KORELASI SUHU DAN INTENSITAS CAHAYA TERHADAP DAYA PADA SOLAR CELL Subandi 1, Slamet Hani 2 1,2 Jurusan Teknik Elektro Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta Email: s_subandi@gmail.com ABSTRACT Referringto with the rapid progress of the industry, the development of electricity as an energy source in the implementation of the housing industry and also growing. In the development of electronic goods themselves very rapidly, of course Several factors supporting the development of electronic devices are increasingly diverse. To utilize the sun as a source of electrical energy is a very appropriate choice because the total of solar energy is very large and unlimited. Besides its use does not cause adverse effects on the environment, especially, when using the sun as it requires electrical energy Solar Cell that is useful to convert solar energy into electrical energy. Solar Cell consis of composed of a semiconductor material silicon and Germanium. Temperature also very influence the performance of the solar cell charging. On the measured data, so much the higher the temperature, so much the higher the voltage and current are obtained. For example, at 13.00 pm, the highest temperature of 37.6 C measured at the highest light intensity of 18,760 lux, thus producing a solar cell output voltage and current of 670mA of 7,46V. Keywords: Solar cell, electrical energy, temperature PENDAHULUAN Sejalan dengan kemajuan industri yang sangat pesat, maka perkembangan akan listrik sebagai sumber energi dalam pelaksanaan industri dan perumahan juga semakin berkembang. Dalam perkembangan barang barang elektronika sendiri sangat pesat, beberapa factor pendukungnya tentu saja perkembangan alat alat elektronika yang semakin beragam. Pemanfaatan energi cahaya matahari pada setiap zaman semakin meningkat seiring dengan pengetahuan yang kita dapatkan. Salah satu pemanfaatan energi cahaya matahari adalah Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) yang memanfaatkan energi foton cahaya matahari menjadi energi listrik. Indonesia sendiri, sebuah negara yang dilewati oleh garis khatulistiwa dan menerima panas matahari yang lebih banyak daripada negara lain, mempunyai potensi yang sangat besar untuk mengembangkan pembangkit listrik tenaga surya sebagai alternatif batubara dan diesel sebagai pengganti bahan bakar fosil, yang bersih, tidak berpolusi, aman dan persediaannya tidak terbatas (Rotib, 2007). Sel surya (photovoltaic cell) bekerja dengan menangkap sinar matahari oleh sel-sel semikonduktor untuk diubah menjadi energi listrik. Sel-sel ini termuat dalam panel-panel yang ukurannya dapat disesuaikan dengan keperluannya, apakah untuk rumah tangga, perkantoran atau pembangkit listrik skala besar (Sungkar, 2006). Pada pagi hari pukul 6.00 WIB tingkat kelembaban besar yaitu 88% dan terjadi pengembunan sambil menurunkan partikel-partikel padatan akibat polusi kendaraan bermotor dan industri ke permukaan bumi, sehingga pada saat ini kondisi atmosfir mempunyai kebeningan yang tinggi dan langit biru. Fenomena tersebut mengakibatkan pada pagi hari yang cerah pukul 9.00 WIB sel surya memiliki efisiensi terbesar yaitu dengan efisiensi 10%. Pada siang hari partikel partikel