BAB II LANDASAN TEORI 2.1 SEJARAH PERKEMBANGAN Sel surya atau solar cell merupakan divais semikonduktor sebagai pengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik secara langsung, sel surya inipun dikenal juga dengan istilah sel photovoltaic. Photovoltaic terdiri atas photo
dan voltaic. Photo
berasal dari bahasa
yunani phos yang berarti cahaya. Sedangkan voltaic diambil dari nama Alesandro Volta (1745-1827), seorang pelopor dalam pengkajian mengenai listrik. Saat ini sel surya diproduksi secara komersil untuk penyediaan tenaga listrik khususnya di daerah-daerah terpencil. Salah satu teknologi yang relatif murah untuk menghasilkan sel surya dari bahan silicon baik kristal tunggal maupun multikristal adalah menggunakan teknologi screen printing, dimana teknologi ini biasa digunakan untuk membuat komponen hybrid film tebal.
2.2 KOMPONEN UTAMA SEBUAH SOLAR HOME SISTEM (SHS) Sebagai sebuah sistem solar home system seperti dapat dilihat pada gambar 2.1 terdiri atas subsistem sebagai berikut: a. Modul Fotovoltaik. b. Baterai. c. Alat Elektronik Pengontrol Baterai(controller). d. Inverter(controller). e. Beban.
Modul surya
controle r b
Beban
+ -
Baterai
Gambar 2.1 Sebuah Solar Home Sistem.
2.3 FOTOVOLTAIK (MODUL SURYA) Sel surya merupakan divais semikonduktor yang dapat mengubah secara langsung energi cahaya matahari yaitu berupa partikel-partikel photon menjadi energi listrik. Struktur sel surya merupakan komponen semikonduktor yang dibagun dalam bentuk persambungan silicon tipe-n dan tipe-p, lapisan anti-refleksi, kontak atas berupa grid dan bawah untuk menghubungkan pertemuan tipe-p dan tipe-n ini ke rangkaian beban luar. Struktur sel surya ini juga terkadang ada yang berbentuk persambungan n-p-p+, struktur dalam bentuk ini disebut Back Suface Filed (BSF)[1]. Apabila cahaya metahari menumbuk permukaan divais atau menebus hingga persambungan p-n, maka akan terjadi proses generasi pasangan electron dan hole, dimana kedua pasangan ini akan terjadi kumpulan masing-masing pada daerah tipe-n
dan tipe-p sebagai pembawa arus negatif dan positif. Jika kedua tipe-p dan tipe-n dihubungkan dengan sebuah kontak atau terminal dan diantara kedua terminal ini diletakkan sebuah beban, maka akan terjadi adanya aliran electron sebagai pembawa muatan minoritas dari silicon tipe-p menuju tipe-n dan hole pembawa muatan minoritas dari silicon tipe-n ke tipe-p akan ditarik oleh medan listrik ini, maka akan terjadi aliran diri sisi p ke sisi n dan sebaliknya. Oleh karena itu, cahaya matahari akan membangkitkan arus listrik yang mengalir dari sell surya ini ke beban yaitu berupa lampu akan menyala, seperti yang dapat dilihat pada gambar 2.2. sury a
Kotak metal(-) Lapisan ARC Silicon tipen Pn-junction
-
-
+ +
Silicon tipep
+
Kontak metal (+) Gambar 2.2 Struktur sel surya
2.3.1 Prinsip-Prinsip Kerja Semikonduktor 2.3.1.1 Semikonduktor silicon Silikon adalah salah satu bahan semikonduktor yang banyak digunakan dalam pembuatan komponen mikro elektronika dan pembuatan sell surya. Bahan silicon yang biasa digunakan adalah berbentuk kristal tunggal atau multikristal. Pada susunan berkala, unsure silicon-(Si) berada pada golongan IVA, dengan kulit terluarnya (elektron valensi) ditempati oleh 4 elektron. Silicon sebagai bahan semi konduktor memiliki sifat-sifat listrik yang berada di antara bahan isolator dan konduktor. Pada temperatur mutlak nol kelvin (OK) kristal silicon bersifat sebagai isolator karena tidak terdapat electron pembawa
muatan yang bebas. Dan bila temperatur dinaikan hingga suhu kamar, maka ikatan elektron kovalen yang terbentuk itu akan pecah terurai, sehingga akan ada electron yang bebas. Oleh karena itulah pada kondisi ini dimungkinkan terjadi konduksi. Bahan kristal silicon murni ini atau belum diberi atom-atom pengotor disebut semikonduktor intrinsic.
