PEMANFAATAN SEL SURYA SEBAGAI CATU DAYA SISTEM PENDINGIN MEKANIS PADA KAPAL IKAN Oleh : Ir. Sardono Sarwito, M.Sc 2), Eddy Setyo K, ST, MSc 2), Rahadian Muda S1) 1) Mahasiswa: Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, FTK-ITS 2) Staf Pengajar: Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, FTK-ITS ABSTRAK Sumber energy terbesar yang selama ini tidak di sadari adalah energy matahari. Matahari menyediakan energi sekitar 100.000 terawatt ke bumi yang sekitar 10.000 kali lebih banyak dari pada energi yang dikonsumsi bumi saat ini. Pada tugas akhir ini di analisa pemakaian solar cell pada kapal ikan yang dimanfaatkan untuk supplay daya dari compressor yang di gunakan untuk system pendingin ruang muat kapal di KM. Samodra-46. Berdasarkan perhitungan data kapal diperolehlah 36 buah solar modul yang dapat mensupply daya selama 10 jam (07.00 – 17.00) dan dengan 2 buah battery untuk supply daya selama satu jam. Daya tersebut untuk mengatasi daya compressor sebesar 5.700 Watt dari total beban 21.763 Watt. Pemakaian solarcell ini akan mengurangi pembebanan generator sebesar 26,19%. Diharapkan pemakaian energy matahari ini dapat mengurangi pemakaian minyak bakar dari fossil dan dapat menghemat biaya operasional kapal. Keyword : Sel surya, system pendingin mekanis, kapal ikan Sedangkan sumber energy yang berasal dari nuklir masih harus ditunjau lebih jauh lagi tentang dampak dari limbah radioaktifnya. Baik itu tentang tempat pembuangannya yang harus aman untuk jangka waktu tidak ditentukan maupun kemasan untuk membuang limbah radioaktif ini harus benar-benar aman. (Kadir, 1995) Sumber energy yang dapat diperbaharui bersal dari energy-energi alam yang jumlahnya bisa dikatakan tidak dapat habis karena selalu terjadi, atau bisa juga berasal dari sumberdaya alam yang dapat diperbaharui contohnya saja dari tumbuh-tumbuhan yang diolah menjadi bahan bakar. Pemanfaatan sumber energy secara tepat kiranya dapat meningkatkan kesejahteraan masyarakan secara umum. Melihat letak Indonesia yang berada pada daerah khatulistiwa yaitu pada lintang 60 LU - 110 LS dan 950 BT – 1410 BT, dan dengan memperhatikan peredaran matahari dalam setahun yang berada pada daerah 23,50 LU dan 23,50 LS maka wilayah Indonesia akan selalu disinari matahari selama 10 – 12 jam dalam sehari. Hal ini tentu saja merupakan sebuah anugarah karena sinar matahari ini dapat di manfaatkan sebagai sumber energi alternatif dan sumber energi ini bisa dikatakan tidak akan pernah habis, tidak bersifat polusif, dan gratis. (NN, 1994)
1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dewasa ini, energy listrik sudah merupakan suatu kebutuhan primer hampir seluruh umat manusia. Energy listrik sangat berperan penting dalam menjalankan kegiatan perekonomian. Sumber energy listrik ini dapat dihasilkan dari pelbagai macam sumber energy yang ada. Secara garis besarnya energy dibagi menjadi dua macam, yaitu energy yang dapat di perbaharui dan energy yang tidak dapat diperbaharui. Sumber energy yang tidak dapat diperbaharui antara lain berasal dari fossil dan nuklir, sedangkan sumber energy yang dapat diperbaharui antara lain berasal dari panas bumi, gelombang laut, air terjun, angin, energy matahari, dan lain sebagainya. Sumber energy yang tidak dapat diperbaharui, khususnya sumber energy yang berasal dari fossil lambat laun akan di tinggalkan karena semakin lama harga sumber energy tersebut semakin mahal dikarenakan sumber energy ini semakin berkurang jumlahnya. Dampak penggunaan energy yang berasal dari fossil ini terhadap polusi udara juga mendorong orang untuk beralih dari penggunaan batu-bara menjadi menggunakan minyak bumi, kemudian karena minyak bumi dirasa masih menimbulkan polusi udara, maka pada awal 1950an orang mulai untuk memanfaatkan gas alam sebagai sumber energy yang berasal dari fossil.
1
3. Mengetahui penghematan daya yang terjadi setelah menggunakan solar cell.
1.2 Perumusan Masalah Permasalahan yang timbul adalah: 1. Jumlah solar modul yang bisa dipasang pada top deck. 2. Besarnya beban pendingin yang bisa di supply solar modul. 3. Penghematan energi setelah menggunakan solar sistem.