padatan akibat pulusi kembali ke angkasa, dengan meningkatnya temperatur udara gerakan partikel semangkin hebat, sehingga meningkatkan hamburan radiasi surya yang masuk ke bumi. Hal ini mengakibatkan difusi ratio membesar dimana jumlah radiasi difusi lebih besar radiasi langsung, dan efisiensi sel surya pada pukul 12.00 WIB adalah sebesar 9%, lebih rendah dari pada pagi hari. Pada sore hari akibat terjadi penguapan pada siang hari dan semakin meningkatnya partikel padatan polusi di udara, sehingga indek kecerahan terendah dimana tampak banyak awan. Selain itu radiasi surya global sangat kecil, sehingga pada sore hari sekitar pukul 17.00 WIB dengan efisiensi 3%, kemampuan sel surya menurun secara drastic (Yushardi, 2002). C-31
METODE Dalam melakukan pengukuran dan analisis, tahapan-tahapan dan proses perancangan alat serta sistem pengujian alat yang meliputi pengukuran intensitas cahaya, suhu, serta arus dan tegangan.pada gambar.1 adalah blok rangkaian kerja dari sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya beserta pengukurannya. Gambar 1 Rangkaian Kerja dan Sistem Pengukuran Spesifikasi Alat, dalam perancangan sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya ini, digunakan beberapa komponen, secara umum komponen yang digunakan dalam perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Surya ini dibagi menjadi beberapa bagian, yang meliputi : Alat ukur, yang digunakan dalam pengujian untuk menganalisis Korelasi Suhu Dan Intensitas Cahaya Terhadap Arus Dan Tegangan Pada Solar Cell digunakan 6 buah multimeter yang berfungsi untuk mengukur arus dan tegangan, luxmeter untuk mengukur intensitas cahaya dan thermometer untuk mengukur naik turunnya suhu dalam pengambilan data. Penggunaan Solar Cell, dalam pengujian, baterai diisi oleh solar cell dimana solar cell menghasilkan tegangan dengan cara mengkonversikan energi matahari menjadi energi listrik. Tegangan yang dihasilkan solar cell berkisar 14,8 18 volt DC. Solar cell yang saya gunakan yaitu panel jenis Monokristal (Mono-crystalline) dengan daya 10 wp. Gambar 2 Panel Surya dengan daya10wp dan Spesifikasi teknis panel surya Spesifikasi dan daya panel surya yang digunakan dalam perancangan dapat dilihat pada bagian belakang panel surya seperti pada Gambar 2. Penggunaan baterai, setelah mendapatkan output dari solar cell yang berupa arus listrik dapat langsung digunakan untuk beban yang dimanfaatkan, arus listrik dapat digunakan sebagai pengisian C-32
dengan cara disimpan ke dalam baterai agar dapat digunakan pada saat yang diperlukan khususnya pada malam hari karena tidak ada sinar matahari. Apabila solar cell digunakan untuk penyimpanan ke baterai, maka besarnya tegangan yang dihasilkan diatas spesifikasi baterai-baterai yang digunakan pada rancang bangun adalah baterai sekunder. Adapun tegangan baterai adalah 12 volt 9 Ah, sebagai alasan pemilihan alat di karenakan solar cell yang digunakan sebagai sumber pengisi muatan baterai mempunyai tegangan output 14,8 18 volt dengan arus 0,5 Ampere, selain itu baterai ini lebih ekonomis dan mudah didapatkan dipasaran. Sebelum melaksanakan pengisian sebaiknya baterai dalam keadaan kosong karena arus yang masuk akan dapat terisi dengan maksimal. Gambar 