Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 ISSN: X Yogyakarta, 15 November2014

Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta, 15 November2014

ISSN: 1979-911X

KORELASI SUHU DAN INTENSITAS CAHAYA TERHADAP DAYA PADA SOLAR CELL Subandi1, Slamet Hani2 Jurusan Teknik Elektro Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta Email: [email protected]

1,2

ABSTRACT Referringto with the rapid progress of the industry, the development of electricity as an energy source in the implementation of the housing industry and also growing. In the development of electronic goods themselves very rapidly, of course Several factors supporting the development of electronic devices are increasingly diverse. To utilize the sun as a source of electrical energy is a very appropriate choice because the total of solar energy is very large and unlimited. Besides its use does not cause adverse effects on the environment, especially, when using the sun as it requires electrical energy Solar Cell that is useful to convert solar energy into electrical energy. Solar Cell consis of composed of a semiconductor material silicon and Germanium. Temperature also very influence the performance of the solar cell charging. On the measured data, so much the higher the temperature, so much the higher the voltage and current are obtained. For example, at 13.00 pm, the highest temperature of 37.6 ° C measured at the highest light intensity of 18,760 lux, thus producing a solar cell output voltage and current of 670mA of 7,46V. Keywords: Solar cell, electrical energy, temperature PENDAHULUAN Sejalan dengan kemajuan industri yang sangat pesat, maka perkembangan akan listrik sebagai sumber energi dalam pelaksanaan industri dan perumahan juga semakin berkembang. Dalam perkembangan barang–barang elektronika sendiri sangat pesat, beberapa factor pendukungnya tentu saja perkembangan alat–alat elektronika yang semakin beragam. Pemanfaatan energi cahaya matahari pada setiap zaman semakin meningkat seiring dengan pengetahuan yang kita dapatkan. Salah satu pemanfaatan energi cahaya matahari adalah Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) yang memanfaatkan energi foton cahaya matahari menjadi energi listrik. Indonesia sendiri, sebuah negara yang dilewati oleh garis khatulistiwa dan menerima panas matahari yang lebih banyak daripada negara lain, mempunyai potensi yang sangat besar untuk mengembangkan pembangkit listrik tenaga surya sebagai alternatif batubara dan diesel sebagai pengganti bahan bakar fosil, yang bersih, tidak berpolusi, aman dan persediaannya tidak terbatas (Rotib, 2007). Sel surya (photovoltaic cell) bekerja dengan menangkap sinar matahari oleh sel-sel semikonduktor untuk diubah menjadi energi listrik. Sel-sel ini termuat dalam panel-panel yang ukurannya dapat disesuaikan dengan keperluannya, apakah untuk rumah tangga, perkantoran atau pembangkit listrik skala besar (Sungkar, 2006). Pada pagi hari pukul 6.00 WIB tingkat kelembaban besar yaitu 88% dan terjadi pengembunan sambil menurunkan partikel-partikel padatan akibat polusi kendaraan bermotor dan industri ke permukaan bumi, sehingga pada saat ini kondisi atmosfir mempunyai kebeningan yang tinggi dan langit biru. Fenomena tersebut mengakibatkan pada pagi hari yang cerah pukul 9.00 WIB sel surya memiliki efisiensi terbesar yaitu dengan efisiensi 10%. Pada siang hari partikel partikel padatan akibat pulusi kembali ke angkasa, dengan meningkatnya temperatur udara gerakan partikel semangkin hebat, sehingga meningkatkan hamburan radiasi surya yang masuk ke bumi. Hal ini mengakibatkan difusi ratio membesar dimana jumlah radiasi difusi lebih besar radiasi langsung, dan efisiensi sel surya pada pukul 12.00 WIB adalah sebesar 9%, lebih rendah dari pada pagi hari. Pada sore hari akibat terjadi penguapan pada siang hari dan semakin meningkatnya partikel padatan polusi di udara, sehingga indek kecerahan terendah dimana tampak banyak awan. Selain itu radiasi surya global sangat kecil, sehingga pada sore hari sekitar pukul 17.00 WIB dengan efisiensi 3%, kemampuan sel surya menurun secara drastic (Yushardi, 2002).