2.3.1.2 Semikonduktor silicon tipe-n dan tipe-p Penambahan atom pengotor ke dalam kristal silicon disebut dengan istilah doping. Bahan-bahan pengotor yang biasa digunakan dalam proses pembuatan silicon tipe-n dan tipe-p ini misalnya atom boron-(B) dan Phospor-(P). Semikonduktor yang sudah diberi bahan pengotor ini disebut sebagai bahan semikonduktor ekstrinsik tipe-p dan tipe-n.
2.3.1.3 Persambungan tipe-n dan tipe-p Persambungan bahan semikonduktor ektrinsik tipe-p dan tipe-n dikenal dengan istilah pn-juntion yang merupakan struktur atau bangunan dasar dalam semua komponen elektronika berbasis semikonduktor, sebagai contoh diode dan sel surya (photovoltaic cell), menunjukkan sebuah persambungan tipe-p dan tipe-n dengan kondisi hubung terbuka. Sebuah pn-junction merupakan penggabungan secara metalurgi dari bahan semikonduktor disambungkan, maka akan terjadi proses difusi muatan dari daerah berkonsentrasi tinggi ke daerah berkonsentrasi rendah, hole dari daerah tipe-p yang memiliki konsentrasi rendah melewati persambungan (junction) dan sebaliknya electron yang berkonsentrasi tinggi dari daerah tipe-n akan berdisfusi ke daerah berkonsentrasi rendah yaitu daerah tipe-p.
2.3.2 Teknologi Proses Pembuatan Sel Surya Dengan Screen Printing teknologi Teknologi thick film merupakan teknologi pembuatan komponen-komponen dan rangkaian elektronika terintegrasi Hybrida (IC-Hybrid) yang berbasis substrat keramik. Pada teknologi thick film, tebal lapisan biasanya dibuat dengan orde 10
sampai 25 mikrometer sedangkan untuk thin film, lapisan dibuat dengan ketebalan sampai 1 mikrometer. Beberapa keuntungan dari teknologi thick film ini adalah disain dan realisasi murah, kehandalan tinggi, disain sangat kompak dengan disipasi panas cukup baik. Keuntungan yang dapat diambil dari penggunaan teknologi thick film dalam pembuatan divais sel surya ini meliputi investasi peralatannya cukup rendah, hasil produksi cukup tinggi. Proses screen printing dan pembakaran atau sintering (firing) merupakan proses yang utama dalam teknologi thick film ini. . 2.3.3 Tahapan Proses Pembuatan Sel Surya Dengan Screen Printing Proses-proses utama dalam pembuatan divais sel surya ada 3 (tiga) tahap yaitu[1]: a. Pembentukan pn-junction. b. Pembuatan Kontak metal. c. Pelapis anti refleksi. Tahapan proses tersebut akan dijelaskan secara singkat pada bagian berikut: a. Pembentukan pn-junction meliputi: Persiapan wafer silikon. Bahan silikon yang banyak digunakan dalam pembuatan sel surya adalah silikon dari tipe-p. Persiapan wafer silikon merupakan
proses
pencucian
silikon
dari
bahan-bahan
kontaminan.
Kontaminan pada wafer silikon berbentuk partikel atau lapisan. Dalam proses pencucian ini dilakukan dengan sistem etsa permukaan wafer dan sekaligus pembentukan struktur piramida pada permukaan substrat. Struktur piramida berfungsi sebagai penjebak sinar matahari yang datang ke permukaan substrat agar tidak dipantulkan langsung oleh permukaan substrat. Screen printing. Proses percetakan (printing) merupakan kunci utama dalam teknologi thick film seperti telah disebutkan di atas, dimana fungsi dari proses percetakan adalah untuk memindahkan bahan pasta melalui suatu pola tertentu yang dibentuk di atas screen, ke atas substrat yang diinginkan.
o
Screen memiliki fungsi sebagai masker untuk pola gambar yang diinginkan, serta juga berfungsi sebagai penentu seberapa banyak dan tebal pasta yang akan dipindahkan ke substrat.
o
Rakel (squeegee) berfungsi untuk menekan pasta dari screen ke substrat. Bahan rakel yang biasa digunakan untuk proses printing terbuat dari bahan neopren, polyrethen dan viton dengan kekerasan bahan sekitar 50 sampai 70 duro meter. Bentuk yang banyak digunakan adalah bentuk persegi dengan sudut kemiringan 60 derajat dan 45 derajat. Seperti dapat dilihat pada gambar 2.3.
Gerakan squeege
45
Pasta
o
Screen Gambar 2.3 Squeege o
Bahan pasta merupakan bahan yang akan dilapiskan atau akan diletakkan di atas permukaan substrat. Bahan aktif dari pasta yang banyak digunakan untuk jalur-jalur konduktor pada rangkaian thck film adalah Ag, Ag/Al atau Pd/Ag. Sedangkan dalam proses pembuatan sel surya dengan teknologi screen printing ini, pasta yang digunakan berupa pasta phosphor(P) untuk difusi, titanium dioksida(TiO2) sebagai bahan anti-refleksi dan Ag, Al, Al/Ag dan Ag/Pd adalah pasta untuk membentuk sistem kontak.
Proses difusi. Pada proses ini dilakukan pencetakan bahan pasta yang berisi atom-atom phospohor sebagai pembentuk persambungan tipe-n. Pasta phosphor ini dicetak ke seluruh permukaan substrat silikon bagian atas. Pasta
yang tercetak di permukaan bagian atas substrat ini selanjutnya dikeringkan pada sebuah oven dengan temperatur antara 100o C sampai dengan 150 o C agar bahan-bahan pelarut pasta ini menguap. Kemudian substrat dimasukkan ke dalam conveyor belt furnance dengan temperatur puncak 900oC hingga 925oC. Proses pembakaran ini dimaksudkan agar atom-atom phosphor tersebut berdifusi ke dalam substrat silikon dan membentuk pertemuan tipe-n dan tipe-p. Sheet resistansi yang diharapkan pada permukaan substrat silikon untuk divais sel surya ini adalah berkisar antara 20 Ω/square sampai 50 Ω/square. b. Pembuatan kontak metal. Pembuatan kontak metal dalam sebuah sel surya terdiri atas 2 (dua) jenis kontak yaitu yang pertama kontak atas adalah kontak yang dibentuk pada daerah silikon tipe-n, berupa jalur-jalur konduktor membentuk seperti pencabangan (finger) yang berinduk pada jalur utama yang disebut sebagai busbar. Kontak atas hanya menutupi daerah permukaan yang akan terkena cahaya matahari sekitar 5 persen hingga 10 persen. Kontak metal yang kedua yaitu kontak bawah yang menghubungkan daerah silicon tipe-p dengan terminal luarnya. Pada bagian ini seluruh permukaan tertutup oleh lapisan kontak ini. Proses dilakukan dalam pembuatan kontak metal adalah mencetak pola finger seperti yang telah disebutkan di atas, silikon dengan bahan pasta Ag, kemudian pasta tersebut dikeringkan pada temperatur 120o C sampai 150o C dan dibakar atau firing pada temperatur puncak antara 700o C hingga 800o C. Sedangkan untuk kontak belakang yang menggunakan bahan pasta Al atau Al/Ag pembakaran dilakukan pada temperatur puncak sekitar 640o C hingga 670o C. c. Pelapisan bahan anti refleksi. Lapisan bahan anti-refleksi ini dibuat dari pasta yang memiliki komponen aktifnya berupa bahan oksida yaitu TiO 2 – (titanium dioksida). Seluruh permukaan bagian atas silikon dicetak dengan bahan antirefleksi. Kemudian seperti proses lainya dilanjutkan dengan pengeringan pada temperatur 100o C sampai 120o C dan dibakar pada temperatur puncak antara 400o C hingga 550o C. Tebal lapisan setelah proses pembakaran, diharapkan mencapai 800A sampai 1000 A (Andstrom) hasil yang diperoleh berupa lapisan berwarna biru transparan.