3. Solar Charge Controller Solar Charge Controller adalah alat yang berfungsi sebagai kontrol tegangan dan arus yang berasal dari output sel surya untuk menuju ke batere dan ke beban. Pada saat sel surya menerima energi foton sinar matahari tentu saja output dari sel surya tidak konstan sesuai dengan intensitas cahaya matahari. Sehingga tegangan keluaran dan arus keluaran dari sel surya juga tidak konstan dan bervariasi terus sepanjang waktu siang hari, sedangkan tegangan dan arus yang menuju batere mempunyai batasan tertentu. Gambar 4. rangkaian panel pengukuran Pada alat yang disebut sebagai solar charge controller tersebut memiliki terminal diantaranya: terminal untuk sel surya, terminal untuk batere, terminal untuk beban. Ketiga terminal tersebut dilengkapi dengan polaritas yaitu tanda (-) dan tanda (+) yang jelas agar tidak terjadi kesalahan. Box Panel Pengukuran, dalam melakukan analisis pengukuran pada solar cell terutama untuk pengukuran arus dan tegangan, maka perlu adanya box panel untuk C-33
penempatan alat ukur arus dan tegangan. Box panel ini dirancang agar dapat digunakan sebagai panel untuk penempatan multimeter dan solar charge controller. Dalam perancangan box panel ini berisi 6 unit multimeter digital yang dirangkai dengan 3 relay untuk pengukuran 2 jalur, yaitu : 1. Jika saklar pengukuran di on kan,maka relay akan dihidupkan oleh sumber baterai 9v,dan jalur pertama akan aktif sebagai jalur pengukuran, amperemeter akan terhubung seri pada pengukuran tersebut,dan pengisian akan melalui amperemeter dan voltmeter. 2. Jika saklar di off kan, maka relay akan mati dan jalur ke dua akan aktif sebagai pengisian secara langsung tanpa adanya pengukuran arus,sehingga pengisian hanya melewati voltmeter yang terhubung secara paralel. Kedua prinsip kerja tersebut dirancang agar tejaganya daya tahan alat-alat ukur arus dan tegangan yang digunakan dalam analisis. PEMBAHASAN Berdasarkan hasil pengamatan berupa pengukuran-pengukuran yang telah dilaksanakan selama 5 hari dari pukul 05.00-18.00, maka diperoleh data-data dan grafik seperti yang ditunjukkan pada masing-masing tabel1 dan Gambar 5. Tabel 1. Pengambilan Data Pengukuran Intensitas Cahaya Dan Suhu Terhadap Arus Dan Tegangan Pada Keluaran Panel Surya hari ke 1 NO TIME FISIK TEMP (C) LIGHT ( lux ) V OUTPUT CHARGER CONTROLLER I I (ma) W V (ma) W OUTPUT SOLAR 1 5.00 26.5 0.27 5.68 0.277 0.00157336 5.8 1.3 0.00754 2 6.00 27.2 6360 8.28 30.1 0.249228 8.27 26.6 0.219982 3 7.00 28.4 9290 10.4 330 3.432 10.2 320 3.264 4 8.00 27.5 13520 11.95 120 1.434 11.81 118 1.39358 5 9.00 31.4 14320 12.99 690 8.9631 12.68 690 8.7492 6 10.00 32.2 16540 13.44 810 10.8864 12.98 760 9.8648 7 11.00 34.2 12150 12.38 190 2.3522 12.33 190 2.3427 8 12.00 31.1 12500 12.89 340 4.3826 12.76 340 4.3384 9 13.00 30.9 15230 12.75 310 3.9525 12.63 300 3.789 10 14.00 32.9 16700 13.7 760 10.412 13.3 760 10.108 11 15.00 37.8 16200 13.65 500 6.825 13.47 500 6.735 12 16.00 32.1 6820 12.42 55.6 0.690552 12.4 48.5 0.6014 13 17.00 27 1720 12.27 15.14 0.1857678 12.21 7.73 0.0943833 14 18.00 26 22.3 3.6 0.134 0.0004824 12.15 5.01 0.0608715 C-34
