JURNAL TEKNIK NOM MENSEN KARAKTERISTIK SEL SURYA 20 WP DENGAN DAN TANPA TRACKING SYSTEM Dr. Richard A.M. Napitupulu, ST, MT PERBANDINGAN KEKUATAN BALOK PERSEGI PENAMPANG DAN LUAS TULANGAN YANG SAMA Johan Oberlyan Simanjuntak, ST, MT
DAN
BALOK
DENGAN
LUAS
PENGENALAN SOFTWARE MATEMATIKA WOLFRAM UNTUK BERBAGAI KOMPUTASI PADA BIDANG TEKNIK ELEKTRO Ir. Timbang Pangaribuan, MT JUMLAH PANAS YANG DIPINDAHKAN PADA PROSES PENDINGINAN AIR MINUM DAN KOEFISIEN PRESTASI DARI MESIN PENDINGIN Ir. Waldemar Naibaho, MT PENGELOLAAN LIMBAH KONSTRUKSI DI MEDAN Ir. Partahi H. Lumbangaol, MEngSc STUDI ANALISIS DAN REKAYASA SISTEM KENDALI MOTOR SERVO DC Ir. Fiktor Sihombing, MT PENGARUH PUTARAN MOTOR INDUKSI PADA GENERATOR LISTRIK YANG DIGERAKKAN TURBIN UAP PROTECTED DITINJAU BERDASARKAN KARAKTERISTIK GETARAN DAN TIME DOMAIN Ir. Suryadi Sihombing, MT PERILAKU TANAH LEMPUNG DENGAN CARA STABILISASI CAMPURAN PASIR TERHADAP KEPADATAN MAKSIMUM [ d] Ir. Remon Simatupang, MSc. ANALISIS DEGRADASI SINYAL PADA JARINGAN SERAT OPTIK BACKBONE LAN UNIVERSITAS HKBP NOMMENSEN Libianko Sianturi, ST, MT ANALISA LIMBAH KONSTRUKSI SEBAGAI BAHAN BAKU BTAKO Ir. Ros Anita Sidabutar, M.Sc
Volume II No. 1, September 2016
FT UHN
ISSN 2089-8797
JURNAL TEKNIK NOMMENSEN Volume II No. 1, September 2016 ISSN 2089-8797 Penasehat Dr.Ir. Sabam Malau (- Universitas HKBP Nommensen)
Penanggungjawab Dr. Richard A.M. Napitupulu, ST, MT (Universitas HKBP Nommensen)
Ketua Dewan Redaksi (Ir. Timbang Pangaribuan, MT) (Universitas HKBP Nommensen)
Anggota Dewan Redaksi Ir. Ros Anita Sidabutar, MSc (Universitas HKBP Nommensen) Ir. Suariady Sihombong, MT (Universitas HKBP Nommensen)
Ir. Fiktor Sihombing, MT.
(Universitas HKBP Nommensen)
Mitra Bestari Prof. Dr. Jhon Batubara (Universitas Pelita Harapan Surabaya)
Dr. Ir. Andi Adriansyah, M.Eng. (Universitas Mercubuana Jakarta)
Dr. Ir. Himsar Ambarita, MT. (Universitas Sumatera Utara)
Ir. Rildova, Ph.D.
(Institut Teknologi Bandung)
Alamat : Fakultas Teknik Universitas HKBP Nommensen Jln. Sutomo No. 4A Medan, Sumatera Utara, Indonesia Telp.: 061-4522922; 4522831; 4565635; / Fax.: 061-4571426 Website: http://www.nommensen.org / Email :
[email protected]
JURNAL TEKNIK NOMMENSEN Vol. II. No. 1, SEPTEMBER 2016 DAFTAR ISI KARAKTERISTIK SEL SURYA 20 WP DENGAN DAN TANPA TRACKING SYSTEM Dr. Richard A.M. Napitupulu, ST, MT
1-19
PERBANDINGAN KEKUATAN BALOK PERSEGI DAN BALOK T DENGAN LUAS PENAMPANG DAN LUAS TULANGAN YANG SAMA Johan Oberlyu Simanjuntak, ST, MT
20-39
PENGENALAN SOFTWARE MATEMATIKA WOLFRAM UNTUK BERBAGAI KOMPUTASI PADA BIDANG TEKNIK ELEKTRO Ir. Timbang Pangaribuan, MT
40-58
JUMLAH PANAS YANG DIPINDAHKAN PADA PROSES PENDINGINAN AIR MINUM DAN KOEFISIEN PRESTASI DARI MESIN PENDINGIN Ir. Waldemar Naibaho, MT
59-82
PENGELOLAAN LIMBAH KONSTRUKSI DI MEDAN Ir. Partahi H. Lumbangaol, MEngSc
83-96
STUDI ANALISIS DAN REKAYASA SISTEM KENDALI MOTOR SERVO DC DI LABORATORIUM DASAR SISTEM KENDALI DENGAN MENGGUNAKAN METODA POLE PLACEMENT Ir. Fiktor Sihombing, MT
97-117
PENGARUH PUTARAN MOTOR INDUKSI PADA GENERATOR LISTRIK YANG DIGERAKKAN TURBIN UAP PROTECTED DITINJAU BERDASARKAN KARAKTERISTIK GETARAN DAN TIME DOMAIN Ir. Suriady Sihombing, MT
118-137
PERILAKU TANAH LEMPUNG DENGAN CARA STABILISASI CAMPURAN PASIR TERHADAP KEPADATAN MAKSIMUM (ˠd) Ir. Remon Simatupang, MSc.
138-150
ANALISIS DEGRADASI SINYAL PADA JARINGAN SERAT OPTIK BACKBONE LAN UNIVERSITAS HKBP NOMMENSEN Libianko Sianturi, ST, MT
151-167
ANALISA LIMBAH KONSTRUKSI SEBAGAI BAHAN BAKU BATAKO Ir. Ros Anita Sidabutar
168-185
i
KARAKTERISTIK SEL SURYA 20 WP DENGAN DAN TANPA TRACKING SYSTEM a
Richard A. M. Napitupulu*, aSutan Simanjuntak, bRiko Pandiangan Dosen Teknik Mesin Universitas HKBP Nommensen, Medan 20234 b Alumni Teknik Mesin Universitas HKBP Nommensen, Medan 20234 *
[email protected] a
ABSTRACT Solar cell is a device that converts sunlight directly into electricity and the upside is sunshine every day can be obtained freely. Solar cell with technological advances become very common nowadays. The problems that exist today are still largely attached solar cell is static. This led to the acceptance of solar energy is not optimal. By karana, this study tried a system that can make the solar cell always follow the direction of movement of the sun. With solar panels menggunakkan 20 WP and by designing a tracking system that uses micontroller Atmega 8, obtained a series of solar panels capable of following the direction of the sun. The experimental results showed that the average efficiency of the solar cell without using a tracking system was of 8.95% and using a tracking system is at 9:56% Key Word : Karakteristik, Sel Surya, 20 WP, Tracking System
1. PENDAHULUAN Keunggulan dari energi matahari dibandingkan dengan sumber energi alternatif lainnya adalah tidak bersifat polutif, berlimpah, bersifat terbarukan, tidak pernah habis dan dapat dimanfaatkan baik secara langsung maupun tidak langsung dan merupakan energi sepanjang masa. Energi matahari dapat dimanfaatkan dengan menggunakan alat yang mampu menerima dan mengkonversikannya menjadi energi listrik. Salah satu alat tersebut adalah panel surya/solar cell. Solar cell dengan kemajuan teknologi menjadi sangat umum sekarang ini. Seperti yang kita ketahui solar cell adalah alat yang mengubah sinar matahari langsung menjadi listrik dan keuntungannya adalah sinar matahari dapat diperoleh setiap hari secara bebas. Penggunaan solar cell sangatlah luas di dunia, sebagai contoh: panel solar digunakan untuk menyediakan tenaga untuk lampu lalu lintas, telephone, lampu jalan, rumah, kapal, mobil elektrik tenaga surya yang dapat beroperasi tanpa minyak, dan lain-lain. Permasalahan yang ada sekarang ini adalah solar cell yang terpasang kebanyakan masih bersifat statis. Hal ini menyebabkan penerimaan energi matahari tidak optimal. Oleh karana itu, perlu dibuat suatu sistem yang dapat membuat solar cell selalu mengikuti arah pergerakan matahari. Ada pun tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Untuk merencanakan, merancang dan membuat solar cell tracking system, 2. Untuk mengetahui
1
nilai kalor harian energi surya dan nilai kalor harian energi yang dihasilkan oleh solar cell dan 3. Untuk mengetahui apakah solar cell system tracking ini dapat digunakan untuk praktikum. 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Energi surya (Solar Energy) Matahari adalah suatu bola dari awan gas dengan suhu yang sangat panas. Suhu efektif pada permukaan besarnya 5760 K. sedang pada inti temperaturnya dapat mencapai lebih kurang 8 x 106 sampai dengan 40 x 106 K. Matahari adalah sumber energy kita yang paling kuat. Sinar matahari, atau energi surya, dapat digunakan untuk pemanasan rumah, pencahayaan dan pendinginan, pembangkit listrik, pemanas air, dan berbagai proses industri. Sebagian besar bentuk energi terbarukan berasal baik secara langsung atau tidak langsung dari matahari. Sebagai contoh, panas dari matahari menyebabkan angin bertiup, memberikan kontribusi terhadap pertumbuhan pohon dan tanaman lain yang digunakan untuk energi biomassa, dan memainkan peran penting dalam siklus penguapan dan curah hujan yang menjadi sumber energi air. Suatu teori yang akhir-akhir ini dapat diterima para ahli mengatakan bahwa radiasi gelombang elektromagnetik merupakan kombinasi dari gelombang elektrik arus bolak-balik berkecepatan tinggi dengan gelombang medan magnet yang menumbuhkan partikel-partikel energi dalam bentuk foton. Gelombang energi yang memancar melalui ruangan angkasa memberikan pancaran radiasi dengan panjang gelombang yang berbeda-beda. Radiasi gelombang elektromagnetik dikelompokkan pada panjang gelombang yang memberikan rangsangan energi yang lebih besar dimana semakin pendek panjang gelombangnya semakin besar energinya. Radiasi yang dipancarkan melalui permukaan matahari mempunyai variasi panjang gelombang dari yang paling panjang (gelombang radiasi) sampai yang paling pendek (gelombang sinar X dan sinar gamma). Pada dasarnya energi radiasi yang dipancarkan oleh sinar matahari mempunyai besaran yang tetap (konstan), tetapi karena peredaran bumi mengelilingi matahari dalam bentuk elips maka besaran konstanta matahari bervariasi antara 1308 Watt/m2 dan 1398 Watt/m2. Dengan berpedoman pada luas penampang bumi yang menghadap matahari dan yang berputar sepanjang tahun, maka energi yang dapat diserap oleh bumi besarnya adalah 751 x 10 kW/jam. Besarnya jumlah radiasi matahari yang diterima oleh suatu tempat dipengaruhi oleh posisi sudut matahari yang masuk ke tempat tersebut. Dalam perencanaan suatu kolektor surya, posisi sudut matahari sangat perlu diketahui untuk memperoleh hasil yang maksimal sesuai dengan perancangan.
