada tanggal
21 Juni 2014 adalah Solar Tracker 0,14 A dan solar diam 0,13 A.
Penyerapan energi matahari tidak maksimal dikarenakan faktor cuaca. Persentase
nilai arus yang dihasilkan adalah
dengan:ST = Solar Tracker
SD = Solar
Tabel 2. Rekapitulasi Prosentase nilai arus yang dihasilkan selama
pengambilan data.
No..
|
Tanggal
|
Prosentase
|
1
|
18 Juni
2014
|
63 %
|
2
|
19 Juni
2014
|
45 %
|
3
|
20 Juni
2014
|
58 %
|
4
|
21 Juni
2014
|
7,7 %
|
5
|
22 Juni
2014
|
16 %
|
6
|
23 Juni
2014
|
9 %
|
7
|
24 Juni
2014
|
66 %
|
8
|
25 Juni
2014
|
70 %
|
9
|
26 Juni
2014
|
53 %
|
10
|
27 Juni
2014
|
58 %
|
11
|
28 Juni
2014
|
43 %
|
5. KESIMPULAN
Kesimpulan yang bisa diambil dari pembahasan ini adalah:
1.
Berdasarkan data yang
didapatkan antara sel surya yang menggunakan Solar Tracker dan Sel surya
diam, saat pagi, siang, dan sore. Nilai arus listrik yang dihasilkan sel surya
yang menggunakan Solar Tracker lebih besar dibandingkan dengan sel surya
diam, meskipun dalam pengambilan data arus listri, pada jam jam tertentu nilai
arus solar diam lebih besar dari Solar
Tracker.
2.
Perubahan cuaca
sangat mempengaruhi arus listrik yang dihasilkan dari sel surya baik itu yang
menggunakan Solar Tracker dan Solar diam. Dimana cuaca cerah akan
menghasilkan arus listrik yang lebih besar dibandingkan saat cuaca berawan dan
mendung.
3.
Solar Tracker yang mengikuti
pergerakan matahari mampu menghasilkan arus listrik yang lebih besar dengan sel
surya diam, meskipun dalam penelitian dan pengambilan data ada hasil arus
listrik yang tidak sesuai yaitu hasil nilai arus sel surya diam lebih besar
dari Solar Tracker. Adapun faktor -
faktor yang mempengaruhi kinerja solar sel pada penelitian ini adalah bahan
pembuat solar sel, resistansi beban, intensitas cahaya matahari,
suhu/temperature solar sel, dan bayangan/shading.
4.
Dengan melihat data
persentase nilai arus listrik yang dihasilkan dalam pengambilan data selama 11
hari, bahwa penggunaan Solar Tracker dalam pembangkitan energi listrik
kurang efisien karena persentase nilai arus yang dihasilkan kecil, energi
listrik yang dihasilkan Solar Tracker lebih banyak dipakai untuk sistem
kontrol Solar Tracker itu sendiri.
5.
Hasil pengujian
karakteristik solar sel berupa nilai arus listrik yang dihasilkan akan
memudahkan pemahaman tentang solar sel dan energi terbarukan pada proses
pembelajaran.
6. DAFTAR PUSTAKA
Artanto Dian. 2012.
“60 Aplikasi PLC-Mikro”. Elex Media Komputindo, Jakarta.
Bagas Hari S. 2012. “Pemrograman Mikrokontroler Dengan Bahasa C”.
Andi Offset,Yogyakarta.
Budiharto W. dan Firmansyah S. 2005. “Elektronika Digital dan
Mikroprosesor”. Andi Offset, Yogyakarta.
7. BEOGRAFI PENULIS
:
Novi
Mudhofiroh ialah Tenaga Pengajar Fisika Dinas
Pendidikan Kabupaten Probolinggo.
M
Fathuddin Noor ialah Dosen Program Studi Teknik Mesin,
Fakultas Teknik, Universitas Panca Marga.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar