1336546412_Karmiati.pdf

8/17/2019 1336546412_Karmiati.pdf

1/5

JURNAL LOGIC. VOL. 11. NO. 1. MARET 2011 45

RANCANG BANGUN MODUL SOLAR CELL DENGAN

MEMANFAATKAN KOMPONEN FOTOVOLTAIC KOMPATIBEL

Ni Made Karmiathi

Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri BaliBukit Jimbaran, P.O. Box 1064 Tuban Badung Bali

Phone: (0361) 701981, Fax: (0361) 701128

Abstrak: Meningkatnya kebutuhan energi listrik di tengah menipisnya cadangan sumber energi konvensional/energi fosil, telah mendorong upaya-upaya untuk mengembangkan energi alternatif terbarukan. Salah satusumber energi terbarukan yang mempunyai potensi yang sangat besar khususnya bagi Indonesia yang berada di

daerah tropis adalah energi surya/ matahari. Energi surya/ matahari dapat diubah menjadi energi listrik denganmemanfaatkan efek fotolistrik yang terjadi pada komponen fotovoltaik atau sel surya. Sel surya atau komponenfotovoltaik dapat mengubah sinar matahari menjadi energi listrik yang bisa dimanfaatkan secara langsung oleh beban atau disimpan dalam baterai. Untuk mendapatkan daya dan tegangan listrik yang diinginkan cell, sel-selsurya dihubungkan secara seri dan paralel menjadi sebuah modul solar cell.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk merancang modul solar cell dengan memanfaatkan komponen fotovoltaikkompatibel yang ada di pasaran. Pada akhir penelitian diperoleh bahwa untuk merancang modul solar cell

tegangan 12-15V membutuhkan komponen fotovoltaik atau sel surya (tegangan 5,2 Vdc dan arus 21 mA)sebanyak 9 cell.

Kata kunci: Energi terbarukan , Sel surya , fotovoltaik, modul solar cell.

The Design of Solar Cell Module Utilizing Compatible Photovoltaic Component

Abstract: The increase in electric energy needs in the shortage of conventional energy/fossil energy resourceshas urged efforts to develop the renewed alternative energy. One the renewed energy resources which have huge

potency particularly for Indonesia located in tropical area is solar energy. Solar energy can be converted into

electric energy utilizing effect of electric photo occurred in component called photovoltaic or solar cell. Thecomponent can convert solar into electric energy which that can be used directly by load or saved in a battery.

In order to obtain voltage and power output required by cell, the solar cells are connected with in serial and

parallel to be a module of solar cell.

The research aimed at designing a solar cell module by utilizing compatible photovoltaic component found in

market. The research result showed that in order to design a solar cell module, 9 cells with voltage 12-15 Volt

photovoltaic component or solar cell (with voltage 5,2Vdc and 21mA) are required.

Keywords: Renewed energy , photovoltaic, Solar Cell, Solar Module.

I. PENDAHULUAN

Dengan semakin meningkatnya kebutuhanenergi khususnya listrik di satu sisi dan semakinterbatasnya sumber energi konvensional/ bahan bakar

fosil di sisi lain, telah menjadi pendorong bagi upaya-upaya untuk mencari dan mengembangkan sumberenergy baru dan yang terbarukan.

Sumber energi baru dan yang terbarukan dimasa mendatang akan semakin mempunyai peranyang sangat penting dalam memenuhi kebutuhan

energi. Hal ini disebabkan oleh penggunaan bahan bakar fosil untuk pembangkit-pembangkit listrikkonvensional dalam jangka waktu yang panjang akanmenguras sumber minyak bumi, gas dan batu bara

yang cadangannya semakin lama semakin menipis.Selain itu, penggunaan bahan bakar fosil terbukti telah

menimbulkan masalah yang sangat serius bagi

lingkungan yakni pencemaran udara yang berdampak buruk terhadap kualitas kesehatan manusia serta penyebab terjadinya pemanasan global (globalwarming).

Salah satu sumber energi yangketersediaannya sangat melimpah dan ramahlingkungan namun belum digarap secara optimalkhususnya di Indonesia adalah energi matahari.Potensi energi matahari di Seluruh Wilayah Indonesia

yang berada di sepanjang garis katulistiwa sangat besar, di mana intensitas radiasi harian matahari rata-rata mencapai 4,8 kWh/m2.

Potensi energi matahari yang sangat besar ini

ini dapat dimanfaatkan menjadi energi listrik dengan bantuan teknologi fotovoltaik, yakni teknologi yang

8/17/2019 1336546412_Karmiati.pdf

2/5


mampu mengubah sinar matahari secara langsung

menjadi energi listrik.Penggunaan teknologi fotovoltaik sebagai

pembangkit tenaga listrik di Indonesia dikenal sebagaiPLTS (Pembangkit Listrik Tenaga Surya). PLTS

adalah pembangkit listrik yang memanfaatkan

sepenuhnya sinar matahari sebagai sumber energi.Secara umum PLTS terdiri dari Modul solar

cell, Solar charge controller , baterai/ aki, inverter dan beban. Modul solar cell terdiri dari sel-sel surya atausel-sel fotovoltaik yang mengubah energi cahayamatahari menjadi energi listrik. Solar charge

controller berfungsi untuk mengendalikan pengisian baterai oleh modul solar cell agar tidak terjadi

overcharge juga mengendalikan pemakaian baterai

oleh beban agar tidak terjadi overdischarge. Bateraiatau aki berfungsi menyimpan energi listrik yangdihasilkan oleh solar cell dan inverter akan mengubah

listrik searah (DC) menjadi listrik bolak-balik (AC)

sesuai yang diperlukan oleh beban.Untuk mendapatkan daya dan tegangan listrik

yang diinginkan dari suatu modul solar cell, sel-selsurya dihubungkan secara seri dan paralel kemudiandirangkai dan dirakit menjadi sebuah modul solarcell. Umumnya modul surya mempunyai sistem

tegangan kerja 12 Volt dan 24 Volt serta mempunyaidaya yang bervariasi mulai dari 10 Wp sampai dengan300 Wp.

Pada penelitian ini, penulis mencoba untukmerancang dan membuat modul solar sell dengan sellfotovoltaik yang ada di pasaran sehingga mampumenghasilkan tegangan 12-15Vdc.

1.1. Rumusan MasalahBerdasarkan latar belakang di atas, dapat

dirumuskan permasalahannya: bagaimana merancangdan membuat sebuah modul solar cell denganmemanfaatkan solar cell/ cell fotovoltaik yang mudah

diperoleh di pasaran sehingga menghasilkan sebuahmodul solar cell kompatibel dengan tegangan 12-15Vdc

1.2. Tujuan PenelitianPenelitian ini bertujuan untuk dapat

merancang dan membuat sebuah modul solar cell

dengan menggunakan komponen-komponen solarcell/cell fotovoltaic kompatibel yang ada dipasaransehingga terbentuk sebuah modul solar cell yang

menghasilkan tegangan 12-15 Vdc.

II. METODELOGI PENELITIAN2.1. Lokasi Penelitian

Penelitian ini dilakukan di LaboratoriumElektronikan Politeknik Negeri Bali.

2.2. Jenis dan Sumber DataData yang digunakan dalam penelitian ini

terdiri atas data primer dan data skunder. Data primer

adalah data yang bersumber dari komponen-komponen pendukung dalam pembuatan modul solar

cell seperti cell fotovoltaic, PCB, kabel-kabel dankomponen pendukung lainnya. Sedangkan dataskunder diperoleh dari modul solar cell yang telah

selesai dibuat yaitu besar tegangan, arus dan dayayang dihasilkan.

2.3. Metode Pengumpulan DataDalam mengumpulkan data yang diperlukan,

digunakan beberapa teknik pengumpulan data yaitu:a.

Wawancara

Wawancara dilakukan dengan melakukantanya jawab terhadap pabrikan yang membuat systemPLTS. Dalam tahapan ini mengumpulkan semua data

komponen yang diperlukan dalam desain modul solarcell.

b.

Observasi

Observasi dilakukan dengan cara mengamatisecara langsung system PLTS di Lab. Fisika TeknikElektro Politeknik Negeri Bali.

c.

DokumentasiDokumentasi dilakukan dengan cara melihat

dan membaca tentang penelitian yang terkait denganPLTS

2.4. Definisi Operasional VariabelDefinisi operasional variable yang digunakan

dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:(1). Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) adalah pembangkit yang memanfaatkan sepenuhnya sinarmatahari sebagai sumber energi pembangkit.

Komponen inti dari PLTS adalah modul solar cell,regulator/ controller, baterai/ aki, inverter dan beban.

(2). Modul solar cell adalah sebuah modul yang terdiridari cell-cell fotovoltaic yang mengubah cahayamatahari menjadi energi listrik.(3). Arus (I) adalah besaran listrik yang mengalir dari

muatan positif ke muatan negatif dengan satuanAmpere (A).(4). Tegangan (V) adalah besaran listrik yang berbanding lurus tehadap arus yang mengalir dalam

sebuah penghantar dengan satuan volt (V).(5). Beban adalah peralatan atau bagian yangmembutuhkan energi listrik yang kan disupplai olehmodul solar cell.

