CONTROLLER HYBRID SOLAR SEL SEDERHANA UNTUK KEMANDIRIAN

ENERGI BANGSA

Syahrial Ramadhan | Ryan Aldiansyah Akbar | Andi Wahyu Multazam

Sekolah Teknik Elektro Dan Informatika – Institut Teknologi Bandung

Jalan Ganesha no.10, Bandung, Jawa Barat

ABSTRAK

Karya yang akan dibuat adalah sebuah controller yang bisa mengatur sumber listrik antara dari sel surya (energi terbarukan) dan listrik dari PLN. Karya ini bertujuan agar para pemakai sel surya dapat menghemat biaya dari tagihan listrik PLN. Pembagian sumber listrik ini akan dipengaruhi oleh beban rumah pemakai. Bila beban pemakaian listrik tidak terlalu berat maka listrik akan dipasok oleh sel surya. Bila beban pemakaian listrik meningkat maka listrik akan dipasok oleh sel surya dan PLN. Sehingga saat penggunaan listrik tidak banyak, pemakai tidak perlu membayar listrik PLN. Listrik PLN hanya dipakai sebagai supporting system bila sumber listrik dari sel surya tidak mencukupi. Hal ini diharapkan agar masyarakat mendapat keuntungan secara langsung dalam pemakaian sel surya sehingga jumlah pemakai sel surya secara keseluruhan akan meningkat.

1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi listrik adalah salah satu energi yang

paling banyak digunakan saat ini. Pemanfaatan

teknologi listrik semakin banyak di kalangan

masyarakat untuk berbagai keperluan.

Perkembangan teknologi juga sudah

mendorong penggunaan energi listrik pada

berbagai bidang dalam kehidupan. Masyarakat

kerap menggunakan energi listrik ini tidak

hanya untuk keperluan rumah tangga tetapi juga

keperluan industri.

Sumber energi yang selama ini digunakan

oleh masyarakat rata – rata berasal dari sumber

energi konvensional yakni energi listrik yang

dihasilkan dari sumber energi fosil. Sumber

energi ini bukan merupakan sumber energi

terbarukan yang bisa selalu tersedia, kerap kali

sumber energi ini mengalami kelangkaan dan

tentu saja fluktuasi harga secara global.

Sehingga diperlukan sumber energi baru yang

dapat mengatasi masalah – masalah tersebut.

Eneri listrik yang bersumber dari energi

surya adalah salah satu sumber energi

terbarukan yang banyak digunakan secara luas

dalam aplikasi skala kecil dan menjanjikan

untuk pengembangan dan penelitian dalam

skala besar, sebagai peralatan Solar Sel yang

dibuat dengan harga yang murah. Pembangkit

listrik tenaga surya bekerja dengan cara

merubah secara langsung radiasi matahari

menjadi listrik.

Indonesia mempunyai radiasi harian

matahari rata-rata 4,81 kWh/m2yang secara

akumulatif bila seluruh potensi di Indonesia

dimanfaatkan akan mencapai 1.203,5 x

106MW dengan memperhitungkan luas daratan

Indonesia 2 juta km2. Sehingga hal ini bisa

menjadi potensi yang sangat besar bagi negara

ini terutama untuk membangun kemandirian

energi.

1.2 Perumusan Masalah

Dalam penelitian ini, ada beberapa

rumusan masalah yang diidentifikasikan,

berikut adalah rumuan masalah dalam

penelitian ini :

(i) Bagaimana konsep controller hybrid

solar sel sederhana?

(ii) Bagaimana cara pembuatan perangkat

tersebut?

(iii) Bagaimana hasil penelitian dari

pembuatan perangkat tersebut?

1.3 Tujuan Penelitian

Penelitian ini memiliki beberapa tujuan,

anatara lain :

(i) Untuk mengetahui konsep controller

hybrid solar sel sederhana

(ii) Untuk mengetahui cara pembuatan

perangkat tersebut

(iii) Untuk mengetahui hasil penelitian dari

pembuatan perangkat tersebut

1.4 Manfaat Penelitian

Dengan penelitian ini diharapkan

memperoleh prototye perangkat lunak yang

dapat mengoptimalkan pemanfaatan sumber

energi matahari dengan cara – cara yang

sederhana.

