STUDI DESAIN POWER BANK DENGAN MENGGUNAKAN PANEL SURYA SEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF

Transkripsi

1 STUDI DESAIN POWER BANK DENGAN MENGGUNAKAN PANEL SURYA SEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF Rahmawati Dhamar Wasisto Nugroho Universitas Sriwijaya Abstract One of the problems in the electrical energy is limited fossil energy source which is the main source of electrical energy producer in Indonesia, it is necessary to renewable energy. Solar Cell is a device that converts solar energy into electrical energy, that comes from sunlight that is unlimited. Because the sources of the solar cell is the sun, then the output of the solar cell is not stable by reason of the weather. It would require an energy storage to accommodate the electrical energy. Power Bank is a device that is used to keep energy from solar cell and used to move capacity to smartphone and hand phone. In this study design the circuit capacity of the battery using solar cell which include capacity into the smartphone and hand phone. In this final project, that day at pm is the peak maximum absorption of solar cell. Solar cell can produces voltage 10:24 Volt and current 0:30 A and Battery Power Bank produces a voltage 4.96 V and currents 0:39 A and it can be concluded that the process energy conversion of solar cell is determined from the arrival of sunlight that affect the voltage and current have generated. Keywords : Solar Cell, Power bank, Smartphone. PENDAHULUAN Salah satu permasalahan dalam energi listrik adalah keterbatasan sumber energi fosil yang merupakan sumber utama penghasil energi listrik di Indonesia, maka dibutuhkan energi terbarukan. Panel surya adalah perangkat yang mengubah energi surya menjadi listrik yang bersumber dari cahaya matahari yang tidak terbatas. Dikarenakan sumber dari panel surya adalah matahari, maka hasil keluaran dari panel surya ini tidak stabil dikarenakan cuaca yang terjadi. Maka diperlukan suatu penyimpan energi untuk menampung energi listrik tersebut. Power bank adalah suatu peralatan yang digunakan untuk menyimpan energi dari panel surya dan digunakan untuk memindahkan muatan ke Smartphone dan handphone. Pada penelitian ini merancang rangkaian pemuatan baterai menggunakan panel surya yang meliputi pemuatan ke smartphone dan handphone. Beberapa judul penelitian yang telah dilakukan mengenai Panel Surya yang dilakukan oleh Helly Andri (2010) dari Universitas Indonesia dengan judul penelitian Rancang Bangun System Baterry Charging Automatic. LANDASAN TEORI Panel Surya Panel surya mengkonversikan energi matahari menjadi listrik. Sel silikon yang disinari matahari 120

2 atau surya, membuat photon yang menghasilkan arus listrik. Sebuah panel surya menghasilkan kurang lebih tegangan 0.5 Volt. Jadi sebuah panel surya 12 Volt terdiri dari kurang lebih 36 sel (untuk menghasilkan 17 Volt tegangan maksimun). Photovoltage (biasanya disebut juga sel surya) adalah piranti semikonduktor yang dapat merubah cahaya secara lansung menjadi menjadi arus listrik searah (DC) dengan menggunakan kristal silicon (Si) yang tipis. ( Gambar 1. Panel Surya Sumber: Macam-macam Panel Surya Ada beberapa macam panel surya adalah sebagai berikut : 1. Polikristal (Poly-crystalline) Merupakan panel surya yang memiliki susunan kristal acak. Tipe polikristal memerlukan luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan jenis monokristal untuk menghasilkan daya listrik yang sama, akan tetapi dapat menghasilkan listrik pada saat mendung dan berawan. Gambar 2. Sel Polikristal Sumber : modules-bp-jls48p-200w-positive-tolerance/ html 2. Monokristal (Mono-crystalline) Merupakan panel surya yang paling efisien, menghasilkan daya listrik persatuan luas yang paling tinggi. Memiliki efisiensi sampai dengan 15%. Kelemahan dari panel surya jenis ini adalah tidak akan berfungsi baik ditempat yang cahaya mataharinya kurang, efisiensinya akan turun drastis dalam cuaca berawan.

3 3. Amorphous Amorphous silicon (a-si) digunakan sebagai material panel surya. Kadang - kadang panel surya jenis ini dapat ditemui pada kalkulator, walaupun peformanya lebih rendah dari panel surya tradisional pada umumnya. Akan tetapi, mengingat kalkulator menggunakan daya yang sangat kecil, hal ini tidaklah berpengaruh. 4. Compound (Gallium Arsenide) Merupakan panel surya yang menghasilkan daya listrik yang sangat baik, karena Gallium Arsenide dapat mengkonversi sekitar 40% radiasi matahari menjadi listrik, sehingga dua kali lebih efektif dibandingkan silikon. Efisiensi ini membuat gallium arsenide menjadi bahan pilihan untuk membangun sel surya pesawat ruang angkasa, tetapi harga gallium arsenide sangat tinggi dan penggunaanya hanya di luar angkasa. Bagian-bagian Komponen Panel Surya Komponen utama sistem surya photovoltage adalah modul yang merupakan unit rakitan beberapa sel surya photovoltage. Modul photovoltage tersusun dari beberapa sel photovoltage yang dihubungkan secara seri dan paralel. Teknologi ini cukup canggih dan keuntungannya adalah harganya murah, bersih, mudah dipasang dan dioperasikan dan mudah dirawat. Sedangkan kendala utama yang dihadapi dalam pengembangan energi surya photovoltage adalah investasi awal yang besar dan harga per kwh listrik yang dibangkitkan relatif tinggi, karena memerlukan subsistem yang terdiri atas baterai, unit pengatur dan inverter sesuai dengan kebutuhannya Proses Konversi Cahaya Matahari Menjadi Listrik Gambar 3. Proses Pengubahan Atau Konversi Cahaya Matahari Menjadi Listrik Sumber: Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini dimungkinkan karena bahan material yang menyusun sel surya berupa semikonduktor. Lebih tepatnya tersusun atas dua jenis semikonduktor; yakni jenis n dan jenis p. Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang memiliki kelebihan elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n = negatif). Sedangkan semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut dengan p ( p = positif) karena kelebihan muatan positif. Caranya, dengan menambahkan unsur lain ke

4 dalam semikonduktor, maka kita dapat mengontrol jenis semikonduktor tersebut. Awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan panas semikonduktor alami. Di dalam semikonduktor alami (disebut dengan semikonduktor intrinsik) ini, elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama. Kelebihan elektron atau hole dapat meningkatkan daya hantar listrik maupun panas dari sebuah semikoduktor ( Perhitungan Konversi Energi Perhitungan dilakukan untuk menetukan ukuran sel photovoltage dan baterai untuk sistem energi matahari dengan kapasitas maksimum 1000 Watt. Langkah-langkah perancangan adalah sebagai berikut: (Helly, 2010) a. Kapasitas Energi Kapasitas energi adalah kemampuan suatu materi untuk melakukan kerja. Mengubah energi panas menjadi energi listrik dengan media panel surya. Rumus kapasitas energi : C = V x I x t.... (2.1) Keterangan : C = Kapasitas Energi Total (Wh) V = Tegangan (V) I = Arus (I) t = Waktu (jam) b. Menentukan Susunan Modul Optimum Untuk Panel Surya Penyusunan optimum adalah cara yang akan menentukan kebutuhan arus total panel dengan jumlah modul seminimum mungkin. Penentuan konfigurasi modul minimum dengan menghitung jumlah minimum modul yang menyediakan nilai arus panel yang dibutuhkan. Jumlah modul yang tersusun seri ditentukan oleh : Keterangan : Vsistem : tegangan nominal sistem Vmodul : tegangan nominal modul sel Menentukan Jam Matahari Ekivalen (Equivalent Sun Hours, ESH) terbaik Jam matahari ekivalen suatu tempat ditentukan berdasarkan peta insolasi matahari dunia yang dikeluarkan oleh Solarex (Solarex, 1996). Berdasarkan peta insolasi matahari dunia, diperoleh: ESH untuk Wilayah Katulistiwa = 4.5 jam. a. Menentukan Lamanya Waktu Pemuatan Untuk Baterai Power bank. Penghitungan ini diperlukan untuk mengetahui estimasi waktu yang dibutuhkan dalam proses pemuatan baterai berdasarkan hasil konversi dari panel menuju baterai. Dengan melakukan penghitungan ini maka dapat ditaksir lamanya proses pemuatan pada baterai power bank. Untuk menentukan lamanya waktu pemuatan baterai power bank dapat digunakan rumus sebagai berikut :