I.5 Manfaat Tugas Akhir Manfaat yang diharapkan dapat diperoleh dari penulisan Tugas Akhir ini antara lain : 1. Mengurangi penggunaan bahan bakar non reversible. 2. Mengurangi biaya operasional kapal ikan berpendingin mekanis. 3. Mengurangi beban dari generator yang telah terpasang di kapal.
1.3 Batasan Masalah Batasan-batasan permasalahan penulisan tugas akhir ini adalah: 1. Kapal yang digunakan objek penelitian adalah kapal penangkap ikan dengan sistem pendingin mekanis pada ruang muatnya. 2. Analisa penggunaan daya hanya pada alatalat sistem pendingin mekanis ruang muat kapal ikan.
2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengaruh intensitas radiasi matahari Dalam hubungan geometris dari matahari-bumi, jarak ekstretiknya dari lintasan bumi adalah jarak dari matahari dan bumi dengan variasi 1,7 %. Dari hasil pengukuran astronomi didapat jarak rata-rata bumi dan
matahari adalah 1,495x 1011m dangan sudut kecenderungan matahari 32°. Radiasi intensitas matahari hamper konstan di luar atmosfir bumi. Konstanta matahari Gsc, adalah energy dari matahari per unit waktu yang diterima pada satu unit luasan permukaan yang tegak lurus arah radiasi matahari pada jarak rata-rata matahari-
1.4 Tujuan Penulisan Adapun tujuan dari tugas akhir ini adalah : 1. Menentukan jumlah solar cell yang bisa dipasang pada kapal. 2. Memperoleh besarnya daya yang dihasilkan dari pemasangan solar cell.
2
bumi diluar atmosfer. WRC-world radiation center mengambil nilai konstanta matahari (Gsc) sebesar 1367 W/m2 dengan ketidak pastian sebesar 1 %. Pengaruh intensitas matahari terhadap daya yang di keluarkan oleh sel surya menunjukkan bahwa tegangan tidak terlalu terpengaruh oleh radiasi matahari. Hanya intensitas radiasi yang terlalu rendah saja yang akan mempengaruhi tegangan.
volta yang merupakan nama ahli fisika dari Italia yang menemukan tegangan listrik. Sehingga secara bahasa dapat diartikan sebagai cahaya dan listrik photovoltaic. (Yuliarto, 2006)
2.2 Komponen energy surya fotovoltaik Untuk membangun suatu sistem energy surya fotovoltaik yang dapat beroperasi dengan baik maka diperlukan beberapa komponen-komponen penyusun utama antara lain: 1. 2. 3. 4.
Sel surya Universal charge controller (UCC) Inverter battery
2.3 Prinsip kerja sel surya fotovoltaik Sell surya atau dalam dunia internasional lebih dikenal sebagai solar cell atau photovoltaic cell, merupakan sebuah divais semikonduktor yang memiliki permukaan yang luas dan terdiri dari rangkaian dioda tipe p dan n, yang mampu merubah energi sinar matahari menjadi energi listrik. (Yuliarto, 2006). Sel surya disusun dengan menggabungkan silikon jenis p dan jenis n. silicon jenis p adalah silicon yang bersifat positif akibat dari kekurangan electron sedangkan silicon jenis n adalah silicon yang bersifat negative akibat dari kelebihan electron ketika menerima (dikenai) radiasi surya (berupa foton) pada keduanya (silicon jenis p dan n) terbentuk positif (hole) dan negative (electron). Hal ini menyebabkan terciptanya pengkutuban (polarisasi) dimana hole bergerak menuju silicon jenis n. dengan menyambungkan kedua jenis silicon (jenis p dan jenis n) melalui suatu penghantar luar maka terjadi beda potensial antara keduanya dan mengalirkan arus searah. Ilustrasi ini disajikan pada gambar 2.1 (abu bakar dkk, 2006)
Gambar 2.1 Prinsip kerja sel fotovoltaik. 2.4 Jenis sel surya Secara komersial jenis sel surya dapat dibedakan menjadi tiga berdasarkan jenis solar cell yang digunakan yaitu 1. Modul sel mono-crystalline mempunyai effisiensi sel tertinggi sekitar 17% sel ini didapat dari Kristal mono crystalline silicon. 2. Modul sel multi-crystalline diproduksi dengan biaya yang murah tetapi sel ini mempunyai efisiensi sekitar 15%. Sel multi –crystalline di peroleh dari batang logam multi-crystalline silikondan biasanya dalam keadaan bujur sangkar. 3. Modul amorphous silicon dibuat dari film tipis amorphous silicon dimana efisiensinya sangat rendah sekitar 5%7% tetapi proses pembuatannya membutuhkan sedikit material. Potensi untuk pengurangan biaya adalah hal utama untuk jenis ini dan banyak penelitian telah dilakukan tahun terakhir ini untuk mengembangkan teknologi amorphous silicon. Tidak seperti mono dan multi- crystalline, dengan amorphous silicon terbentuk tingkatan sepanjang waktu.
Pengertian photovoltaic sendiri merupakan proses merubah cahaya menjadi energi listrik. Oleh karena itu bidang penelitian yang berkenaan dengan energi surya ini sering juga dikenal dengan penelitian photovoltaic. Kata photovoltaic berasal dari bahasa Yunani photos yang berarti cahaya dan
3
2.5 Sistem tenaga surya fotovoltaik Sistem tenaga surya fotovoltaik yang umum dipakai untuk penerangan adalah sistem individu atau yang lebih sering dikenal dengan nama solar home sistem (SHS).
2.7 Kapasitas fotovoltaik yang dibutuhkan Untuk menghitung kapasitas daya fotovoltaik yang dibutuhkan, akan sangat tergantung dari energi beban yang dibutuhkan dan radiasi matahari harian yang tersedia di lokasi. Menurut SNI 04-6394-2000, didefinisikan bahwa energi yang harus dikeluarkan oleh modul fotovoltaik
DC Load
Solar Module
Charge controller
battery
Inverter
AC Load
Gambar 2.2 diagram blok sistem solar modul Untuk memenuhi energi yang dibutuhkan oleh beban maka energi luaran harian rangkaian ratarata harus ditambahkan energi yang hilang dalam sistem sebesar 25 % dari energi luaran harian rata-rata.
Dari gambar 2.2 dijelakan bahwa Energi sinar matahari yang dikonversi menjadi energi listrik oleh modul akan disalurkan ke charger control untuk mengatur pengisian energi listrik pada battery. Dari chargercontroller ini bisa juga langsung di gunakan untuk beban DC atau langsung masuk ke inverter untuk dirubah menjadi arus AC. Selanjutnya Energi listrik yang dihasilkan battery akan dikonversi oleh inverter dari arus searah (DC) menjadi arus bolak-balik (AC) sehingga dapat dimanfaatkan pada beban. Kondisi meteorologi yang paling dominan dalam mendesain sistem SHS adalah besarnya radiasi harian (Wh/m2 hari), serta temperatur sekeliling, sedangkan kelembaban dan kecepatan angin tidak terlalu banyak berpengaruh. (abu bakar dkk, 2006)
2.8 Kinerja sel surya Keterbatasan penyinaran matahari yang tidak selalu bersinar terang seiap hari dapat diatasi dengan menggunakan baterai. Sehingga nantinya energi listrik yang dihasilkan oleh sel surya dapat disimpan dalam beterai dan digunakan untuk kebutuhan di malam hari. Dari hasil penelitian yang dilakukan mendapatkan data bahwa sel surya menghasilkan arus listrik paling kuat untuk suplai pada jam 12 – 13 siang dengan sudut kemiringan optimum sebesar 15o. (ari, 2008 ) 2.9 Aplikasi sel surya di bidang kelautan
2.6 Kapasitas baterai Untuk menjamin sistem supaya dapat beroperasi dengan baik dan sesuai dengan kebutuhan beban, perlu diperhitungkan keadaan cuaca tanpa sinar matahari (autonomi days) yang umumnya dihitung selama 5 hari. Untuk menghitung kapasistas baterai digunakan rumus sebagai berikut:
Pada beberapa abad ini persediaan minyak bumi sebagai sumber energy utama dunia telah menipis seiring dengan banyaknya kebutuhan minyak bumi untuk kegiatan – kegiatan roda perekonomian maupun untuk kegiatan – kegiatan yang lain. Oleh karena itu pada zaman sekarang ini pemanfaatan energy sinar matahari sebagai sumber energy alternative telah banyak digunakan di seluruh dunia antara lain:
Dimana: EB = energi yang dibutuhkan beban dalam sehari (W- jam) V = tegangan kerja baterai = 12 Volt d = jumlah hari tanpa radiasi/tahun = 5 Kb = efisiensi charging dan discharging baterai = 0.8
1.
2.
4
Penggunaan sel surya pada kapal supertanker. (www.solarsailor.com, www.cool-ship.org) Solar boat.(www.solarnavigator.net)
3.
Japan's First Solar Cargo Ship Sets Sail (www.celsias.com)
Gambar 2.3 Sel surya pada supertanker (www.cool-ship.org)
dengan peralatan pengisian battery otomatis dan tranfer switching antara shore-power dan battery. Prinsip kerja inverter dapat dijelaskan dengan menggunakan 4 sakelar seperti ditunjukkan pada Gambar 2.10. Bila sakelar S1 dan S2 dalam kondisi on maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kiri ke kanan, jika yang hidup adalah sakelar S3 dan S4 maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kanan ke kiri. Inverter dapat diklasifikasikan menjadi 2 macam : (1) inverter 1 fasa, (2) inverter 3 fasa. Inverter biasanya menggunakan rangkaian modulasi lebar pulsa (pulse width modulation – PWM). Inverter juga dapat dibedakan dengan cara pengaturan tegangannya, yaitu: (1) jika yang diatur tegangan input konstan disebut Voltage Fed Inverter (VFI), (2) jika yang diatur arus input konstan disebut Current Fed Inverter (CFI), dan (3) jika tegangan input yang diatur disebut Variable dc linked inverter.
kapal
2.10 Universal charger control (UCC) Fungsi dari control ini adalah untuk mengontrol aliran arus dari susunan modul fotovoltaik ke pengisian baterai dan melindungi baterai dari tingkat pengisian yang diperbolehkan, mencegah dari kejadian pengisian berlebihan ataupun kekurangan. Karena ini akan mengakibatkan kerusakan pada baterai, selanjutnya karakteristik bisa menurun, ini berarti memperpendek umur baterai. Sekarang banyak sekali sistem control yang ampuh, mampu mengontrol fungsi control sistem secara keseluruhan. (abu bakar dkk, 2006)
2.11 Inverter Inverter digunakan untuk mengubah tegangan input DC menjadi tegangan AC. Keluaran inverter dapat berupa tegangan yang dapat diatur dan tegangan yang tetap. Sumber tegangan input inverter dapat menggunakan battery, cell bahan bakar, tenaga surya, atau sumber tegangan DC yang lain. Tegangan output yang biasa dihasilkan adalah 120 V 60 Hz, 220 V 50 Hz, 115 V 400 Hz. Pada prinsipnya, fotovoltaik menghasilkan arus DC. Bila arus yang dibutuhkan arus AC, maka dapat dipenuhi dengan memasang suatu alat pengubah, peralatan elektronik yang bekerja sangat efisien, disebut "inverter". (abu bakar dkk, 2006) Dalam pemilihan suatu inverter atau generator, pertama kali tentukan seberapa daya AC yang dipakai. Modern inverter dapat menyuplai daya AC yang bersih, teratur (regulated), pada semua peralatan AC bersamaan
Gambar 2.4 skema sederhana Inverter. Rangkaian ini adalah prinsip dari inverter : Bila posisi sakelar yang On : 1. S1 dan S2 + VDC 2. S3 dan S4 - VDC 3. S1 dan S3 0 4. S2 dan S4 0 Jika posisi sakelar ada pada posisi 1, maka R akan dialiri listrik dari arah kiri ke kanan. Jika sakelar pada posisi ke dua, maka R akan mendapatkan aliran listrik dari arah kanan ke kiri, inilah prinsip arus bolak balik (AC) pada satu perioda yang merupakan gelombang sinus
5
setengah gelombang pertama pada posisi positif dan setengah gelombang kedua pada posisi negatif.
yang akan dipergunakan untuk penempatan solar modul. Juga mempertimbangkan berat dari solar modul, dan menganalisa daya yang dihasilkan dari pemasangan solar modul tersebut.
2.12 Battery Battery merupakan sumber listrik yang diperoleh melalui suatu proses kimia, untuk mendapatkan energy listrik dengan waktu yang lama, maka dibutuhkan pelat positif dan pelat negative cukup banyak. Pelat positif dan pelat negatif disusun berkelompok, kemudian dirapatkan satu sama lain dan tidak mengadakan hubungan satu terhadap yang lain. Pembuatan pelat positif dan pelat negative terdiri dari suatu rangka yang dibuat bahan campuran timah dan antimon. Rangka itu mempunyai rusuk-rusuk yang berbentuk segi empat miring. Campuran timah untuk pelat positif dan campuran oksida timah dengan loodlight untuk pelat negative dapat menempel pada rangka pelat dengan baik.
MULAI
STUDI LITERATUR
- SISTEM PENDINGIN MEKANIS KAPAL IKAN - SISTEM KELISTRIKAN KAPAL - SISTEM SOLAR CELL
- BUKU -INTERNET -JURNAL, DLL
PENGUMPULAN DATA AWAL: - DATA KAPAL YANG DIJADIKAN OBJEK PENELITIAN - DATA KEBUTUHAN DAYA UNTUK SISTEM PENDINGIN MEKANIS RUANG MUAT KAPAL IKAN
PERHITUNGAN SISTEM SOLAR CELL
3. METODOLOGI Langkah-langkah pengerjaan skripsi ini secara lengkap dijabarkan dalam metodologi penulisan dan diagram alir sebagai berikut:
PERANCANGAN PENEMPATAN SOLAR CELL
3.1 Studi Literatur Pengumpulan bahan referensi penunjang yang dapat membantu penulis melalui jurnal, paper, tugas akhir, buku-buku, email, dan e-book tentang: 1. Sistem pendingin mekanis ruang muat kapal ikan, 2. Sistem kelistrikan kapal, 3. Konversi energy sinar matahari, 4. Sel surya, 5. Battery, dan materi lain yang mendukung.