Dalamproses isolasi ini biasanya dilakukan untuk menghindari adanya pengaruh parasitic yang ditimbulkan oleh setiap tahapan dalam proses pembuatan sel surya, karena akan menyebabkan perubahan pada karakteristik listrik sel surya. Proses isolasi yang banyak digunakan untuk tahap ini adalah sistem etsa pemotongan dengan menggunakan diamond cutter atau laser scribing. Saat ini penerapan sel surya sebagai solar home system (SHS) yang memanfaatkan teknologi fotovoltaik digunakan untuk penyediaan tenaga listrik khususnya untuk daerah-daerah terpencil di Indonesia. Dengan revolusi teknologi, sel surya juga dapat dibuat dengan menggunakan bahan inorganik seperti Metal-free phtalocyanime-(Pc) yang merupakan bahan organik phtalocyanime yang memiliki struktur molekul tanpa ada ikatan dengan logam yang dicampur dengan bahan polyvinilacetat-(PVA) dengan struktur komplek. Desain tersebut biasa dilakukan dengan menggunakan teknik pemendapan bahan thin film seperti metal organic, chemical vapour deposition, molecular beam epitaxy, spin-coating, dan lain-lain
2.4 BATERAI Baterai adalah sebuah subsistem penyimpanan energi dc yang dihasilkan oleh modul fotovoltaic. Penentuan kapasitas baterai untuk solar home sistem ditentukan oleh kondisi radiasi lokasi serta sejumlah dan jenis modul fotovoltaic yang digunakan. Untuk aplikasi solar home sistem dapat juga digunakan baterai mobil (accu). Baterai khusus yang digunakan bagi sistem pembangkit listrik fotovoltaic individual menggunakan baterai sekunder sel timah hitam dan NiCd (nikel-cadmium), dari jenis vented atau sealed. Kapasitas dari sebuah baterai merupakan besarnya energi listrik dalam Ampere-jam (Ah) yang terisi penuh pada satu kondisi penuh. Kapasitas suatu baterai dapat di spesifikasikan sebagai berikut : a. Kapasitas aktual (Ca) yaitu jumlah besaran listrik dalam Ampere-jam (Ah) yang dapat dikeluarkan dari sebuah sel atau baterai untuk suatu kondisi operasi tertentu yaitu laju pelepasan muatan, temperatur, kondisi muatan awal, umur, dan tegangan akhir.
b. Kapasitas nominal (Cnom) adalah jumlah besaran listrik dalam Ampere-jam (Ah) yang dinyatakan oleh manufaktur sebagai kapasitas yang dapat diberikan dalam keadaan penuh dan pada kondisi khusus (laju pelepasan, tegangan akhir, dan temperatur). Sel dan baterai skunder yang digunakan dalam sistem fotovoltaik dapat berupa vented (Flooded) dan valve regulated, dan pada umumnya dipasarkan dalam kondisi Di-charge dan terisis elektrolit. Drychage dikosongkan hanya untuk baterai sel timah hitam, Di-charge dan dikosongkan serta Drychage dan terisi hanya baterai nikel-kadmium-NiCd. Baterai yang digunakan dalam sistem modul fotovoltaik
secara umum
terbagi dalam 2 jenis yaitu baterai primer dan baterai skunder.