2
2.2 Panel Surya Solar cell (panel suya) merupakan salah satu sumber energi yang ramah lingkungan dan sangat menjanjikan pada masa yang akan datang, karena tidak ada polusi yang dihasilkan selama proses konversi energi, dan lagi sumber energinya banyak tersedia di alam, yaitu sinar matahari, terlebih di negeri tropis semacam Indonesia yang menerima sinar matahari sepanjang tahun. Panel surya adalah alat yang merubah sinar matahari menjadi listrik melalui proses aliran-aliran elektron negatif dan positif didalam cell modul tersebut karena perbedaan electron. Hasil dari aliran elektron-elektron akan menjadi listrik DC yang dapat langsung dimanfatkan untuk mengisi battery / aki sesuai tegangan dan ampere yang diperlukan. 2.3 Karakteristik Sel Surya (Photovoltaic) Kapasitas daya dari sel atau modul surya dilambangkan dalam watt peak (Wp) dan diukur berdasarkan standar pengujian Internasional yaitu Standard Test Condition(STC). Standar ini mengacu pada intensitas radiasi sinar matahari sebesar 1000 W/m² yang tegak lurus sel surya pada suhu 25°C Modul photovoltaic memiliki hubungan antara arus dan tegangan. Pada saat tahanan variable bernilai tak terhingga (open circuit) maka arus bernilai minimum (nol) dan tegangan pada sel berada pada nilai maksimum, yang dikenal sebagai tegangan open circuit (Voc). Pada keadaan yang lain, ketika tahanan variable bernilai nol (short circuit) maka arus bernilai maksimum, yang dikenal sebagai arus short circuit (Isc). Jika tahanan variable memiliki nilai yang bervariasi antara nol dan tak terhingga maka arus (I) dan tegangan (V) akan diperoleh nilai yang bervariasi. 2.3.1 Sejarah Solar Cell Tenaga listrik dari cahaya matahari pertama kali ditemukan oleh Alexandre – Edmund Becquerel seorang ahli fisika Perancis pada tahun 1839. Temuannya ini merupakan cikal bakal teknologi solar cell. Percobaannya dilakukan dengan menyinari 2 elektroda dengan berbagai macam cahaya. Tahun 1873, seorang Insinyur Inggris Willoughby Smith menemukan Selenium sebagai suatu elemen photoconductivity. Kemudian tahun 1876, William Grylls dan Richard Evans Day membuktikan bahwa Selenium menghasilkan arus listrik apabila disinari dengan cahaya matahari. Hasil penemuan mereka menyatakan bahwa Selenium dapat mengubah tenaga matahari secara langsung menjadi listrik tanpa ada bagian bergerak atau panas. Sehingga disimpulkan bahwa solar cell sangat tidak efisien dan tidak dapat digunakan untuk menggerakkan peralatan listrik. Tahun 1894 Charles Fritts membuat Solar Cell pertama yang sesungguhnya yaitu suatu bahan semiconductor (selenium) dibalut dengan lapisan tipis emas. Tingkat efisiensi yang dicapai baru 1% sehingga belum juga
3
dapat dipakai sebagai sumber energi, namun kemudian dipakai sebagai sensor cahaya. Tahun 1905 Albert Einstein mempublikasikan tulisannya mengenai photoelectric effect. Tulisannya ini mengungkapkan bahwa cahaya terdiri dari paket – paket atau “quanta of energi” yang sekarang ini lazim disebut “photon.” Teorinya ini sangat sederhana tetapi revolusioner. Kemudian tahun 1916 pendapat Einstein mengenai photoelectric effect dibuktikan oleh percobaan Robert Andrew Millikan seorang ahli fisika berkebangsaan Amerika dan ia mendapatkan Nobel Prize untuk karya photoelectric effect. Tahun 1923 Albert Einstein akhirnya juga mendapatkan Nobel Prize untuk teorinya yang menerangkan photoelectric effect yang dipublikasikan 18 tahun sebelumnya. Tahun 1982, Hans Tholstrup seorang Australia mengendarai mobil bertenaga surya pertama untuk jarak 4000 km dalam waktu 20 hari dengan kecepatan maksimum 72 km/jam. Tahun 1985 University of South Wales Australia memecahkan rekor efisiensi solar cell mencapai 20% dibawah kondisi satu cahaya matahari. Tahun 2007 University of Delaware berhasil menemukan solar cell technology yang efisiensinya mencapai 42.8%. Hal ini merupakan rekor terbaru untuk “thin film photovoltaicsolar cell”. Perkembangan dalam riset solar cell telah mendorong komersialisasi dan produksi solar cell untuk penggunaannya sebagai sumber daya listrik. 