PERENCANAAN KAPASITAS BATTERY
YA
TERSEDIA DAYA UNTUK PENGISIAN BATTERY
TIDAK
ANALISA HASIL
KESIMPULAN DAN SARAN
SELESAI
3.2 Pengumpulan Data Awal Mencari data-data kapal, yaitu kapal ikan 40. Data-data tersebut berupa: - ukuran utama kapal - gambar rencana umum kapal - perancangan listrik kapal - kebutuhan daya kompressor
Gambar 3.1 Flowchart metodologi Tugas Akhir. 3.4 Perancangan Penempatan Solar Cell Selanjutnya adalah penggambaran penempatan solar modul pada deck kapal dengan mempertimbangkan deck mana saja yang tidak mengganngu proses penangkapan ikan dan juga sudut kemiringan dari solar modul agar dapat
3.3 Perhitungan Sistem Solar Cell Pada tahap ini, dilakukan pemilihan solar modul yang mempertimbangkan luasan deck
6
memperoleh efisiensi solar modul yang maksimal.
- Merk : YANMAR - Type / model : 4 CH - LN - HP/RPM : 78 HP(58KW)/ 2.000 RPM - No of cylinder : 4 cylinder
3.5 Tersedia Daya Untuk Pengisian Battery Melakukan proses pemilihan battery dengan mempertimbangkan daya yang dihasilkan solar modul, berat, ukuran, dan kapasitas agar mendapatkan hasil yang optimal. Dan dilanjutkan dengan merancang sistem battery dan penempatan battery dengan mempertimbangkan aturan-aturan yang berlaku.
4.2 Kebutuhan Daya Sistem Pendingin Kebutuhan daya untuk sistem pendingin ruang muat kapal ikan didapatkan langsung dari peralatan yang telah terpasang di kapal ikan tersebut. Kebutuhan daya terbesar terdapat pada kompressor. Sehingga dalam tugas akhir ini, daya yang akan di supply oleh solar cell adalah daya dari kompressor saja. Pada pengamatan di KM. Samodra-46, di ketahui kompressoryang digunakan adalah ”bitzer” dengan daya motor dari kompressor adalah sebesar 5,7 kW.
3.6 Analisa Hasil Menganalisa seberapa besar penghematan yang didapatkan setelah di pasangnya solar modul, baik dari segi penghematan daya dan penghematan bahan bakar.
4.3 Perancangan Sistem Solar Cell Sistem solar cell pada tugas akhir ini dirancang untuk dapat mensupply daya kompressor pendingin ruang muat yang terdapat di kapal ikan. Solar modul ini kan digunakan selama 10 jam pada siang hari antara pukul 07.00-17.00 dan juga untuk mengisi battery yang di gunakan untuk supply daya kompressor. Dari kebutuhan daya yang ada dan spek daya yang dihasilkan modul, maka kita bisa menentukan banyaknya jumlah solar modul minimal yang harus dipasangkan di kapal dengan cara : Dari data kapal KM.Samodra-46, kita bisa mementukan luasan deck atas kapal yaitu : Luas Kapal yang dapat di pasang solarcell : A Deck = 48744000 mm2 = 48,74 m2 Menentukan intensitas matahari setempat. Dalam hal ini intensitas matahari di dapatkan dari Tugas Akhir Agus Setyo Wicaksono – Teknik Elektro,ITS Surabaya dengan judul: “Perancangan Photovolic inverter terintegrasi sistem distribusi 1 phasa menggunakan max,power point tracker (MPPT) dengan metode look-up table interpolar” dapat dilihat pada tabel 4.1.
3.7 Kesimpulan dan Saran Menarik kesimpulan dari proses yang telah dilakukan di atas. Memberikan masukan agar penelitan selanjutnya tentang solar cell dapat lebih baik lagi.
4. ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Kapal Berikut merupakan data-data utama dari kapal ikan KM. Samodra-46 milik PT. Perikanan Nusantara yang dipakai sebagai penulisan tugas akhir ini: General specifications: - Name of vessel : KM. SAMODRA - 46 - Length [LOA] : 20.00 meters - Length [Lpp] : 14.90 meters - Breadth [B] : 4.50 meters - Depth [D] : 2.20 meters - Draught [T] : 1.60 meters - Gross tonnage : 40 GT - Speed [max] : 10 knots - Complement : 15 persons - Main Engine : - Merk : YANMAR - Type / model : 6 HA - HTE 3 - HP/RPM : 270 HP(201KW)/ 2.100 RPM - No of cylinder : 6 cylinder - Auxilary engine :
Sehingga rata-rata intensitas matahari yang ada : Jumlah intensitas rata-rata = 7680.95 watt/m2 Jumlah percobaan =9
7
Daya yang dapat dihasilkan dari pemasangan solarcell dengan asumsi intensitas matahari di daerah surabaya adalah : Daya modul = 184,17 W Jumlah modul = 36 Daya total = daya modul x juml.modul = 184,17 x 36 = 6630.258 Watt ≈ 6630.26 Watt Untuk perhitungan solar modul yang lain dapat dilihat pada tabel 4.2. Dari perhitungan tabel 4.2, maka merk solarmodul yang digunakan adalah Kyocera KD185GX-LPU. Karena menghasilkan daya yang paling besar diantara solar modul yang lainnya. ;Modul yang dipilih adalah Kyocera KD185GX-LPU dengan spesifikasi: Power peak : 185 Watt. Efisiensi : 16,3 %. Tegangan modul(max) : 23,6 V. Arus modul(max) : 7,84 A. Dimensi : p x l x t (1.338x990x46) mm.