2.4.1 Baterai Primer Jika konduktor yang tidak sama ditempatkan dalam larutan-penghantar yang akan bereaksi secara kimia dengan salah satu konduktor, maka akan dihasilkan daya gerak listrik antara kedua konduktor. Konduktor tersebut disebut elektroda dan larutannya disebut elektrolit. Gaya gerak listrik atau ggl yang dihasilkan dalam setiap sel tergantung pada bahan elektroda dan elektrolit yang digunakan. Sebagai contoh, jika elektroda yang digunakan adalah seng-(Zinc) dan timah dan kemudian ditempatkan dalam larutan asam sulfat-(H2SO4), maka ggl yang ditimbukan sebesar 0,5 Volt; elektroda seng dan air raksa-oksida dalam kalium hidroksida menghasilkan ggl sebesar 1.35 volt ; sedangkan elektroda seng dengan mengandung dioksida dalam larutan kaliumhidroksida dihasilkan ggl 1,5 volt. Pada waktu lampau, banyak kombinasi bahan yang digunakan untuk elektroda dan elektrolit sel primer. Sel primer yang pertama memiliki larutan elektrolit yang dapat tumpah dan tidak dapat dibawa sehingga memiliki kesukaran dalam penggunaannya, sekarang ini sel kering merupakan baterai primer yang paling banyak digunakan karena mudah dibawa dan ukurannya yang kompak. Secara umum baterai primer ini dikenal dengan baterai kering dan yang paling banyak digunakan, yaitu sel karbon-seng, alkaline, air raksa-oksida, dan perak-oksida.
Sel karbon-seng adalah baterai kering yang hingga sekarang masih digunakan, dengan ggl yang dihasilkkan sebesar 1,5 volt. Jenis ini digunakan oleh sebagian pabrik sebagai sel tugas berat (heavy duty). Sel alkaline menggunakan elektroda negatif dari seng berbubuk dan elektroda positif dari mangan-dioksida serta larutan elekrolit dari seng berbubuk dan elektroda positif dari mangan-dioksida serta larutan elektrolit dari kalium hidroksida. Jenis ini mempunyai tegangan rangkaian terbuka sebesar 1.5 Volt dengan tahanan-dalam yang rendah serta dapat digunakan untuk menggantikan sel karbon-seng jika diperlukan arus besar dan umur yang lebih panjang. Sel alkaline biasa mempunyai energi total 50 sampai dengan 100 persen lebih besar dari sel karbon-seng yang sama. Sel air raksa-oksida dan perak-oksida mempunyai kemampuan yang rendah jadi pada pemakaian kontinue yang sama. Sel jenis ini kerap kali dirancang untuk memenuhi kebutuhan tertentu dan tidak untuk pemakaian umum. Penggunaannya antara lain adalah untuk alat bantu pendengaran, arloji, pengukur pencahayaan foto elektrik dan instrument. Keduanya dibuat dalam bentuk datar seperti “kancing”. Secara elektrokimia keduanya mengunakan seng sebagai elektroda negatif dan kalium-hidroksida sebagai elektrolitnya. Sel air raksa-oksida mempunyai tegangan rangkaian terbuka sebesar 1.35 Volt sedangkan sel perak-oksida memiliki ggl sebesar 1.6 Volt. Baterai primer ini adalah baterai yang hanya sekali digunakan dan tidak dapat diisikan kembali.
2.4.2 Baterai Skunder Baterai skunder atau yang dikenal dengan sel skunder atau penyimpanan (storage cell) adalah sel yang keadaan fisik dan kondisi kimiawi dari elektroda dan elektrolitnya dapat disimpan kembali dengan cara mengisi kembali selskunder tersebut. Dalam penggunaannya terdapat 2 (dua) macam sel skunder yaitu lead-acid dan nickel-cadmium dimana kedua jenis ini merupakan sel skunder yang direkomendasikan untuk dapat digunakan dalam solar home system. Bagian-bagian baterai sekunder dapat dilihat pada gambar 2.4.