5 Nilai 1.2 sampai dengan 1.5 adalah faktor koreksi terhadap hambatan-hambatan yang ditimbulkan oleh penghantar serta perubahan temperature saat pengisian dan rugi rugi sistem dan faktor keamanan. Power Bank Power bank adalah sebuah peranti yang digunakan untuk memasukkan energi listrik kedalam baterai yang bisa diisi ulang tanpa harus menghubungkan peranti tersebut pada outlet listrik. Pengisi baterai ini disebut portabel karena berbeda dengan pengisi baterai yang harus dihubungkan pada outlet listrik, pengisi portabel dapat digunakan tanpa harus menghubungkan pada perangkat listrik. Namun power bank ini memiliki daya tampung energi listrik sehingga ketika daya tersebut telah habis terpakai, energi listrik harus kembali diisi kembali dengan cara menghubungkan kabel dengan outlet listrik. ( Smartphone Smartphone sering diterjemahkan sebagai ponsel pintar, istilah sejenis lainnya, contoh smartphone adalah Nokia X7-00 Symbian Anna, Nokia E6 Symbian Anna, Sony Ericsson Xperia mini Android, HTC Desire S Android, Samsung Galaxy Mini Android, Bold Touch BlackBerry BlackBerry OS 7 dan lain-lain ( METODE PENELITIAN Metodologi yang digunakan dalam kegiatan ini adalah studi literatur, reverse engineering dan pengujian di lapangan. Rancangan Riset Rancangan riset yang dilakukan dalam kegiatan ini adalah studi literatur dan reverse engineering dan penerapan langsung dilapangan. 1. Persiapan Disini perlu dipersiapkan lokasi tempat penelitian, pengumpulan literatur. 1. Perancangan/desain peralatan Desain peralatan yang dilakukan meliputi : desain panel surya, baterai isi ulang, charger, regulator dan kabel konektor. 2. Mengumpulkan peralatan Pengumpulan peralatan sesuai dengan kebutuhan yang digunakan, dengan cara membeli melalui took online dan offline. 3. Pembuatan alat Pembuatan peralatan yang dilakukan meliputi : pembuatan penyangga panel surya, rangkaian regulator dan penstabil tegangan. 4. Instalasi peralatan Instalasi peralatan yang dilakukan meliputi; penginstalan panel surya sistem pengkabelan, sistem pengujian. 5. Uji coba peralatan

6 Uji coba pada peralatan ini dilakukan untuk mengetahui kehandalan, efisiensi, efektifitas sistem yang dibuat. 6. Analisa dan evaluasi Analisa dan evaluasi yang dilakukan pada peralatan yang dibuat meliputi, analisa hasil uji coba sistem panel surya meluputi lamanya pengisian, besarnya nilai tegangan dan besarnya nilai arus. Tabel 1. Perencana Waktu Penelitian No Kegiatan Bulan Sep Okt Nop Des 1 Studi Pustaka 2 Desain Peralatan 3 Pembelian Peralatan 4 Perakitan Sistem 5 Instalasi Peralatan 6 Pengujian, pengukuran dan analisis peralatan Alat dan Bahan Penelitian a. Alat Peralatan yang digunakan adalah sebagai berikut : 1. Solder, kawat timah, baut atau sekrup, lem, gergaji, kabel, paku, meteran, multimeter, almunium. 2. Panel Surya Adapun spesifikasi panel surya yang digunakan sebagai berikut : Ukuran Panel : 22.5 x 15.5 cm Jenis panel surya : Polikristal Berat panel : 0.5 kg Power maks (Pmax) : 5 W Tegangan output : 9 v Laju arus maks : 0.56 A Jumlah sel : 18 sel Batas temperatur : C sampai C 3. Regulator Regulator digunakan untuk menstabilkan nilai tegangan yang berasal dari panel surya terhadap nominal yang dibutuhkan power bank. Adapun spesifikasi regulator yang digunakan sebagai berikut : Tegangan Input Maks : 5 V Arus maksimum : 1.5 A 4. Baterai isi ulang