2.3.2 Prinsip Kerja Sel Surya (Photovoltaic) Paramater paling penting dalam kinerja sebuah panel surya adalah intensitas radiasi matahari atau biasa disebut dengan iradiansi cahaya matahari, yaitu jumlah daya matahari yang datang kepada permukaan per luas area. Intensitas radiasi matahari diluar atmosfer bumi disebut konstanta surya, yaitu sebesar 1365 W/m2. Setelah disaring oleh atmosfer bumi, beberapa spektrum cahaya hilang, dan intensitas puncak radiasi menjadi sekitar 1000 W/m2. Nilai ini adalah tipikal intensitas radiasi pada keadaan permukaan tegak lurus sinar matahari dan pada keadaan cerah. Besar dari nilai iradiansi matahari inilah yang akan menentukan besar daya yang dapat dihasilkan oleh sebuah panel surya. 2.4 Rancangan Sel Surya Sistem sel surya yang dibuat bertujuan untuk mengoptimalkan penyerapan energi matahari oleh sel surya. Optimalisasi terjadi karena adanya solar tracking system merupakan rangkaian analog yang selanjutnya dinamakan rangkaian solar tracker. 2.4.1 Solar tracker Solar tracker merupakan rangkaian kontrol untuk mengatur gerakan motor supaya mengatur gerakan motor supaya intensitas cahaya matahari yang diterima oleh solar cell optimal. Hal tersebut terjadi jika papan solar cell
4
mengikuti terus arah matahari. Pada pagi hari, motor akan bergerak dari timur ke barat mengikuti arah matahari berdasarkan 2 buah LDR yang berada pada posisi timur dan barat. Pergerakan papan solar cell dari timur ke barat atau sebaliknya dibatasi oleh limit switch west dan east. Pada sore hari, papan solar cell akan kembali ke posisi awal dengan arah putaran dari barat ke timur. Papan solar cell akan berhenti jika east limit switch tersentuh. Untuk menghasilkan sistem seperti yang disebut diatas, maka rangkaian blok diagram solar tracker dibuat seperti gambar dibawah ini. DRIVER L293D
LDR 1 LDR 2
MOTOR DC
Mikrokon troler
SOLAR CELL Gambar 2.1 Blok Diagram Solar Cell
Blok diagram diatas merupakan diagram sistem konfirugasi input atau output dan proses input dari sistem adalah arah matahari dan intensitas cahaya matahari. Sensor merupakan input sistem yaitu sensor cahaya atau umumnya sering disebut LDR. Input diproses oleh sebuah mikrocontroller yaitu proses perbandingan data kedua sensor. Untuk memperoleh selisih sehingga dapat dilakukan pengaturan sudut atau arah agar panel mendapatkan energi maksimum sesuai dengan pancaran cahaya matahari.
Gambar 2.2 Blok Unit Drive West
Output sistem digerakkan oleh sebuah motor DC yang dikendalikan oleh sebuah penguat tegangan yaitu driver L293D. Display akan menampilkan tegangan yang dihasilkan oleh solar cell sehingga dapat dipantau secara real time. Untuk menghasilkan sistem seperti yang disebutkan diatas, rangkaian solar tracker yang dibuat terdiri dari 2 unit, yaitu: 5
1. Unit untuk drive West. Berfungsi untuk mengatur putaran motor yang menggerakkan papan solar cell ke arah barat. Gambar 2.2 menunjukkan blok unit drive west. Jika LDR1 (west) menerima intensitas cahaya yang lebih kecil daripada LDR2 (east), maka comparator akan mengeluarkan sinyal untuk mengaktifkan indicator-1 dan relay-1. Jika relay-1 aktif, maka kontak poin pada relay-1 akan mengaktifkan motor.selanjutnya motor akan menggerakkan papan solar cell ke arah barat. Jika relay-1 aktif, maka sistem harus menjaga agar motor tidak bergerak kearah sebaliknya. 2. Unit untuk drive East. Berfungsi untuk mengatur putaran motor yang menggerakkan papan solar cell ke arah timur. Gambar 2.3 menunjukkan blok unit drive east.