Gambar 5 Grafik Pengaruh Intensitas Cahaya Dan Suhu Terhadap Daya Output Solar Cell Pada Hari ke 1 Tabel 2. Pengambilan Data Pengukuran Intensitas Cahaya Dan Suhu Terhadap Daya Pada Keluaran Panel Surya hari ke 2 NO TIME TEMP ( C) FISIK LIGHT (lux) OUTPUT SOLAR CELL OUTPUT SOLAR CHARGER CONTROLLER I V (ma) W V I (ma) W 1 5.00 26.2 72 5.35 0.22 0.001177 11.86 4.5 0.05337 2 6.00 26.8 188 10.62 9.25 0.098235 9.95 4.1 0.040795 3 7.00 28.3 10650 10.94 320 3.5008 10.83 300 3.249 4 8.00 28.6 11620 11.23 340 3.8182 11.12 320 3.5584 5 9.00 30.2 14640 12.99 440 5.7156 12.02 430 5.1686 6 10.00 35.4 15750 13.28 550 7.304 12.45 530 6.5985 7 11.00 35.8 16250 13.45 570 7.6665 12.93 570 7.3701 8 12.00 37.3 17850 17.42 710 12.3682 13.48 710 9.5708 9 13.00 37.6 17130 14.24 690 9.8256 13.27 680 9.0236 10 14.00 33.8 16110 13.57 580 7.8706 12.95 580 7.511 11 15.00 32.5 16320 13.65 610 8.3265 13.03 610 7.9483 12 16.00 31.2 14280 13.38 410 5.4858 13.1 400 5.24 13 17.00 28 593 12.65 60.3 0.762795 12.4 60.3 0.74772 14 18.00 26.2 10,3 5.46 0.13 0.0007098 11.98 5.12 0.061338 C-35
Gambar 6 Grafik Pengaruh Intensitas Cahaya Dan Suhu Terhadap Daya Output Solar Cell Pada Hari ke 2 Tabel 3. Pengambilan Data Pengukuran Intensitas Cahaya Dan Suhu Terhadap Daya Pada Keluaran Panel Surya hari ke 3 OUTPUT SOLAR FISIK OUTPUT SOLAR CELL CHARGER CONTROLLER NO TIME TEMP LIGHT ( C) (lux) V I (ma) W V I (ma) W 1 5.00 25.4 68 5.21 0.21 0.001094 11.92 4.3 0.051256 2 6.00 26 430 10.95 20.45 0.223928 10.45 20.41 0.2132845 3 7.00 26.7 12240 11.35 370 4.1995 11.02 360 3.9672 4 8.00 29.6 14350 12.45 400 4.98 12.4 400 4.96 5 9.00 30.4 11540 11.41 380 4.3358 11.25 379 4.26375 6 10.00 35.3 16100 12.8 500 6.4 11.92 498 5.93616 7 11.00 32.8 18120 17.89 720 12.8808 13.25 720 9.54 8 12.00 35.8 17940 14.23 602 8.56646 13.11 602 7.89222 9 13.00 33.5 16980 13.12 550 7.216 12.76 550 7.018 10 14.00 30.4 15430 14.23 500 7.115 12.98 499 6.47702 11 15.00 32.2 16540 14.31 490 7.0119 13.12 490 6.4288 12 16.00 30.1 15900 14.06 429 6.03174 12.87 429 5.52123 13 17.00 295 11690 12.9 234 3.0186 12.56 233 2.92648 14 18.00 28 12 2.35 0.24 0.000564 12.46 5.12 0.0637952 C-36
Gambar 7 Grafik Pengaruh Intensitas Cahaya Dan Suhu Terhadap Daya Output Solar Cell Pada Hari ke 3 Tabel 4. Pengambilan Data Pengukuran Intensitas Cahaya Dan Suhu Terhadap Daya Pada Keluaran Panel Surya hari ke 4 OUTPUT SOLAR FISIK OUTPUT SOLAR CELL CHARGER CONTROLLER NO TIME TEMP LIGHT I ( C) (lux) V (ma) W V I (ma) W 1 5.00 26.3 52 4.23 0.192 0.00081216 11.96 4.5 0.05382 2 6.00 27.4 525 11.02 30.2 0.332804 10.49 30.1 0.315749 3 7.00 28.5 11250 11.21 350 3.9235 11.15 120 1.338 4 8.00 28.3 13340 12.13 390 4.7307 11.95 390 4.6605 5 9.00 28.7 10250 12.61 420 5.2962 12.21 420 5.1282 6 10.00 36.7 17150 12.83 550 7.0565 11.8 540 6.372 7 11.00 35.4 17950 13.44 710 9.5424 12.98 700 9.086 8 12.00 36.3 18280 13.57 820 11.1274 12.72 750 9.54 9 13.00 33.8 16280 13.32 610 8.1252 12.54 610 7.6494 10 14.00 31.4 17850 15.48 680 10.5264 13.15 670 8.8105 11 15.00 32.5 15400 16.1 460 7.406 13.2 460 6.072 12 16.00 33.1 13200 16.36 380 6.2168 13.26 380 5.0388 13 17.00 28 11430 12.4 210 2.604 12.05 200 2.41 14 18.00 27 52 6.52 0.256 0.00166912 5.4 4.7 0.02538 C-37