7 Adapun spesifikasi baterai isi ulang yang digunakan sebagai berikut : Jenis lipium : Li-polymer (lipo) Tegangan output maks : 7.4 V Kapasitas arus : 5 A Jumlah Sel : 2 Sel 5. Kapasitor Elektrolit Untuk menyimpan muatan listrik dalam waktu tertentu, kapasitor yang digunakan 1000 µf Tegangan Maksimum : 16 V Diagram Alir Dalam melakukan penyusunan laporan tugas akhir ini, langkah-langkah yang akan dilakukan dapat dilihat pada diagram alir penyusunan laporan tugas akhir. Dibawah ini adalah diagram alir dalam penyusunan laporan ini. Gambar 4. Diagram Alir Sumber: Gambar Rangkaian Pemuatan Gambar 5. Rangkaian Pemuatan dari Panel Surya ke Baterai Power bank

8 HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian Tegangan dan Arus yang Dihasilkan Panel Surya Pengujian pada modul panel surya bertujuan untuk mengetahui kesesuaian spesifikasi alat yang tercantum pada spesifikasi data teknis terhadap hasil pengujian di lapangan secara langsung. Dengan adanya proses pengujian ini, maka dapat disimpulkan bahwa apakah kinerja modul panel surya yang akan digunakan telah mencapai hasil yang diharapkan dan dipergunakan sesuai dengan fungsinya. Pengujian ini juga dilakukan untuk memastikan semua modul telah terhubung dengan benar dan tidak terjadi kesalahan. Apabila terjadi kesalahan pada alat maka dapat segera kita lakukan perbaikan. Pengujian modul panel surya ini dilakukan dibawah sinar matahari langsung dengan cuaca tidak menentu karena cuaca bisa berubah-ubah. Pengujian ini mengambil waktu 5 hari dengan waktu dari jam sampai WIB. Gambar 6. Modul Panel Surya (Sumber : Dokumentasi Penulis) Sistem kerja keseluruhan dari alat pemuatan baterai menggunakan panel surya dapat dilihat pada tabel. Data di tabel 2 di bawah ini adalah data yang kita ukur hasil tegangan dari panel surya yang kita gunakan. Tabel 2. Hasil Pengukuran Tegangan Modul Panel Surya Tabel 2. Hasil Pengukuran Tegangan Modul Panel Surya Jam Tegangan Tegangan Tegangan Tegangan Tegangan Rata rata Hari Hari Hari Hari Hari pertama Kedua Ketiga Keempat Kelima per (V) (V) (V) (V) (V) hari (Sumber : Dokumentasi penulis)

9 Di bawah ini terdapat grafik hasil pengukuran tegangan terhadap waktu pada modul panel surya sesuai dengan tabel 2. Gambar 7. Grafik Hasil Pengukuran Tegangan terhadap Waktu Modul Panel Surya Sedangkan arus yang dihasilkan panel surya menuju baterai power bank dapat kita lihat dengan melihat pada tabel 3. Tabel 3. Hasil Pengukuran Arus Modul Panel Surya terhadap Baterai pada Power bank Jam Arus Hari I Arus Hari II Arus Hari II Arus Hari IV Rata rata (Sumber : Dokumentasi penulis) Adapun hasil grafik pengukuran arus modul panel surya terhadap waktu pada power bank dapat kita lihat pada gambar 8. Arus Waktu Gambar 8. Grafik Hasil Pengukuran Arus terhadap Waktu Modul Panel surya pada power bank