Gambar 2.3 Blok Unit drive East
Jika LDR 1 (west) menerima intensitas cahaya yang lebih besar daripada LDR 2 (east), maka comparator akan mengeluarkan sinyal untuk mengaktifkan indicator-2 dan relay-2. Jika relay-2 aktif, maka kontak poin pada relay-2 akan mengaktifkan motor. Selanjutnya motor akan menggerakkan papan solar cell kearah timur. Jika relay-2 aktif, maka sistem harus menjaga agar motor tidak bergerak kearah sebaliknya. 2.4.2
Perancangan Rangkaian Kendali Rancangan rangkaian yaitu pengendali alat penjejak matahari untuk keperluan pembangkit listrik tenaga matahri adalah rancangan rangkaian eletronik yang digunakan adalah sebagai berikut : 1. Sensor Sensor yang digunakan pada rancangan ini adalah sensor peka cahaya atau disebut tahan peka cahaya (LDR). Komponen tersebut adalah sebuah komponen yang bersifat tahanan variabel dimana besar tahanan komponen tersebut tergantung pada kuat intensitas cahaya. Pada umumnya makin kuat cahaya infra merah makin kecil tahanan dari
6
resistor tersebut dan sebaliknya makin sedikit intensitas cahaya makin besar tahan resistornya. Pada rancangan ini sensor LDR digunakan untuk membedakan kuat cahaya pada dua arah mata angin yaitu timur dengan barat. Dengan menggunakan dua buah sensor cahaya tersebut dapat dibandingkan sudut pancaran cahaya. Output sensor dihubungkan pada masukan controller, dimana tahanan peka cahaya (LDR) digandengkan dengan satu tahanan tetap sehingga membentuk resistor pembagi tegangan. Dengan demikian output rangkaian berupa besaran tegangan yang bergantung pada intensitas cahay. Controller membaca tegangan kedua sensor dan membandingkannya. Untuk mencari R yang berguna untuk pergerakan motor. 2. Controller Controller yang digunakan adalah salah satu tipe AVR dengan tiga buah volt I/O. Controller diprogram dengan bahasa c yaitu versi 2.049. Controller berfungsi mengendalikan motor searah pancaran sinar matahari yaitu dengan membaca sensor cahaya kemudian membandingkannya untuk mendapat selisih atau error dan digunakan untuk menggerakkan motor atau panel. Output controller adalah penguat arus L293D, controller membaca sensor pada port C yaitu masukan analog controller sedangkan output untuk menggerakkan motor diprogam pada port B yaitu port B.0 dan B.1. Pada saat tegangan sensor bagian timur lebih kecil dari bagian barat controller akan menggerakkan motor dan panel kearah barat hingga posisi seimbang yaitu sensor timur sama dengan sensor barat. Selain menggerakkan motor, controller juga akan menampilkan tegangan dari panel surya. 3.
Penguat arus (Driver) Merupakan sebuah rangkaian yang berfungsi menguatkan arus dan menggerakkan motor. Penguat yang digunakan adalah jenis penguat jembatan H yaitu IC L293D. Keunggulan penguat jembatan H adalah dapat membalikkan arus motor sehingga motor dapat berbalik arah. Penguat tersebut mampu menguatkan arus 200 mA. Arah gerak dan arah ditentukan oleh microcontroller. Terdapat 2 masukan dari penguat ke motor untuk pengaturan on/off dan arah putaran.
4.
Motor Motor merupakan sebuah komponen yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Tipe motor yang digunakan adalah gear motor magnet permanent. Fungsi motor adalah untuk menggerakan panel ke posisi ke arah pancaran matahari, motor dikendalikan oleh controller melalui penguat arus. 7
5.