C-31


ISSN: 1979-911X

METODE Dalam melakukan pengukuran dan analisis, tahapan-tahapan dan proses perancangan alat serta sistem pengujian alat yang meliputi pengukuran intensitas cahaya, suhu, serta arus dan tegangan .Pada gambar.1 adalah blok rangkaian kerja dari sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya beserta pengukurannya .

Gambar 1 Rangkaian Kerja dan Sistem Pengukuran Spesifikasi Alat, dalam perancangan sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya ini, digunakan beberapa komponen, secara umum komponen yang digunakan dalam perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Surya ini dibagi menjadi beberapa bagian , yang meliputi : Alat ukur, yang digunakan dalam pengujian untuk menganalisis Korelasi Suhu Dan Intensitas Cahaya Terhadap Arus Dan Tegangan Pada Solar Cell digunakan 6 buah multimeter yang berfungsi untuk mengukur arus dan tegangan, luxmeter untuk mengukur intensitas cahaya dan thermometer untuk mengukur naik turunnya suhu dalam pengambilan data . Penggunaan Solar Cell, dalam pengujian, baterai diisi oleh solar cell dimana solar cell menghasilkan tegangan dengan cara mengkonversikan energi matahari menjadi energi listrik. Tegangan yang dihasilkan solar cell berkisar 14,8 – 18 volt DC. Solar cell yang saya gunakan yaitu panel jenis Monokristal (Mono-crystalline) dengan daya 10 wp.

Gambar 2 Panel Surya dengan daya10Wp dan Spesifikasi teknis panel surya Spesifikasi dan daya panel surya yang digunakan dalam perancangan dapat dilihat pada bagian belakang panel surya seperti pada Gambar 2. Penggunaan baterai, setelah mendapatkan output dari solar cell yang berupa arus listrik dapat langsung digunakan untuk beban yang dimanfaatkan, arus listrik dapat digunakan sebagai pengisian

C-32


ISSN: 1979-911X

dengan cara disimpan ke dalam baterai agar dapat digunakan pada saat yang diperlukan khususnya pada malam hari karena tidak ada sinar matahari. Apabila solar cell digunakan untuk penyimpanan ke baterai, maka besarnya tegangan yang dihasilkan diatas spesifikasi baterai-baterai yang digunakan pada rancang bangun adalah baterai sekunder. Adapun tegangan baterai adalah 12 volt 9 Ah, sebagai alasan pemilihan alat di karenakan solar cell yang digunakan sebagai sumber pengisi muatan baterai mempunyai tegangan output 14,8 – 18 volt dengan arus 0,5 Ampere, selain itu baterai ini lebih ekonomis dan mudah didapatkan dipasaran. Sebelum melaksanakan pengisian sebaiknya baterai dalam keadaan kosong karena arus yang masuk akan dapat terisi dengan maksimal.

Gambar 3. Solar Charge Controller Solar Charge Controller adalah alat yang berfungsi sebagai kontrol tegangan dan arus yang berasal dari output sel surya untuk menuju ke batere dan ke beban. Pada saat sel surya menerima energi foton sinar matahari tentu saja output dari sel surya tidak konstan sesuai dengan intensitas cahaya matahari. Sehingga tegangan keluaran dan arus keluaran dari sel surya juga tidak konstan dan bervariasi terus sepanjang waktu siang hari, sedangkan tegangan dan arus yang menuju batere mempunyai batasan tertentu.

Gambar 4. rangkaian panel pengukuran Pada alat yang disebut sebagai solar charge controller tersebut memiliki terminal diantaranya: terminal untuk sel surya, terminal untuk batere, terminal untuk beban. Ketiga terminal tersebut dilengkapi dengan polaritas yaitu tanda (-) dan tanda (+) yang jelas agar tidak terjadi kesalahan. Box Panel Pengukuran, dalam melakukan analisis pengukuran pada solar cell