10 Pengujian Laju Arus dan Waktu Pengisian Baterai Smartphone Prosedur pengujian pengisian baterai dilakukan untuk mengetahui estimasi laju arus pengisian baterai dengan beberapa jenis sample smartphone dan mengetahui performa kemampuan baterai pada power bank untuk melakukan jumlah pengisian baterai handphone dalam berapa siklus pengisian. Tabel 4. Pengujian Laju Arus dan Waktu Pengisian Baterai Smartphone Jenis Smart Phone Tegangan Baterai (V) Laju Arus Merk Samsung ACE 3 GT-7270 (Sumber : Dokumentasi Penulis) Data Dari Hasil Pengujian Kapasitas Panel Surya Rumus: C = V x I x t...(2.1) Keterangan : C : Kapasitas Energi Total (Wh) V : Tegangan (V) I : Arus (A) t : Waktu (Jam/Hours) Hari Pertama : C = V x I x t = 9.94V x 0.30A x 4.5 jam = Wh Hari Kedua : C = V x I x t = 9.8V x 0.27A x 4.5 jam = Wh Hari Ketiga : C= V x I x t = 9.96Vx 0.28A x 4.5 jam = Wh Hari Keempat : C = V x I x t = 9.77Vx 0.28A x 4.5 jam Kapasitas Arus Baterai Sebelum Pengecasan Setelah Pengecasan Pengisian Baterai 1500 mah Nokia mah Blackberry mah Rata-rata Waktu Pengisian (Menit)

11 = Wh Hari Kelima : C = V x I x t =10.09Vx 0.28A x 4.5 jam = Wh Tabel 5. Kapasitas Panel Surya Ketiga Cuaca Keempat berawan Kelima (Sumber : Dokumentasi Penulis) Menentukan Susunan Modul Sel Seri Optimum Untuk Panel Surya Rumus : Hari Tegangan (v) Arus (A) Kapasitas Energi Total Keterangan Pertama Cuaca Kedua berawan (2.2) Keterangan : Vsistem : tegangan nominal sistem panel surya Vmodul : tegangan nominal modul panel surya = 18 Modul Menentukan Jam Matahari Ekivalen (Equivalent Sun Hours, ESH) untuk Wilayah Katulistiwa = 4.5 jam (2.3) Menentukan Lamanya Waktu Pemuatan Untuk Baterai Power bank. Penghitungan ini diperlukan untuk mengetahui estimasi waktu yang dibutuhkan dalam proses pemuatan baterai berdasarkan hasil konversi dari panel menuju baterai. Dengan melakukan penghitungan ini maka dapat ditaksir lamanya proses pengisian pada baterai power bank dalam keadaan tidak ada muatan. Untuk menentukan lamanya waktu pemuatan baterai power bank dapat digunakan rumus

12 sebagai berikut : Nilai 1,2 sampai 1.5 adalah faktor koreksi terhadap hambatan-hambatan yang ditimbulkan oleh penghantar serta perubahan temperature saat pengisian dan rugi rugi sistem dan faktor keamanan. = x 1.2 = jam Berdasarkan perhitungan di atas maka waktu yang diperlukan jika baterai power bank kosong sampai terisi penuh dalam keadaan kosong selama jam dengan rataan terbaik jam matahari per hari = 4.5 jam PENUTUP Berdasarkan keseluruhan perancangan serta pengujian terhadap panel surya dan power bank dapat ditarik kesimpulan bahwa pada saat siang hari jam WIB, panel surya mampu menghasilkan tegangan sebesar V, arus sebesar 0.30 A dimana pada jam WIB merupakan puncak penyerapan yang maksimal.berdasarkan perhitungan rata-rata laju tegangan dan arus yang mengalir power bank terhadap baterai smartphone adalah 4.96 V dan 0.39 A. DAFTAR PUSTAKA diakses tanggal 2 Pebruari diakses tanggal 2 Pebruari diakses tanggal 20 Pebruari diakses tanggal 25 Maret diakses tanggal 25 Maret 2015

13 diakses tanggal 25 Maret diakses tanggal 25 Maret 2015 Andri, Helly Rancang Bangun System Battery Charging Automatic. Universitas Indonesia. tanggal 30 Maret 2015 diakses diakses tanggal 04 April 2015, diakses tanggal 30 Maret diakses tanggal 30 Maret diakses tanggal 30 Maret 2015