3
Panel Surya Panel surya merupakan komponen yang mengubah energi cahaya menjadi listrik energi. Energi listrik yang dihasilkan oleh sebuah panel bergantung pada kuat intensitas cahaya yang dihasilkan oleh sebuah panel surya yang digunakan adalah 6 volt per cell atau panel. Sedangkan daya keluaran maksimum adalah 20 watt per panel. METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Alat Alat ukur yang digunakan pada percobaan ini adalah termometer, anemometer, solar power meter, multitester digital, komputer. 3.2. Rancangan Bahan Pengujian Adapun bahan -bahan yang akan diadakan dalam perancangan ini adalah: 1. Panel Surya ( photovoltaik ) Modul sel surya atau biasa juga disebut photovoltaic ( panel PV ) merupakan komponen utama yang menghasilkan arus listrik yang kemudian akan disimpan ke battery atau aki. Panel surya yang digunakan jenis polycristallin 20 Wp berfungsi mengubah intensitas cahaya matahari menjadi energi listrik. 2. Charger Control Solar charger control digunakan sebagai pengatur arus listrik (Curent Regulator) baik terhadap arus yang masuk dari panel Solar Cell surya maupun arus yang masuk ke battery atau aki. Charger Control ini juga bekerja menjaga batrery dari pengisian yang berlebihan (Over Charger), ini mengatur tegangan dan arus yang masuk ke baterai. 3. Battery / Aki Battery atau Aki adalah alat yang berfungsi sebagai penyimpan arus sementara. Arus yang disimpan di battery hasil dari energi matahari yang dirubah menjadi energi listrik pada panel solar cell. Arus tersebut akan digunakan sebagai penggerak tracking sistem atau microcontroler yang digunakan. 4. Inverter DC to AC Inverter adalah perangkat elektronika yang dipergunakan untuk mengubah arus DC ( Direct Current ) menjadi arus AC (Alternating Current). Selain untuk merubah arus inverter juga digunakan untuk menyetabilkan output ( arus yang keluar). Sumber arus input inverter dapat menggunakan battery atau sel surya. 5. Tracking system Dalam pengujian ini digunakan microcontroler Atmega 8 yang berfungsi untuk mengoptimalisasikan intensitas cayaha pada solar cell
8
suurya dengan mengatur arah pergeerakan solarr cell surya menggikutii matahari. gambilan Daata ( Cara Kerja K ) 3.3. Proosedur Peng 1. Pengujian dilakukan di gedungg L lantai 5 Universsitas HKBP P M Noommensen Medan. 2. Paada pengujiaan ini mengggunakan 2 buah alat ukur u Termom meter digitall yaang di letakk kan di atas paanel surya untuk u menguukur suhu pada solar celll daan diletakkaan disampinng perangkatt pengujian untuk menngukur suhuu linngkungan. 3. Soolar power meter m diletaakkan disam mping panel surya, untukk mengukurr intensitas cahaaya mataharii. 4. Tiiga buah multitester m diigital dipasaang pada baagian outputt solar cell,, baattery, dan in nverter untukk mengukur tegangan yaang keluar. 5. Annemometer digital d diletaakkan 2 meteer dari panel surya untuuk mengukurr keecepatan ang gin sekitar. 6. Peengambilan data pada alat a ukur dillakukan 20 menit sekalli, pengujiann dimulai dari jaam 09.00 – 15.00 1 WIB selama s 3 harri pengujian.
Gambar 3.1. Skema peranngkat uji solarr cell
4 HAS SIL DAN PE EMBAHASA AN 4.1. Hassil Percobaan n 4.1.1. Raangkaian perangkat solaar cell dengaan tracking syystem
9
Dalam percobaan ini, dibuat rangkaian solar cell dengan system tracking yang mampu mengikuti arah pergerakan Matahari dari Timur ke Barat dimana permukaan solar cell selalu dalam keadaan tegak lurus dengan Matahari. Rangkaian ini dirangkai secara manual sesuai dengan spesifikasi percobaan yang diinginkan, sebagaimana diperlihatkan pada gambar 4.1. berikut ini.
Gambar 4.1. Rangkaian solar cell dengan tracking system
4.1.2 Data Hasil Percobaan Percobaan dilakukan dengan menggunakan solar cell 20 WP tanpa menggunakan tracking system selama tiga hari dan dengan menggunakan tracking system selama tiga hari, masing-masing dilakukan mulai pukul 09,00 – 15.00 WIB. Selang waktu pengambilan data dilakukan setiap interval 10 menit dengan peralatan yang ada, serta dilakukan dengan manual dengan melihat indikator dari instrumen dan mencatatnya dalam tabel hasil percobaan, serta memperlihatkannya dalam grafik hubungan antara nasing-masing variabel. Gambar 4.2 sampai gambar 4.7
10
memperlihatkan grafik hubungan antara variable-variabel hassil pengamatan dan perhitungan untuk pengujian sel surya 20 WP tanpa tracking. Intensitas vs Waktu Intensitas (W/m2)
1400 1200 1000 800 600
12-Jan-16
400
13-Jan-16
200
15-Jan-16
9:00 9:20 9:40 10:00 10:20 10:40 11:00 11:20 11:40 12:00 12:20 12:40 13:00 13:20 13:40 14:00 14:20 14:40 15:00
0
Waktu Gambar 4.2 Grafik intensitas dan waktu tgl 12, 13, 15 Januari 2016
Kecepatan Angin vs Intensitas 1400
Intensitas (W/m2)
1200 1000 800 12‐Jan‐16
600
13‐Jan‐16
400
15‐Jan‐16
200 0 0
1
2
3
4
5
6
Kecepatan Angin (m/s)
Gambar 4.3 Grafik intensitas & kecepatan angin tgl 12, 13, 15 Januari 2016
11
Intensitas vs Tegangan 14
Tegangan (Volt)
12 10 8
12‐Jan‐16 6
13‐Jan‐16
4
15‐Jan‐16
2 0 0
200
400
600
800
1000
1200
Intensitas Matahari (W/m2)
Gambar 4.4 Grafik pengaruh intensitas vs tegangan tgl 12, 13, 15 januari 2016
Tegangan vs Arus Yang Terjadi
1.4
Kuat Arus (A)
1.2 1 0.8 12‐Jan‐16 13‐Jan‐16 15‐Jan‐16
0.6 0.4 0.2 0 9
10
11
12
13
14
Tegangan (Volt)
Gambar 4.5 Grafik pengaruh tegangan terhadap kuat arus yang terjadi pada tgl 12, 13, 15 Januari 2016
12
Energi Masuk vs Daya Keluar Daya Keluar Pout (W)
16 14 12 10 8
12‐Jan‐16
6
13‐Jan‐16
4
15‐Jan‐16
2 0 0
50
100
150
200
Energi Masuk Pin (W)
Gambar 4.6 Grafik energi yang masuk (Pin) terhadap daya yang keluar (Pout) pada tgl 12, 13, 15 Januari 2016
Intensitas vs Efisiensi Efisiensi Panel Surya (%)
14.00 12.00 10.00 8.00 6.00
12‐Jan‐16
4.00
13‐Jan‐16
2.00
15‐Jan‐16
0.00 200
400
600
800
1000
1200
Intensitas matahari (W/m2)
Gambar 4.7 Grafik efisiensi panel surya terhadap intensitas pada tgl 12, 13, 15 Januari 2016
Dari data hasil pengujian sel surya 20 WP dengan menggunakan tracking system, diperoleh hubungan antara variabel-variabel hasil pengamatan dan perhitungan sebagaimana Gambar 4.8 sampai gambar 4.13 berikut ini.