Sehingga daya matahari yang dapat di serap oleh solar modul di daerah surabaya dan sekitarnya maksimal adalah 853,4 watt/m2. Untuk modul solarcell Kyocera, KD185GX-LPU banyaknya daya per-modul yang dihasilkan dengan intensitas matahari rata-rata adalah: Ukuran modul Kyocera KD185GX-LPU: P = 133,8 mm L = 990 mm A =PxL = 133,8 x 990 = 1324620 mm2 = 1,32 m2
Dari perhitungan jumlah modul solar cell didapatkan sebanyak 36 modul yang harus dipasang. Modul tersebut direncanakan akan diletakkan pada top deck seperti terlihat pada gambar 4.1
Efisiensi modul = 16,3 % Winput = 853,4 watt/m2
Gambar 4.1 Pemasangan modul pada deck kapal
Untuk modul solarcell Kyocera KD185GX-LPU banyaknya modul yang dapat dipasangkan pada deck atas kapal adalah : Sehingga :
4.4 Penentuan Charger Control Battery Charger controler ini berfungsi untuk mengontrol aliran arus dari susunan modul fotovoltaik ke pengisian baterai dan melindungi baterai dari tingkat pengisian yang diperbolehkan, mencegah dari kejadian pengisian berlebihan ataupun kekurangan. Dari spesifikasi charger controller yang ada, maksimum arus yang dapat dikeluarkan charger controller adalah sebesar 30 A. Sedangkan arus yang dihasilkan oleh sebuah solar modul dengan tegangan 24 volt adalah 7,67 A. Sehingga satu charger controller hanya mampu digunakan
buah Sehingga dari penggambaran pada deck atas kapal, jumlah solar modul yang dapat di pasang adalah 36 buah.
8
untuk empat buah solar modul. Gambar perangkaian charger controller dapat dilihat pada gambar 4.2.
4 solar modul
Sehingga jumlah charger controller adalah :
charger
= 9 buah Gambar 4.2 perangkaian solar modul dan charger controller
Arus output : I
= 7,67 x 4 = 30,68 A Sehingga arus outputnya adalah 30 A karena arus maksimal yang dikeluarkan oleh charger controller adalah 30 A
4.5 Perancangan Sistem Battery Untuk menjamin sistem supaya dapat beroperasi dengan baik dan sesuai dengan kebutuhan beban, perlu direncanakan perancangan sistem battery. Adapun proses tersebut antara lain:
Arus output 9 charger: Ioutput = I x (n) charger. = 30 x 9 = 270 A Daya yang dihasilkan oleh 7 charger controller adalah : Ioutput = 270 A Voutput = 24 V Daya = Ioutput x Voutput = 270 x 24 = 6480 Watt
Untuk battery Rolls Marine Battery banyaknya battery yang dibutuhkan adalah:
(paralel) (seri)
Untuk mensupplai daya kompressor sebesar 5.700 watt, hanya dibutuhkan 8 charger controller yang mampu mengeluarkan daya sebesar 5760 watt. Sehingga satu charger controller di gunakan untuk mengisi battery yang direncanakan mampu untuk mengeluarkan daya lebih besar atau sama dengan daya compressor.
Sehingga banyaknya battery = seri x paralel = 2 x 1 = 2 battery Besarnya kapasitas 1 battery tersebut adalah: Qbattery total = Qbatt x juml. battery (paralel) = 375 Ah x 1 battery = 375 Ah
Kapasitas dua charger untuk pemakaian selama 10 jam adalah: Q = I x juml charger x juml.jam = 30 x 1 x 10 = 300 Ah
Daya yang dihasilkan battery adalah: Daya Battery = Qbattery total x Tegangan total = 375 Ah x 24 V = 9.000 Wh Waktu pengisian battery :
Untuk penempatan charger controller akan ditempatkan di forecastle. Karena jumlah charger controller adalah empat belas buah, maka charger controller disusun dengan susunan bertingkat tujuh kolom dan dua baris sepeti yang terlihat pada gambar 4.3.