Gambar 2.4 Bagian-bagian baterai (accu)
a. Baterai asam timbal (lead Acid battery). Elektroda positif dari tipe ini adalah timbale-proksida-(PbO2) dan timbale murni-(Pb) sebagai elektroda negatif serta larutan asam-sulfat-(H2SO4) sebagai elektrolitnya. Jika sel mencatu arus ke beban atau mengosongkan, terjadi reaksi kimia yang membentuk timbale-sulfat-(PbO4) dan pada kedua plat terbentuk air-(H2O) dalam elektrolit. Setelah sejumlah energi tertentu diambil dari sel, kedua plat telah diubah menjadi bahan yang sama dan sel tidak lagi menghasilkan ggl. Untuk pengisian sel, arus pengisian dilakukan melalui sel dalam arah yang berlawanan. Elektrolit baterai asam-timbal adalah larutan asam-sulfat dalam air. Dalam baterai yang digunakan untuk pekerjaan yang stasioner, yang mungkin digunakan dalam larutan elektrolit dalam volume besar, berat-jenis (specific gravity) dalam keadaan terisi penuh 1.210 sampai 1.225. Dalam baterai yang mudah dibawa-bawa seperti yang digunakan untuk mobil atau pesawat terbang dengan ruang dan berat terbatas, berat-jenisnya berkisar antara 1.265 sampai 1.300 jika terisi penuh. Iklim dan temperatur tempat baterai tersebut dioperasikan juga merupakan faktor untuk menentukan berat jenis yang digunakan. Penurunan berat-jenis dari keadaan terisi penuh ke keadaan kosong berubah menurut volume elektrolitnya dengan penurunan sebesar 0.030 untuk volume elektrolit yang besar dan 0.145 untuk volume yang lebih kecil, seperti penggunaan pada mobil. Berat-jenis elektrolit sel juga berubah terhadap temperatur. Setiap
kenaikan temperatur sebesar 30F
(F=farhenheit) ekivalen dengan penurunan
berat-jenis 0.001 atau sebaliknya. Kapasitas baterai bergantung pada jumlah, rancangan, ukuran plat dan banyaknya elektrolit. Banyaknya energi yang dapat diberikan oleh setiap baterai yang terisi penuh juga bergantung pada beberapa variabel, seperti laju pengosongan, temperatur dan berat-jenis elektrolit. Sebagai contoh baterai yang digunakan pada mobil diberikan 2 (dua) ukuran untuk menyatakan karakteristik daya baterai, yaitu nilai prestasi engkol dingin (could crangking performance rating) adalah ukuran kemampuan baterai untuk mencatu beban listrik mobil dalam keadaan gagalnya sistem pengisisan, yang didefinisikan sebagai lamanya waktu dalam menit dari sebuah baterai 800F (26,70C) dapat dikosongkan pada 25 Ampere dan tegangan setiap selnya terpelihara 1.75 Volt atau lebih. Jika sebuah baterai mobil penumpang 6 sel, 12 Volt mempunyai prestasi engkol dingin sebesar 450 Ampere, maka ukuran prestasi kapasitas cadangan sebesar 138 menit. b. Baterai nickel-cadmium (NiCd). Baterai nickel-cadmium-alkaline yang biasa disebut baterai nickel-cadmium merupakan baterai yang sangat andal dan tahan lama, dimana bahan aktif terpenting dalam elektroda positifnya adalah nickel hidroksida dan elektroda negatifnya adalah cadmium hidroksida dengan kalium hidroksida sebagai elektrolitnya. Tegangan pengosongan rata-rata setiap sel dari baterai nickel-cadmium adalah 1.32 Volt. Tetapi tegangan setiap sel dapat mencapai 1.40 Volt sampai 1.44 Volt jika sel dijaga pada keadaan terisi penuh oleh alat pengisi. Baterai nickel-cadmium memiliki karakteristik antara lain biaya pemeliharaan yang rendah, umur (life time) yang panjang, dan andal pada kondisi kerja yang berat. Baterai ini dapat dibiarkan dalam kondisi tak terpakai dalam waktu yang lama dalam setiap keadaan muatan tanpa menjadi aus. Sel tertutup dan baterai mempunyai harapan hidup lebih dari 300 sampai 500 kali pengisian dan pengosongan pada kondisi kerja normal. Dan untuk sel-berlubang, harapan hidup dapat mencapai lebih dari 2000 kali dalam daur kerjanya. Kondisi pengisian berlebih meningkatkan produksi gas yang menyebabkan konsumsi air yang tinggi pada sel jenis vented. Pada sel timah hitam valve regulated, kodisi pengisian berlebih akan menyebabkan peningkatan emisi gas
dan produksi panas. Secara khusus tegangan sel maksimum dibatasi sampai 2.4 Volt untuk baterai sel timah hitam dan 1.55 Volt untuk baterai nickel-cadmium. Beberapa regulator mengakomodasi kemungkinan batas tegangan ini terlewati beberapa saat untuk mengakomodasi proses ekualisasi atau boost charge. Kompensasi temperatur harus digunakan jika terjadi penyimpangan kurang lebih 100C dari standar 200C.