13
Intensitas vs Waktu 1600
Intensitas Matahari (W/m2)
1400 1200 1000 800 600 400 200
15‐Feb‐16 9:00 9:20 9:40 10:00 10:20 10:40 11:00 11:20 11:40 12:00 12:20 12:40 13:00 13:20 13:40 14:00 14:20 14:40 15:00
0
16‐Feb‐16 18‐Feb‐16
Waktu (Pukul)
Gambar 4.8 Grafik intensitas dan waktu pada tgl 15, 16, 18 Februari 2016
Intensitas vs Kec. Angin Intensitas Matahari (W/m2)
1400 1200 1000 800 15‐Feb‐16 16‐Feb‐16 18‐Feb‐16
600 400 200 0 0.00
2.00
4.00
6.00
Kecepatan Angin (m/s)
Gambar 4.9 Grafik intensitas & kecepatan angin tgl 15, 16, 18 Februari 2016
14
Intensitas vs Tegangan 14.00
Tegangan (Volt)
12.00 10.00 8.00 15‐Feb‐ 16 16‐Feb‐ 16
6.00 4.00 2.00 0.00 0
500
1000
1500
Intensitas Matahari (W/m2)
Gambar 4.10 Grafik pengaruh intensitas terhadap tegangan pada panel surya pada tgl 15, 16, 18 Februari 2016
Tegangan vs Arus Yang Terjadi Arus Yang Terjadi (A)
1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6
15‐Feb‐18
0.4
16‐Feb‐16
0.2
18‐Feb‐16
0.0 9.00
10.00
11.00
12.00
13.00
14.00
Tegangan (Volt)
Gambar 4.11 Grafik pengaruh tegangan terhadap kuat arus yang terjadi pada tgl 15, 16, 18 Februari 2016
15
Energi Masuk vs Daya Keluar Daya Keluar Pout (Watt)
20 15 10 15‐Feb‐16 5
16‐Feb‐16 18‐Feb‐16
0 0
50
100
150
200
Energi Masuk Pin (Watt)
Gambar 4.12 Grafik energi yang masuk (Pin) terhadap daya yang keluar (Pout) pada tgl 12, 13, 15 Januari 2016
Intensitas vs Efisiensi Efisiensi Panel Surya (%)
16.00 14.00 12.00 10.00 8.00 6.00
15‐Feb‐16
4.00
16‐Feb‐16
2.00
18‐Feb‐16
0.00 0
500
1000
1500
Intensitas Matahari (W/m2)
Gambar 4.13 Grafik efisiensi panel surya terhadap intensitas pada tgl 12, 13, 15 Januari 2016
16
4.2 PEMBAHASAN Hasil penelitian panel surya 20 WP tanpa tracking system selama tiga hari, diperoleh besarnya energi yang diserap panel surya hari pertama sebesar 93,69 watt dengan daya keluaran sebesar 8,93 watt, sehinggga efisiensi alat sebesar 9,72%. Pada hari kedua diperoleh besarnya energi yang diserap panel surya sebesar 100,86 watt dengan daya keluaran sebesar 9,24 watt, sehinggga efisiensi alat sebesar 9,29 %. Selanjutnya pada hari yang ketiga diperoleh besarnya energi yang diserap panel surya sebesar 93,62 watt dengan daya keluaran sebesar 8,9 watt, sehinggga efisiensi alat sebesar 9,67 %. Jika dilihat dari data maka efisiensi yang terbesar dihasilkan pada hari perttama, walaupun instensitas sinar matahari pada hari pertama lebih rendah dibandingkan dengan instensitas sinar matahari pada hari kedua. Hal ini dapat terjadi disebabkan kecepatan angin rata-rata pada hari kedua lebih cepat jika dibandingkan dengan kecepatan angin rata-rata pada hari pertama. Hasil penelitian panel surya 20 WP dengan tracking system selama tiga hari, diperoleh besarnya energi yang diserap panel surya hari pertama sebesar 80,58 watt dengan daya keluaran sebesar 6,58 watt, sehinggga efisiensi alat sebesar 8,3%. Pada hari kedua diperoleh besarnya energi yang diserap panel surya sebesar 86,61 watt dengan daya keluaran sebesar 7,85 watt, sehinggga efisiensi alat sebesar 9,21 %. Selanjutnya pada hari yang ketiga diperoleh besarnya energi yang diserap panel surya sebesar 88,31 watt dengan daya keluaran sebesar 8,47 watt, sehinggga efisiensi alat sebesar 9,35 %. Jika dilihat dari data maka efisiensi yang terbesar dihasilkan pada hari ketiga dengan instensitas sinar matahari yang tertinggi dibandingkan dua hari lainnya. Jika dilihat rata rata efiensi pemakaian panel surya tanpa menggunakan tracking system adalah sebesar 8,95% dan dengan menggunakan tracking system adalah sebesar 9,56 %. Data ini memperlihatkan