9
Waktu operasional battery :
Perhitungan dan spesifikasi phase converter untuk merek lainnya dapat dilihat pada tabel 4.5. Untuk peletakan inverter dan phase converter dapat dilihat pada gambar 4.3
⁄
Untuk tipe dan spesifikasi battery yang lain perhitungannya dapat dilihat pada tabel 4. 3. Dengan jumlah battery ada 2 buah, maka perlu adanya perancangan letak dari battery tersebut. Battery tersebut akan diletakkan di forcastle dengan d susun menjadi dua kolom dan satu baris. Untuk penempatan sistem battery ini dapat dilihat pada gambar 4.3 4.6 Inverter. Dalam perancangan system solar cell ini, arus yang di dihasilkan dari solar modul adalah arus DC. Sedangkan arus yang dibutuhkan untuk menggerakkan compressor menggunakan arus AC. Untuk mengubah arus DC menjadi arus AC dibutuhkanlah inverter. Untuk inverter Hossini HBC, banyaknya inverter yang dibutuhkan adalah:
Perhitungan jumlah inverter untuk merek lainnya dapat dilihat pada tabel 4.4. 4.7 Phase Converter. Arus yang dihasilkan dari pemasangan solarcell ini adalah arus 1-phase, sedangkan peralatan yang akan digerakkan adalah arus 3phase. Sehingga digunakanlah alat untuk perubah arus 1-phase menjadi arus 3-phase menggunakan phase converter. Untuk phase converter TEMCo series6500,
Gambar 4.3 Peletakan charger controller, battery, inverter, dan phase converter
10
11
4.8 Saklar Y-Delta. Saklar Y-delta digunakan untuk memperkecil arus start. Saklar ini menghubungkan motor pada posisi Y waktu start dan mengembalikan hubungan motor pada posisi delta pada waktu motor sudah berjalan normal. Pada tugas akhir ini menggunakan saklar YDelta Firetrol dengan spesifikasi : Volts = 220 – 240 Maximum Horsepower = 30 HP P = 616 mm L = 787 mm T = 203 mm
Gambar 4.5 Wiring diagram system solarcell
4.9 Wiring Diagram Wiring diagram solar system akan bekerja hanya ketika siang hari yaitu antara pukul 07.00-17.00. Hal ini dikarenakan solar system tersebut setelah waktu 17.00-07.00 tidak mendapatkan sinar matahari sehingga wiring diagram akan menggunakan generator sebagai suply energy listrik. Penggunaan daya hanya sekitar 5.700 Watt, sehingga ada daya yang tidak digunakan. Daya ini akan disimpan di battery yang selanjutnya dapat digunakan setelah solarcell tidak diaktifkan. Wiring diagram dari perancangan solar system ini dapat dilihat pada gambar 4.5. Pada gambar 4.6, dalam instalasi tersebut, energy listrik yang dihasilkan solar modul akan diisikan ke battery dengan menggunakan charger controler. Proses ini berlangsung pada waktu pagi-sore dikarenakan solar modul ini hanya dapat menghasilkan energy listrik ketika menerima sinar matahari. Energy listrik tersebut kemudian akan diteruskan melewati charger controller yang dapat dihubungkan langsung ke battery maupun dihubungkan langsung ke inverter. Inverter inilah yang berfungsi untuk mengubah arus DC menjadi arus AC. Karena untuk motor menggunakan arus 3 phase, maka arus keluaran dari inverter harus melewati phase converter terlebih dahulu agar arus yang masuk ke motor menjadi 3 phase.
Gambar 4.6 Instalasi solar system
12
4.10 Analisis Penghematan Energi. Dari analisis kebutuhan beban yang ada, besarnya kebutuhan beban awal dan sesudah modifikasi adalah: 1. Kebutuhan beban Awal : 21.763VA Yaitu dari beban peralatan dan beban penerangan di kapal dengan rincian sebagai berikut: Tabel 4.6. Beban Peralatan. Beban Peralatan GS pump FO pump Bilge pump FW pump pompa sirkulasi air palkah blower line hauler pompa celup kompressor Total =
Jadi penghematan energi yang bisa diperoleh adalah sebesar 26,19% dengan menggunakan modifikasi solar system selama pukul 07.0017.00 dan penggunaan battery yang dapat difungsikan dari pukul 17.00 – 18.00. Sehingga penghematan daya sebesar 26,19% dapat dilakukan selama 11 jam dalam sehari.