2.5. Desain Modul Solar CellPada tahapan penelitian ini dilakukan

bebarapa langkah-langkah:1. Menentukan berapa jumlah solar cell yang

dirangkai seri.

2. Menentukan berapa jumlah solar cell yangdirangkai paralel.

3. Membuat gambar desain modul solar cell, yang

seperti di bawah ini:

8/17/2019 1336546412_Karmiati.pdf

3/5


Gambar 1. Rangkaian seri parallel solar cell

2.6. Merakit dan Membuat Modul Solar Cell

Pada tahapan ini dilakukan pembuatan moduldengan langkah-langkah:1. Membuat rangkaian skematik modul solar cell.

2. Membuat rangkaian artwork ke PCB.3. Membuat PCB modul solar cell.4. Merakit Modul solar cell

5. Proses penyelesaian modul solar cell.

2.7. Pengambilan dataPada tahapan pengambilan data, dilakukan

pengukuran terhadap modul solar cell yang telahdirakit dengan tahapan:

1.

Mengukur besarnya tegangan yang

dihasilkan dari modul solar cell tanpa bebandari rentang waktu 08.00-15.45 wita, dengankondisi: posisi modul yang horizontal dandalam cuaca yang relative cerah.

2.

Mengukur besarnya arus dan tegangan padasaat modul solar cell mengisi energi listrik ke baterai.

III.. HASIL DAN PEMBAHASAN3.1. Desain Modul Solar Cell

Untuk mendesain modul solar cell, dilakukan beberapa tahapan:

3.1.1. Penentuan Jumlah Komponen solar cellModul solar cell yang direncanakan dengan

tegangan 12-15 Vdc dengan arus 60 mA.

Data komponen sebuah solar cell:-

Ukuran 2,5x5 cm-

Tegangan: 5,2 Vdc

-

Arus: 21mA

Berdasarkan data yang dimiliki oleh sebuah solar cellmaka dapat dihitung:

- Jumlah cell yang harus dihubungkan seri untukmendapatkan tegangan 12 Vdc:

V = M(seri) x tegangan12 = M(seri) x 5,2

M(seri) = 2,3 cellJadi jumlah cell yang harus dihubungkan serisebanyak 3 buah cell surya.

- Jumlah cell yang harus dihubungkan paralleluntuk mendapakkan arus 60 mA.

I = N(paralel) x arus60 = N(paralel) x 21 N(paralel) = 2,85 cellJadi jumlah cell yang harus dihubungkan

paralel adalah sebanyak 3 cell yang sudahterhubung seri.

3.1.2. Desain Modul Solar CellPada tahapan ini, modul solar cell dapat

digambarkan secara skematik seperti gambar 2.

Gambar 2. Diagram Skematik modul Solar Cell Kompatibel

Tahapan berikutnya membuat gambarartwork ke PCB, baik tampak bawah maupun tampakatas yang diperlihatkan pada gambar 3 dan gambar 4.

Tahapan terakhir adalah perakitan modul solar cellseperti yang diperlihatkan pada gambar 5.

8/17/2019 1336546412_Karmiati.pdf

4/5


Gambar 3. Artwork tampak bawah modul solar cell

Gambar 4. Artwork tampak atas modul solar cell

Gambar 5. Perakitan Modul Solar Cell

3.2. Hasil data pengukuran

3.2.1. Pengukuran Tegangan Output Modul Solar CellPengukuran tegangan terhadap output modul

solar cell dilakukan dalam rentang waktu 08.00-15.45wita dengan posisi modul yang horizontal dan kondisi

cuaca yang cerah. Diperoleh data :

Tabel 1. Tabel Pengukuran Tegangan Output Modul SolarCell

Menit ke Waktu (WITA) Tegangan (Volt DC)

1 8.00 11.00

2 8.15 11.50

3 8.30 13.80

4 8.45 13.80

5 9.00 13.80

6 9.15 14.00

7 9.30 13.00

8 9.45 13.80

9 10.00 14.00

10 10.15 14.00

11 10.30 14.00

12 10.45 13.80

13 11.00 14.00

14 11.15 13.8015 11.30 14.00

16 11.45 13.80

17 12.00 14.00

18 12.15 14.00

19 12.30 14.00

20 12.45 14.00

21 13.00 14.00

22 13.15 14.00

23 13.30 13.80

24 13.45 14.00

25 14.00 13.80

26 14.15 14.00

27 14.30 14.00

28 14.45 14.80

29 15.00 15.00

30 15.15 15.00

31 15.30 15.00

32 15.45 15.00

Rata2 13.89

Pengukuran arus dan tegangan pada saat

modul solar cell mengisi energi listrik ke baterai,diperoleh data:

Tabel 2. Tabel Pengukuran Arus dan Tegangan Saat ModulMengisi Energi ke Baterai

Menit ke Waktu Tegangan (V) Arus (mA)

1 8.30 13.80 10.00

2 8.45 13.80 10.00

3 9.00 13.80 15.00

4 9.15 13.80 17.00

5 9.30 14.00 17.00

6 9.45 14.00 17.50

7 10.00 14.50 18.00

8 10.15 14.00 18.00

9 10.30 14.50 18.00

10 10.45 14.00 18.00

11 11.00 13.80 15.00

12 11.15 14.00 17.50

13 11.30 14.00 17.50

14 11.45 14.00 17.50

15 12.00 14.50 18.00

16 12.15 15.00 18.00

17 12.30 15.00 18.00

18 12.45 15.00 18.00

19 13.00 15.00 18.00

20 13.15 14.80 18.00

21 13.45 14.80 18.00

Rata2 14.29 16.76

8/17/2019 1336546412_Karmiati.pdf

5/5


3.3. ANALISIS DATA

Analisis yang dilakukan adalah berdasarkananalisis diskriptif terhadap tegangan output modulsolar cell yang dirakit seperti yang ditunjukkan pada

grafik 1 dan analisis diskriptif terhadap pengisian

energi listrik pada baterai seperti yang ditunjukkan pada grafik 2.

3.3.1. Analisis Diskrptif Tegangan output Solar Cell

Tegangan Output So lar Cel l

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

Pengukuran Meni t ke-N

( V D C )

Grafik 1. Pengukuran Tegangan Output Modul Solar Cell

Pengisian Energi ke Baterai

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 11 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1

Pengukuran Menit ke-N

( V - D C )

0.00

2.00

4.00

6.008.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

20.00

( m

A )

T ega nga n Ar us

Grafik 2. Pengisian Muatan Listrik ke Baterai

Pembahasan

a. Proses Penyinaran Modul Solar Cell

Pada proses penyinaran matahari pada modulsolar cell dari pukul 08.00-15.45 wita (480 menit),tegangan output dari modul solar cell yang dirakit

menghasilkan tegangan output terendah 11 Vdc dantegangan tertinggi 15 Vdc yang dicapai pada pukul15.00-15.45 wita.

b. Proses Pengisian BateraiProses pengisian muatan listrik ke baterai

dilakukan dengan menghubungkan modul solar cell pada saat baterai dalam kondisi kosong (low).Pengisian muatan listrik berlangsung selama 315menit yaitu dari pukul 08.00-13.45 wita dengan rata-

rata tegangan 14 Vdc.

IV. SIMPULAN DAN SARAN

4.1. Simpulana)

Untuk merancang modul solar cell dengantegangan 12-15V dengan memanfaatkan

komponen yang ada di pasaran (tegangan 5,2

Vdc dan arus 21 mA) membutuhkankomponen fotovoltaic sebanyak 9 cell.

b)

Pembuatan modul solar cell yang kompatibel

menghasilkan tegangan keluaran maksimum15 Vdc dengan penyinaran matahari pada pukul 08.00-15.45 wita.

c) Pembuatan modul solar cell kompatibelmerupakan suatu pengembangan teknologiyang mudah diserap oleh masyarakat, biaya

pembuatan yang sangat ekonomis dan mudahdalam perawatan maupun perbaikannya.

4.2. Saran

Perencanaan dan perakitan modul solar cellyang kompatibel dapat dikembangkan dengantegangan dan arus yang lebih besar sehingga mampudiaplikasikan untuk beban listrik dengan daya yanglebih besar.

DAFTAR PUSTAKA[1] Abdul,1995, Energi Sumber Daya, Inovasi,

Energi Listrik, Potensi Ekonomi, Universitas

Indonesia, Jakarta.[2] Frank, 2001, Elektronik Industri, Penerbit Andi,

Yogyakarta.

[3] Gabriel, 2003, Metodelogi Penelitian studiKasus, Citramedia, Surabaya.

[4] P3M, 2009, Buku Pedoman, Politeknik Negeri

Bali[5] Riduan, 2004, Metode Dan Teknik Menyususn

Tesis, Alfabeta, Bandung[6] Roberts Simon, 1991, A Partical Guide to

Designing and Installing Small PhotovoltaicSystems, London.

[7] Sears Francis W, 1993, Fisika Universitas, Edisi

3, Erlangga, Jakarta.

Documents

1336546412_Karmiati.pdf