1.5 Metodologi Penelitian

a. Pendalaman literatur

Pada tahap pertama dilakukan pendalaman

dalam memahami beberapa literatur dari

beberapa buku dan tutorial tentang Solar Sel,

Paper, Proceeding seminar, dan lain

b. Memodelkan sistem

Pada tahap ini dilakukan pemodelan sistem

yang meliputi:

1. Pemodelan Solar Sel dan Inverter

2. Pemodelan Controller

c. Menyusun algoritma simulasi

Pada tahap ini adalah menyusun algoritrna

simulasi yaitu membuat algoritma untuk

controller.

d. Membuat program simulasi

Pada tahap ini, pekerjaan yang dilakukan

adalah rnembuat program simulasi dan

sekaligus mensimulasikan hasil yang diperoleh.

e. Analisis hasil simulasi

Menganalisis hasil sirnulasi yang berupa

tegangan, arus dan daya dari Panel surya

dengan variabel irradiasi dan temperatur Solar

Sel.

2. LANDASAN TEORI

2.1 Energi Terbarukan

Energi terbarukan adalah energi yang

berasal dari alam seperti cahaya matahari,

angin, tenaga air, tenaga gelombang dan

geothermal yang dapat diperbarui secara

alamiah. Alam menyediakan berbagai sumber

energi ini dalam jumlah yang sangat besar

karena hampir tidak akan pernah habis dan siap

diolah menjadi sumber energi. Energi

terbarukan ini kemudian menjadi harapan

sekaligus tantangan manusia di masa depan

mengingat tidak mungkin selamanya kita

bergantung pada sumber energi fosil seperti

minyak, gas, batubara, dan sebagainya.

Ada setidaknya 7 potensi energi terbarukan

di indonesia yang akhir-akhir ini gencar

dilakukan penelitiannya. Diantaranya, Energi

Solar, Energi Angin, Energi Air (hydropower),

Energi Biomassa, Energi Hidrogen, Energi

Panas Bumi, dan Energi Samudera.

Suatu potensi energi bisa dikatakan

renewable energy jika memenuhi beberapa

syarat, yaitu tidak akan habis di masa akan

datang, bersifat ‘green’ atau ramah lingkungan,

dan lebih terjangkau oleh semua kalangan.

2.2 Solar Sel

Dari semua potensi yang disebutkan pada

sub bab sebelumnya, energi solar menjadi yang

paling memungkinkan untuk dikembangkan di

Indonesia mengingat rata-rata tahunan radiasi

matahari yang diterima sangatlah besar.

Sel surya pada dasarnya adalah elemen aktif

yang mengubah cahaya matahari menjadi

energi listrik. Proses pengubahan atau konversi

cahaya matahari menjadi listrik ini dikarenakan

bahan material yang menyusun sel surya berupa

semikonduktor. Lebih tepatnya tersusun atas 2

jenis semikonduktor; tipe n dan tipe 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. Cara menentukan jenis

semikonduktor adalah dengan menambahkan

unsur lain ke dalam bahan Silicon (bahan dasar

semikonduktor). Silicon sebagaimana kita tahu

memiliki 4 elektron bebas. Supaya membentuk

semikonduktor tipe n kita harus menambahkan

atom dengan setidaknya 5 elektron bebas agar

tersisa 1 elektron yang tidak terikat dengan

Silicon, yaitu atom Fosfor. Sebaliknya, untuk

membentuk semikonduktor tipe p harus

dicampurkan atom yang setidaknya memiliki 3

elektron bebas agar 1 muatan positif Silicon

tidak berikatan dengan atom lain. Atom tersebut

diantaranya Boron, Alumunium, dan Gallium

Gambar 2.2.1: Semikonduktor tipe n dan

tipe p

(sumber: www.energisurya.wordpress.com)

Bila sel surya itu dikenakan pada sinar

matahari, maka timbul yang dinamakan

elektron dan hole. Elektron-elektron dan hole-

hole yang timbul di sekitar p-n junction

bergerak berturut-turut ke arah lapisan n dan ke

arah lapisan p. Sehingga pada saat elektron-

elektron dan hole-hole itu melintasi p-n

junction, timbul beda potensial pada kedua

ujung sel surya. Jika pada kedua ujung sel surya

diberi beban maka timbul arus listrik yang

mengalir melalui beban.

2.3 Sistem Controlling

Sistem kontrol yang berbasis

mikrokontroller digunakan untuk

mengendalikan panel surya agar selalu

menghadap matahari. Sistem ini menggunakan

input berupa LDR (Light Depending Resistor).

