4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1.
Hasil Rancang Bangun Penelitian ini menghasilkan prototip alat konsentrator surya (Gambar 14)
yang berfungsi untuk memantulkan sinar matahari ke satu titik fokus sehingga dihasilkan panas yang tinggi. Agar pantulan yang dihasilkan maksimal, alat ini dilengkapi dengan sistem yang dapat mengikuti gerak matahari. Alat konsentrator surya ini memiliki tiga bagian utama, yaitu reflektor, unit mekanik, dan unit elektronik.
31,25 cm 5 cm
50 cm
Gambar 14. Prototip alat konsentrator surya
Reflektor Reflektor berfungsi untuk memantulkan sinar matahari yang masuk ke permukaan bumi menuju titik fokus (Gambar 15). Reflektor memiliki dimensi diameter (D) 50 cm dan kedalaman parabola (d) 5 cm dengan titik fokus (f) 31,25
23
24
cm. Titik fokus (f) reflektor tersebut dicari dengan menggunakan rumus (Dufie & William, 1991): ……………………………………………………………………….(8)
Titik Fokus
Gambar 15. Reflektor konsentrator surya
Kerangka reflektor dibuat dengan menggunakan alumunium foil karena ringan dan murah. Kerangka lengkung reflektor dibuat dari parabola bekas. Berikut beberapa bahan untuk reflektor beserta keunggulan dan kekurangannya (Rahardjo, 2008):
Cermin Keunggulan: reflektifitas sangat baik Kekurangan: berat, susah dibentuk
Stainless steel Keunggulan: ringan, mudah dibentuk, reflektifitas baik Kekurangan: mahal, perlu proses lanjutan untuk mendapatkan reflektifitas yang baik (dipoles)
Alumunium foil
25
Keunggulan: sangat ringan, mudah dibentuk, refleksifitas baik, tidak perlu proses lanjutan, murah Kekurangan: mudah berubah bentuk, mudah sobek Melihat dari beberapa keunggulan dan kekurangan tiap material, maka dipilih alumunium foil sebagai material reflektor. Kekurangan dapat diatasi saat pemasangan dengan ketelitian agar alumunium foil tidak sobek. Pada reflektor terdapat dua buah sensor cahaya yang berfungsi mendeteksi cahaya matahari (Gambar 16). Sensor cahaya yang digunakan adalah Light Dependent Resistors (LDR). LDR adalah suatu bentuk komponen yang mempunyai perubahan resistansi yang besarnya tergantung pada cahaya, dimana nilai hambatannya akan berubah-ubah bila terkena cahaya yang diterima. LDR-1 berfungsi untuk kontrol dari alat. Apabila cahaya terang, maka alat akan berfungsi dan sebaliknya. LDR-2 berfungsi untuk mencari cahaya matahari. Di belakang LDR-2 diletakkan sebuah papan dengan tinggi 15 cm untuk menghasilkan bayangan. Papan ini diletakkan menghadap arah terbitnya matahari, yaitu timur. Bayangan yang dihasilkan papan berfungsi untuk menutup LDR-2 sehingga resistansinya berubah. Bayangan tersebut akan berubah seiring dengan pergerakan matahari.
26
Penghasil Bayangan
LDR-2 LDR-1
Gambar 16. LDR pada reflektor
Unit Mekanik Unit mekanik berfungsi untuk menggerakkan reflektor mengikuti gerak matahari. Unit mekanik ini terdiri dari motor DC, gear, per dan rantai (Gambar 17). Motor DC dikaitkan langsung pada gear yang telah terkait juga oleh rantai. Rantai yang terkait pada gear kemudian dikaitkan pada parabola yang berfungsi sebagai reflektor.
Per
Rantai Motor
Gear
Gambar 17. Unit mekanik pada konsentrator surya
27
Motor DC memiliki 2 buah supply, yaitu supply dari tegangan positif (Vcc) dan supply ground (0). Pada dasarnya putaran motor DC akan berbalik seandainya supply yang menempel pada motor tersebut dibalik kutub positif (+) dan kutub negatifnya (-). Apabila LDR-2 mendapatkan cahaya, maka ia akan memberikan pulsa output positif sampai LDR-2 tidak menerima cahaya lagi. Output pulsa tersebut akan bekerja pada koil relay sehingga terbentuk medan magnet pada koil yang menarik contact relay dari posisi Normally Close (NC) ke Normally Open (NO). Hal ini menyebabkan motor DC bergerak ke suatu arah.