Gambar 8. Grafik Pengaruh Intensitas Cahaya Dan Suhu Terhadap Daya Output Solar Cell Pada Hari ke 4 Tabel 5. Pengambilan Data Pengukuran Intensitas Cahaya Dan Suhu Terhadap Daya Pada Keluaran Panel Surya hari ke 5 OUTPUT CHARGER FISIK OUTPUT SOLAR CONTROLLER NO TIME TEMP LIGHT (C) ( lux ) V I (ma) W V I (ma) W 1 5.00 25 17.1 2.81 0.3 0.0008 11.94 4.95 0.059103 2 6.00 24.5 2670 11.93 10.95 0.1306 11.9 4.94 0.058786 3 7.00 28.5 14270 13.38 450 6.021 13.18 450 5.931 4 8.00 28.1 11650 12.69 180 2.2842 12.66 180 2.2788 5 9.00 28.7 14590 16.91 320 5.4112 13.72 320 4.3904 6 10.00 33 16340 17.59 350 6.1565 12.78 350 4.473 7 11.00 34 17250 17.01 120 2.0412 13.8 120 1.656 8 12.00 37,8 19870 17.56 700 12.292 12.79 650 8.3135 9 13.00 37.6 18760 17.46 670 11.698 12.97 310 4.0207 10 14.00 37 16560 13.57 350 4.7495 13.23 320 4.2336 11 15.00 33.8 15640 16.08 300 4.824 13.4 300 4.02 12 16.00 30.9 11930 13.45 91.6 1.232 13.1 89.1 1.16721 13 17.00 30 11710 13.33 87.2 1.1624 13.17 80.1 1.054917 14 18.00 28.9 11.5 2.59 0.25 0.0006 12.46 5.12 0.0637952 C-38
Gambar 9. Grafik 5 Pengaruh Intensitas Cahaya Dan Suhu Terhadap Daya Output Solar Cell Pada Hari ke 5 Percobaan pemakaian baterai Tabel 6. Pemakaian Batere / Menit Menit Teganga n (Volt) Arus (Amper) Keteranga n 10.pertama 11,96 0, 54 Full 10 kedua 11,90 0, 54 10 ketiga 11, 85 0, 54 10 keempat 11, 75 0, 53 10 kelima 11,73 0, 53 10 keenam 11,69 0, 53 10 ketujuh 11,65 0, 52 10 kedelapan 11,59 0, 52 Kosong KESIMPULAN Dari hasil pengukuran dan uji coba pengambilan data dapat ditarik beberapa kesimpulan yaitu : 1. Pada proses pengisian baterai, solar charge controller akan mulai bekerja melakukan pengisian pada saat range tegangan yang dikeluarkan oleh solar cell lebih besar dari tegangan baterai saat lowbatt yaitu dengan range tegangan rata-rata 11V. 2. Pada distribusi arus dan tegangan dari sumber solar cell, didapat analisis bahwa walaupun setinggi-tingginya tegangan yang dihasilkan oleh sumber yaitu solar cell dengan tegangan nominal 17V, tetapi penditribusiannya untuk mengisi baterai sangat stabil dengan maksimum ratarata 13V karena semua distribusi pengisan diatur oleh solar charger controller. 3. Pada kenyataanya, daya keluaran maksimum yang terukur bisa mencapai hingga 12Watt diatas daya spesifikasi yang dihasilkan panel surya tersebut yaitu 10Watt. C-39
4. Tegangan dan arus akan mulai meningkat pada pagi hari pukul 05.00WIB, kemudian akan mencapai level yang maksimum pada siang hari pukul 10.00-12.00WIB, dan turun pada saat matahari mulai terbenam pukul 18.00WIB. DAFTAR PUSTAKA Rhazio, 2007, Pembangkit Listrik Tenaga Surya, Institut Sains & Teknologi, Jakarta. http:// rhazio.word press.com., maret 2008 Rotib, Widy, 2001. Aplikasi Sel Surya Sebagai Sumber Energi Alternatif; Dimensi Vol 4 No. 1 Juni 2001, Institute for Science and Technology Studies (ISTECS), Jepang. Diakses 20 Februari 2012. http://istecs.org/publication/dimensi/dim_vol4no1_juni2001.pdf Sungkar, R., 2007, Energi Surya. Diakses 20 Februari 2012. http://griyaasri.com/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=168 Yushardi, 2002, Pengaruh Faktor Metereologi Terhadap Pola Efisiensi Tiap Jam harian Pada Modul Sel Surya. Diakses 20 Februari 2012. http://www.tumoutou.net/702_05123/yushardi.doc www.pdf-search-engine.com dan www.google.com, Media elektronik atau internet C-40