LDR adalah sebuah resistor variabel yang nilai

resistansinya berubah mengikuti intensitas

cahaya yang mengenai plat logam di

permukaannya. Input ini sensitif terhadap

cahaya matahari sehingga akan mampu

membaca posisi matahari di angkasa. Sel surya

akan digerakkan oleh sebuah.

2.4 Sistem Hybrid Solar Sel

Sistem hybrid adalah teknologi yang

menggabungkan dua atau lebih penghasil energi

yang salah satunya bersifat diskrit dan yang lain

bersifat kontinyu. Apabila dua atau lebih

penghasil energi ini digabungkan dengan sistem

hibrid akan menghasilkan energi baru yang

lebih bermanfaat dalam hal efisensi, daya yang

dihasilkan, fleksibilitas, emisi, dan biaya yang

dikeluarkan (Gery Buch, 2001).

Dalam makalah ini, penulis akan fokus

pada hibridasi dua pembangkit energi listrik;

PLTS dan PLN. Hibridasi keduanya diharapkan

akan meningkatkan efisiensi penggunaan listrik

masyarakat perkotaan (penjelasan lebih lanjut

di bagian Bab III).

Telah disebutkan diatas bahwa syarat

sistem hibrid adalah gabungan sistem yang

terdiri dua atau lebih sistem diskrit dan

kontinyu. Sistem diskrit menurut definisi

kalkulus adalah sistem yang memiliki daerah

asal (range) yang terbatas (countable). Misal

ON/OFF pada rangkaian listrik. Sistem

kontinyu adalah sistem yang daerah asalnya

terdefinisi pada Euclidian Space untuk

. Simbol adalah daerah vektor

dimensional. Jika ( ) berarti sistem

terdefinisi pada daerah bilangan Real. Misal

proses charging baterai, gerakan bola setiap

saat pada bouncing ball.

Untuk sistem yang dibahas dalam makalah

ini, sistem diskrit digambarkan oleh proses

switching ON/OFF controller untuk

memutuskan mode mana yang akan digunakan,

PLTS atau PLN sesuai kondisi yang diberikan.

Sistem kontinyu sendiri digambarkan oleh

proses pengisian energi listrik baterai modul PV

ketika ada cahaya matahari, dan distribusi arus

(baik dari PLTS, PLN, atau kombinas

keduanya) ke load di rumah-rumah.

3. RUANG LINGKUP KARYA

3.1 Konsep Karya

Karya yang akan dibuat adalah sebuah

controller yang bisa mengatur sumber listrik

antara dari sel surya (energi terbarukan) dan

listrik dari PLN. Karya ini bertujuan agar para

pemakai sel surya dapat menghemat biaya dari

tagihan listrik PLN. Pembagian sumber listrik

ini akan dipengaruhi oleh beban rumah

pemakai. Bila beban pemakaian listrik tidak

terlalu berat maka listrik akan dipasok oleh sel

surya. Bila beban pemakaian listrik meningkat

maka listrik akan dipasok oleh sel surya dan

PLN. Sehingga saat penggunaan listrik tidak

banyak, pemakai tidak perlu membayar listrik

PLN. Listrik PLN hanya dipakai sebagai

supporting system bila sumber listrik dari sel

surya tidak mencukupi. Hal ini diharapkan agar

masyarakat mendapat keuntungan secara

langsung dalam pemakaian sel surya sehingga

jumlah pemakai sel surya secara keseluruhan

akan meningkat.

3.2 Teknologi yang Digunakan

Teknologi yang digunakan secara garis

besar adalah sebuah chip controller, AV meter,

dan rangkaian listrik. Kontroler yang digunakan

adalah sebuah mikrokontroler yang dapat

membaca kebutuhan daya dalam sebuah

jaringan listrik rumah serta dapat mengatur

jalur sumber listrik dengan menggunakan relai.

Di dalam mikrokontroller juga diprogram agar

arus listrik dari sel surya dan PLN bisa sinkron.

Diperlukan sebuah algoritma sinkronisasi agar

penggabungan 2 sumber listrik ini bisa

menghasilkan daya yang optimal.

3.3 Alat dan Bahan

Dalam penelitian ini, alat dan bahan yang

diperlukan untuk membuat perangkat lunak

tersebut antara lain :

a. Mikrokontroller

b. Relai 220V

c. AV meter

d. Transistor

e. Resistor

f. PCB

g. Solder

h. Timah

i. Kabel elektronika

j. Kabel PLN

3.4 Cara Pembuatan

Cara pembuatan karya ini terdapat 3 tahap,

yaitu tahap desain, simulasi, praktik kerja. Pada

tahap desain, penulis akan melakukan

pendekatan teoritis untuk menentukan desain

rangkaian, jenis alat secara detail dan

perhitungan matematis.