terutama untuk pengukuran arus dan tegangan, C-33

maka perlu adanya box panel untuk


ISSN: 1979-911X

penempatan alat ukur arus dan tegangan. Box panel ini dirancang agar dapat digunakan sebagai panel untuk penempatan multimeter dan solar charge controller. Dalam perancangan box panel ini berisi 6 unit multimeter digital yang dirangkai dengan 3 relay untuk pengukuran 2 jalur, yaitu : 1. Jika saklar pengukuran di on kan,maka relay akan dihidupkan oleh sumber baterai 9v,dan jalur pertama akan aktif sebagai jalur pengukuran, amperemeter akan terhubung seri pada pengukuran tersebut,dan pengisian akan melalui amperemeter dan voltmeter . 2. Jika saklar di off kan, maka relay akan mati dan jalur ke dua akan aktif sebagai pengisian secara langsung tanpa adanya pengukuran arus,sehingga pengisian hanya melewati voltmeter yang terhubung secara paralel . Kedua prinsip kerja tersebut dirancang agar tejaganya daya tahan alat-alat ukur arus dan tegangan yang digunakan dalam analisis. PEMBAHASAN Berdasarkan hasil pengamatan berupa pengukuran-pengukuran yang telah dilaksanakan selama 5 hari dari pukul 05.00-18.00, maka diperoleh data-data dan grafik seperti yang ditunjukkan pada masing-masing tabel1 dan Gambar 5.

Tabel 1. Pengambilan Data Pengukuran Intensitas Cahaya Dan Suhu Terhadap Arus Dan Tegangan Pada Keluaran Panel Surya hari ke 1

FISIK NO TIME 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00

TEMP (C) 26.5 27.2 28.4 27.5 31.4 32.2 34.2 31.1 30.9 32.9 37.8 32.1 27 26

OUTPUT CHARGER CONTROLLER I W V (mA) W 0.00157336 5.8 1.3 0.00754 0.249228 8.27 26.6 0.219982 3.432 10.2 320 3.264 1.434 11.81 118 1.39358 8.9631 12.68 690 8.7492 10.8864 12.98 760 9.8648 2.3522 12.33 190 2.3427 4.3826 12.76 340 4.3384 3.9525 12.63 300 3.789 10.412 13.3 760 10.108 6.825 13.47 500 6.735 0.690552 12.4 48.5 0.6014 0.1857678 12.21 7.73 0.0943833 0.0004824 12.15 5.01 0.0608715

OUTPUT SOLAR LIGHT ( lux ) 0.27 6360 9290 13520 14320 16540 12150 12500 15230 16700 16200 6820 1720 22.3

V 5.68 8.28 10.4 11.95 12.99 13.44 12.38 12.89 12.75 13.7 13.65 12.42 12.27 3.6

I (mA) 0.277 30.1 330 120 690 810 190 340 310 760 500 55.6 15.14 0.134

C-34


ISSN: 1979-911X

Gambar 5 Grafik Pengaruh Intensitas Cahaya Dan Suhu Terhadap Daya Output Solar Cell Pada Hari ke 1 Tabel 2. Pengambilan Data Pengukuran Intensitas Cahaya Dan Suhu Terhadap Daya Pada Keluaran Panel Surya hari ke 2 FISIK NO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

TIME 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00

TEMP (°C)

LIGHT (lux)

26.2 26.8 28.3 28.6 30.2 35.4 35.8 37.3 37.6 33.8 32.5 31.2 28 26.2

72 188 10650 11620 14640 15750 16250 17850 17130 16110 16320 14280 593 10,3

OUTPUT SOLAR CHARGER CONTROLLER

OUTPUT SOLAR CELL V 5.35 10.62 10.94 11.23 12.99 13.28 13.45 17.42 14.24 13.57 13.65 13.38 12.65 5.46

I (mA) 0.22 9.25 320 340 440 550 570 710 690 580 610 410 60.3 0.13

W 0.001177 0.098235 3.5008 3.8182 5.7156 7.304 7.6665 12.3682 9.8256 7.8706 8.3265 5.4858 0.762795 0.0007098

C-35

V 11.86 9.95 10.83 11.12 12.02 12.45 12.93 13.48 13.27 12.95 13.03 13.1 12.4 11.98

I (mA) 4.5 4.1 300 320 430 530 570 710 680 580 610 400 60.3 5.12

W 0.05337 0.040795 3.249 3.5584 5.1686 6.5985 7.3701 9.5708 9.0236 7.511 7.9483 5.24 0.74772 0.061338


ISSN: 1979-911X

Gambar 6 Grafik Pengaruh Intensitas Cahaya Dan Suhu Terhadap Daya Output Solar Cell Pada Hari ke 2

Tabel 3. Pengambilan Data Pengukuran Intensitas Cahaya Dan Suhu Terhadap Daya Pada Keluaran Panel Surya hari ke 3 FISIK NO