1500 880 400 150 170 1500 7500 500 5700 18300
4.11 Analisis Penambahan Berat. Pemasangan system solar cell ini yang terdiri dari solar modul, charger controller, battery, inverter, phaseconverter, tentu saja akan menambah berat dari kapal dan mengurangi payload kapal. Analisis berat dari system solarcell di khususkan pada pemasangan solarmodul dan battery saja karena dua alat ini yang sangat berpengaruh terhadap penambahan berat kapal, sehingga direncanakan sebagai berikut:
Table 4.7. Beban Penerangan. Beban Penerangan 40W TL 4 20W TL 3 23W 1 100W 3 60W 2 300W 6 1000W 1 Total =
Berat Solarcell: Wsolarcell = (n) Solarmodul x W @ Solarmodul = 36 x 16 = 576 Kg Berat Battery : Wbattery = (n) Battery x W @ Battery = 2 x 104,3 = 208,6 Kg
160 60 23 300 120 1800 1000 3463
Berat Total
2. Kebutuhan beban Sesudah :Dikarenakan beban sebesar 5.700 VA disupply solar system sehingga besarnya beban yang ditanggung genset adalah VA = 21.763 – 5.700 = 16.063 VA Besarnya penghematan dilakukan adalah :
energy
yang
= Brt Solarcell + Brt Battery = 576 + 208,6 = 784,6 Kg
Kapal KM. SAMODRA-46 ini mempunyai lima buah ruang muat dengan kapasitas 3 ton/ruang muat. Sehingga penambahan sisten solar cell ini akan mengurangi kapasitas ruang muat sebesar : Berat total ruang muat: Berat total= Juml. ruang muat x kap ruang muat = 5 x 3.000 = 15.000 kg
bisa
13
Besarnya pengurangan kapasitas adalah :
pada wiring diagram akan membawa pengaruh terhadap penghematan energi. 4. Pemasangan sistem solar sel akan mengurangi kapasitas berat dari ruang muat kapal sebesar 784,6 kg atau sebesar 0,052% dari total berat yang dapat diangkut kapal yaitu sebesar 15 ton. 5.2 Saran Dalam pengerjaan Tugas Akhir ini ada beberapa saran yang perlu diperhatikan antara lain: 1. Untuk mendapatkan hasil perhitungan yang lebih akurat dan teliti perlu dilakukan proses simulasi dengan mempertimbangkan intensitas sinar matahari pada jalur pelayaran kapal. 2. Dari beberapa judul Tugas Akhir yang telah ditulis dan dianalisis oleh mahasiswa, ada baiknya hasil tugas akhir dapat dikerjakan dengan ekperimen dengan tujuan untuk mendukung kesempurnaan data penulisan Tugas Akhir sehingga dapat diaplikasikan langsung pada topik. 3. Untuk pengerjaan Tugas Akhir selanjutnya dengan topik solarcell ada baiknya faktor ekonomisnya ikut dianalisis agar dapat mengetahui nilai ekonomisnya di bandingkan dengan sistem yang telah ada.
Sehingga dari penambahan system solar sell ini dapat diketahui pengurungan kapasitas berat ruang muat kapal berkurang sebanyak 0,052% 5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Setelah mengerjakan Tugas Akhir ini dapat diambil suatu kesimpulan mengenai pemanfaatan sel surya sebagai catu daya sistem pendingin mekanis pada kapal ikan antara lain: 1. Jumlah solar modul yang bisa dipasang pada top deck dengan luas deck 48,744 m2 adalah 36 solar modul dengan mempertimbangkan tidak mengganggu proses penangkapan ikan. 2. Dari pemasangan 36 solar modul yang ada, dihasilkan daya sebesar 6.480 watt selama 10 jam (pukul 07.00-17.00) sehingga ada kelebihan daya sebesar 780 watt dari kebutuhan daya kompressor sekitar 5.700 Watt. Kelebihan daya ini dimanfaatkan untuk mengisi battery dua buah battery berkapasitas 370 Ah yang dapat dimanfaatkan untuk supplai daya compressor selama satu jam. Jadi total penggunaan system solar modul ini selama 11 jam. 3. Dari total beban 21.763 Watt, sebanyak 5.700 Watt dapat di supply oleh 36 solar modul untuk mengatasi beban motor pada compressor system pendingin ruang muat kapal. Sehingga pemasangan solar sistem dapat dilakukan penghematan energi sebesar 26,19 % dari total beban kapal. Dari perhitungan yang ada dapat dikatakan bahwa pemasangan solar modul
DAFTAR PUSTAKA Ariawan, Pratama Risqi. 2008. Studi Awal System Hybrid Antara Diesel Engine Dengan Solar Cell Pada Kapal Penangkap Ikan. El-wakil, M. M. 1984. Powerplant Technology. Singapore: Mc Graw-Hill Book Company. Fauzi, Farit. 2009. Pemanfaatan Sel Surya Sebagai Catu Daya Peralatan Penerangan Kapal Di Kapal Tanker. Lubis, Abubakar, dan Sudrajat, Adjat. 2006. Listrik Tenaga Surya fotovoltaik. Jakarta : BPPT PRESS
14
Mudjiono, Urip. 2003. Thesis-Penentuan Kapasitas Dan Alternatif Sistem Pengisian Battery Pada Propulsi Elektrik Kapal Selam. Pudjanarsa, Astu. 2006. Mesin Konversi Energi. Yogyakarta: ANDI OFFSET. www.cool-ship.org www.celsias.com www.fvgenergy.com www.solarnavigator.net Watson, G. O. 1983. Marine Electrical Practice5th edition. England: Butterworths. Wing, Charles. 1993. Manual. London: NAUTICAL.
Boatowner's Wiring ADLARD COLES
15