Pada tahap simulasi, penulis akan

melakukan simulasi menggunakan sebuah

program komputer untuk melihat apakah alat

mampu berfungsi seperti yang diharapkan.

Pada tahap praktik kerja, penulis akan

membuat sebuah prototipe alat yang akan diuji

coba di laboratorium. Dalam praktik kerja ini

diharapkan penulis dapat mengetahui kinerja

alat sesungguhnya dan mengoptimalkannya

bila terdapat kekurangan.

3.5 Batas – Batas Karya

Karya yang dibuat sebatas mampu membaca

perubahan beban daya, menyambung antara dua

sumber listrik yang berbeda (sel surya dan

PLN).

4. KEGIATAN PENELITIAN

Penelitian dilakukan pada 3 hal:

Meneliti apakah kontroler mampu membaca

sensor dengan benar serta responnya pada

perubahan beban. Mengoptimalisasi agar

bacaan beban yang terbaca secara real-time

sehingga ke depannya alat ini akan user

friendly. Penelitian dilakukan dengan mencoba

mengubah nilai beban yang terpasang

menggunakan sebuah resistor variabel, induktor

variabel dan kapasitor variabel sebagai

pengganti beban peralatan rumah tangga. Saat

nilai beban diubah, kontroler akan diprogram

untuk mengeluarkan sebuah output yang

ditandai oleh LED yang menyala bila beban

yang terpasang lebih besar dari nilai yang di-

set.

2. Penelitian juga dilakukan untuk

mensinkronisasi antara jaringan PLN dengan

sel surya. Karena jaringan PLN adalah sebuah

jaringan AC 50 Hz, sehingga diperlukan suatu

sinkronisasi bila ingin menggabungkan antara

PLN dengan sel surya. Sinkronisasi ini

dimaksudkan agar diperoleh sumber daya yang

optimal dan kualitas yang baik. Bila antara

jaringan PLN dan sel surya terdapat beda fasa,

maka akan mempengaruhi kinerja peralatan

rumah tangga dan masa pakainya. Penelitian

akan dilakukan dengan menggunakan sebuah

osiloskop pada mode lissajous. Diperlukan dua

input yang dalam kasus ini adalah PLN dan sel

surya, serta sebuah kontroler sebagai

sinkronator. Osiloskop akan mempunyai dua

input, yaitu sel surya dan PLN. Bila dari dua

sumber AC terdapat beda fasa, maka pada

tampilan osiloskop akan terbentuk sebuah elips.

Bila dari dua sumber AC telah sinkron, maka

pada tampilan osiloskop akan terbentuk sebuah

lingkaran sempurna.

3. Penelitian juga dilakukan untuk mengetes

sistem secara keseluruhan dengan

menggunakan sebuah jaringan skala kecil pada

laboratorium. Jaringan skala kecil ini

dimaksudkan untuk meniru kondisi sebenarnya

yang ada dilapangan. Penelitian ini berguna

untuk mengetes kehandalan dari kontroler yang

dibuat.

5. LAPORAN HASIL PENELITIAN

Laporan hasil penelitian masih belum bisa

diisi dikarenakan penelitian belum dilakukan

saat penulisan dokumen.

5.1 Laporan Hasil Penelitian Awal

5.2 Laporan Hasil Penelitian Akhir

DAFTAR PUSTAKA

http://energi-terbarukan-

indonesia.blogspot.com/

http://www.renewableenergyworld.com/

Bahgat, Helwa, Ahmad, Shenawy. 2004.

“Maximum power point traking controller

for PV systems using neural networks”

dalam Jurnal Renewable Energy. Vol 30

(2005) 1257–1268

M.S. Aït Cheikh, C. Larbes, G.F. Tchoketch

Kebir, A. Zerguerras. 2007. "Maximum

power point tracking using a Fuzzy logic

control scheme" dalam Jurnal Revue des

Energies Renouvelables Vol. 10 No 3 (2007)

387 – 395

Lesmana, T. J. 2009. Pembuatan dan

Karakterisasi Sel Surya Hibrid

ITO/CdS/Klorofil/PANI/ITO. Master's

Thesis, Sekolah Pascasarjana, Institut

Pertanian Bogor, Bogor.