2.4.3 Penyimpanan Baterai Dalam hal penyimpanan baterai harus memperhatikan rekomendasi dari manufaktur, seperti yang dijelaskan pada tabel 2.1. Tabel 2.1 Julat temperatur kondisi lingkungan penyimpanan baterai.
Baterai yang berisi elektrolit dan bermuatan, memerlukan pengisian ulang secara periodik. Kapasitas dapat berkurang sesuai dengan kondisi temperatur dan kelembaban lingkungan selama penyimpanan. a. Pengantur muatan baterai. Pengisian berlebih tidak akan meningkatkan jumlah Periode Penyimpanan Baterai Julat Tipe Baterai
Kelembaban
Dengan
Tanpa
Elektrolit
Elektrolit
Temperatur
Sel Timah -20°C s/d 40°C
‹95%
1-2 tahun Sampai 6 bulan
Hitam
(dry charge)
Nikel – -40°C s/d 50°C
‹95%
Sampai 6 bulan 1-5 tahun (drained)
Kadmium energi yang tersimpan dalam baterai, bahkan pengisian berlebih ini akan mengakibatkan konsumsi air yang berlebihan pada baterai jenis vented sehingga memperpendek interval perawatan. Lebih jauh lagi pada baterai tipe VRLA akan mengering, sehingga akan kehilangan kapasitasnya sama sekali ataupun terjadi overheating.
Pengisian berlebih dapat dikontrol dengan cara menggunakan charge controller yang sesuai. Parameter controller harus memperhatikan efek dari desain modul fotovoltaik, beban, temperatur dan besaran-besaran pembatas bagi suatu baterai. Baterai vented sel timah hitam atau nikel-cadmium harus mempunyai elektrolit yang cukup untuk mencakup paling tidak periode antara perawatan yang telah direncanakan. Pengisian berlebih pada baterai harus betul-betul dikontrol untuk mendapatkan umur yang optimum. b. Proteksi pelepasan muatan berlebih. Baterai sel timah hitam harus diproteksi terhadap pelepasan muatan berlebih untuk menghindari kehilangan kapasitas yang disebabkan oleh proses sulfatisasi permanen. Hal ini dapat dilakukan dengan pemutus tegangan rendah yang bekerja otomatis jika tegangan akhir dilampaui. Kapasitas baterai dalam aplikasi fotovoltaik dapat dilihat pada table 2.2. Tabel 2.2 Kapasitas baterai Kapasitas Arus
2.5
Periode
Tegangan Akhir (Volt) per sel
(Ah)
(A)
Pelepasan (H) Sel Timah Hitam Nikel-Cadmium
C240
I240
240
1.9
1
C120
I120
120
1.85
1
C20
I20
20
1.85
1
C10
I10
10
1.8
1
C5
I5
5
1.75
1
ALAT ELEKTRONIK PENGONTROL BATERAI
Alat elektronik pengontrol baterai atau sering disebut dengan Battery Charge regulator (BCR) merupakan subsistem yang sangat penting dalam sebuah Solar home system. Dalam sistem pembangkit listrik fotovoltaik individual (stand alone),
BCR digunakan untuk menyesuaikan catu daya listrik yang dihasilkan oleh modul fotovoltaik dengan karakteristik baterai sel timah hitam dengan membatasi gasing yang berlebihan dan pembentukan sulfat berlebihan (sulfat irreversible) melalui: a. Penurunan arus pengisian dari modul fotovoltaik, yaitu dengan membatasi tegangan tertentu supaya tidak dilampaui (dengan batas atas). b. Membatasi DOD dengan pemutus arus otomatis ke rangkaian beban, pada saat tegangan baterai turun di bawah tegangan tertentu (tegangan batas bawah). Alat ini mempunyai 4 fungsi utama yaitu: a. Melindungi baterai dari kondisi pengisian berlebih (over-charge). b. Melindungi baterai dari kemungkinan pembebanan berlebih (over-discharge). c. Melindungi sistem dari kemungkinan rusak akibat terjadinya hubung singkat pada beban. d. Serta mencegah arus balik dari baterai ke modul fotovoltaik.