Unit Elektronik Unit elektronik berfungsi mengontrol sensor cahaya dan motor DC (Gambar 18). Unit elektronik mendapat tegangan 5 V dari catu daya. Tegangan yang diperoleh oleh catu daya berasal dari tegangan AC dari PLN 220 V, kemudian tegangan PLN diubah oleh trafo CT menjadi tegangan AC 12 V. Tegangan AC 12 V akan diubah menjadi tegangan positif (+) DC 12 V oleh diode bridge. Tegangan DC 12 V ini akan diubah menjadi tegangan 5 V oleh regulator 7805. Tegangan 5 V inilah yang digunakan untuk memfungsikan rangkaian elektronik pada alat konsentrator surya.
28
Rangkaian Penguat Tegangan
Relay
Rangkaian Pembangkit Sinyal Rangkaian Catu Daya
Gambar 18. Unit elektronik pada alat konsentrator surya
Di dalam unit elektronik terdapat rangkaian pembangkit sinyal dan penguat tegangan. Rangkaian pembangkit sinyal berfungsi untuk menghasilkan sinyal yang digunakan untuk menggerakkan motor DC. Rangkaian penguat tegangan berfungsi untuk meningkatkan tegangan agar sensor cahaya dapat berfungsi dengan baik.
4.2.
Hubungan antara Sudut dan Suhu Perubahan sudut yang mengikuti matahari diperlukan agar reflektor
senantiasa selalu menghadap matahari. Hal ini diperlukan supaya pantulan cahaya matahari oleh reflektor selalu jatuh pada titik fokusnya. Sudut yang dibentuk oleh reflektor terhadap sumbu vertikal adalah sudut reflektor. Sudut reflektor bernilai 55° saat menghadap ke arah timur dan bernilai 135° saat menghadap ke arah barat. Perubahan maksimal sudut yang dapat dibentuk dari alat ini adalah sebesar 80°. Kemiringan sudut reflektor tersebut dirancang karena motor DC tidak kuat memutar reflektor untuk mengikuti pergerakan matahari. Sebaiknya
29
menggunakan motor servo dengan torsi yang lebih tinggi agar mampu memutar reflektor dan memiliki putaran yang halus. Sudut awal yang dibentuk oleh reflektor adalah sebesar 55°, yaitu sekitar pukul 09.30 WIB. Pukul 06.00-09.00 WIB tidak terjadi perubahan sudut. Pada pukul 10.00 WIB sudut mengalami perubahan sebesar 5° menjadi 60°. Perubahan sudut tersebut konstan sebesar 15° sampai reflektor mencapai kemiringan sebesar 135° pada pukul 15.00 WIB dan sudut akan tetap sama sampai pukul 18.00 WIB (Lampiran 1). Besarnya intensitas matahari sangat mempengaruhi kinerja dari alat konsentrator surya ini. Semakin besar intensitas matahari yang diterima reflektor, maka pantulan yang akan difokuskan menuju titik fokus juga akan semakin besar, sehingga suhu yang diterima oleh receiver juga lebih besar. Selain besarnya intensitas matahari, bahan dari reflektor yang digunakan juga sangat mempengaruhi suhu yang diperoleh. Nilai suhu yang diperoleh dari hasil pengamatan berubah-ubah tiap harinya tergantung dari besarnya intensitas cahaya matahari yang diterima. Suhu yang diperoleh dari hasil pengujian selama enam hari berkisar antara 23,5 – 62,5 °C (Lampiran 2). Hubungan antara sudut terhadap suhu tidak terlalu berpengaruh nyata (Gambar 19). Kondisi alam lebih mempengaruhi perubahan suhu yang terjadi. Pengambilan data pada hari 1 sampai 5 cuaca mendung dan berawan, hal ini menyebabkan intensitas matahari berkurang karena matahari tertutup oleh awan. Cuaca yang cerah hanya terjadi pada pengambilan data hari ke-6, sehingga didapat suhu yang paling tinggi selama pengambilan data.
30
Gambar 19. Grafik hubungan antara sudut dan suhu
Secara kesuluruhan hasil pengukuran sudut yang mengikuti pergerakan matahari setiap 1 jam selama enam hari adalah konstan sebesar 15°. Hal ini sesuai dengan teori mengenai sudut jam matahari (ω), yaitu matahari bergerak sebesar 15° setiap 1 jam (Dufie & William, 1991). Nilai suhu keseluruhan yang didapat dari alat ini kurang maksimal. Hal ini disebabkan oleh kondisi cuaca pada saat pengambilan data adalah musim hujan. Selain itu juga disebabkan oleh bahan dari reflektor yang seharusnya dari cermin diganti dengan alumunium foil. Nilai suhu yang seharusnya adalah lebih dari 100 °C karena pada suhu tersebut merupakan nilai titik didih air. Sebaiknya bahan dari reflektor menggunakan cermin yang dibentuk mengikuti bentuk dari reflektor. Aplikasi selanjutnya untuk alat ini adalah digunakan untuk mendidihkan air yang akan menghasilkan uap untuk menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik.