bahwa penggunaan tracking system pada panel surya 20 WP akan meningkatkan efiisiensi peralatan sebesar 0,61%. Peningkatan ini dari segi angka cukup kecil. Namun dari segi efisiensi peralatan penukar kalor sudah cukup baik. Peningkatan ini bisa terjadi disebabkan dengan tracking system, peralatan dapat tterus mengikuti arah pergerakan sinar matahari tegak lurus dengan permukaan panel surya untuk setiap saat. 5. KESIMPULAN Dari hasil pengujian panel surya 20 WP dengan dan tanpa menggunakan tracking system dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Tracking system tegak lurus dengan arah datangnya sinar matahari, sehingga intensitas yang dapat diterima solar cell lebih maksimal dibandingkan dengan tanpa menggunakan tracking system. Rata-rata energi yang diserap solar cell 20 WP tanpa menggunakan tracking system 85,17 W. Rata-rata energy yang diserap solar cell 20 WP dengan menggunakan tracking system 96,06 W.
17
2. Penggunaan tracking system dalam meningkatkan kinerja solar cell 20 WP cukup signifikan dibandingkan jika tanpa tracking system. Hal ini terlihat pada arus dan tegangan keluaran dari panel Surya dengan menggunakan tracking system lebih tinggi jika dibandingkan tanpa tracking system. 3. Dalam penggujian solar cell ini, energi yang diperoleh yang sangat tergantung pada kondisi cuaca yang cerah. 4. Rata rata efisiensi solar cell yang tidak menggunakan tracking system adalah sebesar 8,95% dan dengan menggunakan tracking system meningkat menjadi 9,56%. DAFTAR PUSTAKA Shepperd,L & Richards, E. Solar Photovoltaics for Development Applications.Florida Solar Energy Center Available at http://www.fsec.ucf.edu/~pv/ U.S. Department of Energy Photovoltaics Program (1998). Turning Sunlight Into Electricity History: The PV Effect http://www.eren.doe.gov/pv/text_frameset.html Centre for Alternative Technology, Machynlleth. History of photovoltaic cells (PV). http://www.cat.org.uk/ Solarex Pty. Ltd. http://www.solarex.com// Zahedi, A (1998). Solar photovoltaic energy system: Design and use. The New World Publishing. Department of Primary Industries and Energy (DPIE) (1993). Rural and remote area power supplies for Australia. Australian Government Publishing Service Tony, van Roon. 741 Op-amp tutorial. http://www.opamp.com.htm// Wahyudi, Purnomo. Rangkaian Elektronika 2. Politeknik Manufaktur Bandung Dick Smith Electronics. Data Sheet Cat : Z 4801. Paul, Hatfield. Low Cost Solar Tracker. Curtin Department Of Electrical and Computer Engineering. J.P. Holman, Perpindahan Kalor Edisi keenam; Penerbit Erlangga, Jakarta 1995. M. Thirugnanasambandam, S. Iniyan, dan R. Goic, A review of solar thermal technologies, Renewable and Sustainable Energi Reviews 14 (2010) 312-322. Kementerian Negara Riset dan Teknologi Republik Indonesia, ”Buku Putih Penelitian, Pengembangan dan Penerapan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Bidang Sumber Energi Baru dan
18
Terbarukan untuk Mendukung Keamanan Ketersediaan Energi Tahun 2025, Jakarta 2006. M. Rumbayan, A. Abudureyimu, dan K. Nagasaka, Mapping of solar energi potential in Indonesia using artificial neural network and geographical information system, Renewable and Sustainable Energi Reviews 16 (2012) 1437 - 1449. H. Ambarita, Karakteristik Energi Surya Kota Medan Sebagai Sumber Energi Siklus Refrigerasi Untuk Pengkondisian Udara (AC), Prosiding Seminar Nasional Sains & Teknologi dan Pameran Mendukung MP3EI, Aula FT. USU, 23 Nopember 2012. Donald R. Pitts, Leighton E. Sissom, Perpindahan kalor; Penerbit Erlangga,Jakarta 1987.
19