TIME

1

OUTPUT SOLAR CELL


5.00

TEMP (°C) 25.4

LIGHT (lux) 68

V 5.21

I (mA) 0.21

W 0.001094

V 11.92

I (mA) 4.3

W 0.051256

2

6.00

26

430

10.95

20.45

0.223928

10.45

20.41

0.2132845

3

7.00

26.7

12240

11.35

370

4.1995

11.02

360

3.9672

4

8.00

29.6

14350

12.45

400

4.98

12.4

400

4.96

5

9.00

30.4

11540

11.41

380

4.3358

11.25

379

4.26375

6

10.00

35.3

16100

12.8

500

6.4

11.92

498

5.93616

7

11.00

32.8

18120

17.89

720

12.8808

13.25

720

9.54

8

12.00

35.8

17940

14.23

602

8.56646

13.11

602

7.89222

9

13.00

33.5

16980

13.12

550

7.216

12.76

550

7.018

10

14.00

30.4

15430

14.23

500

7.115

12.98

499

6.47702

11

15.00

32.2

16540

14.31

490

7.0119

13.12

490

6.4288

12

16.00

30.1

15900

14.06

429

6.03174

12.87

429

5.52123

13

17.00

295

11690

12.9

234

3.0186

12.56

233

2.92648

14

18.00

28

12

2.35

0.24

0.000564

12.46

5.12

0.0637952

C-36


ISSN: 1979-911X

Gambar 7 Grafik Pengaruh Intensitas Cahaya Dan Suhu Terhadap Daya Output Solar Cell Pada Hari ke 3

Tabel 4. Pengambilan Data Pengukuran Intensitas Cahaya Dan Suhu Terhadap Daya Pada Keluaran Panel Surya hari ke 4 FISIK NO

TIME

OUTPUT SOLAR CELL


1

5.00

TEMP (°C) 26.3

LIGHT (lux) 52

V 4.23

I (mA) 0.192

W 0.00081216

V 11.96

I (mA) 4.5

W 0.05382

2

6.00

27.4

525

11.02

30.2

0.332804

10.49

30.1

0.315749

3

7.00

28.5

11250

11.21

350

3.9235

11.15

120

1.338

4

8.00

28.3

13340

12.13

390

4.7307

11.95

390

4.6605

5

9.00

28.7

10250

12.61

420

5.2962

12.21

420

5.1282

6

10.00

36.7

17150

12.83

550

7.0565

11.8

540

6.372

7

11.00

35.4

17950

13.44

710

9.5424

12.98

700

9.086

8

12.00

36.3

18280

13.57

820

11.1274

12.72

750

9.54

9

13.00

33.8

16280

13.32

610

8.1252

12.54

610

7.6494

10

14.00

31.4

17850

15.48

680

10.5264

13.15

670

8.8105

11

15.00

32.5

15400

16.1

460

7.406

13.2

460

6.072

12

16.00

33.1

13200

16.36

380

6.2168

13.26

380

5.0388

13

17.00

28

11430

12.4

210

2.604

12.05

200

2.41

14

18.00

27

52

6.52

0.256

0.00166912

5.4

4.7

0.02538

C-37


ISSN: 1979-911X

Gambar 8. Grafik Pengaruh Intensitas Cahaya Dan Suhu Terhadap Daya Output Solar Cell Pada Hari ke 4 Tabel 5. Pengambilan Data Pengukuran Intensitas Cahaya Dan Suhu Terhadap Daya Pada Keluaran Panel Surya hari ke 5 FISIK NO

TIME

1

OUTPUT SOLAR

OUTPUT CHARGER CONTROLLER

5.00

TEMP (C) 25

LIGHT ( lux ) 17.1

V 2.81

I (mA) 0.3

W 0.0008

V 11.94

I (mA) 4.95

W 0.059103

2

6.00

24.5

2670

11.93

10.95

0.1306

11.9

4.94

0.058786

3

7.00

28.5

14270

13.38

450

6.021

13.18

450

5.931

4

8.00

28.1

11650

12.69

180

2.2842

12.66

180

2.2788

5

9.00

28.7

14590

16.91

320

5.4112

13.72

320

4.3904

6

10.00

33

16340

17.59

350

6.1565

12.78

350

4.473

7

11.00

34

17250

17.01

120

2.0412

13.8

120

1.656

8

12.00

37,8

19870

17.56

700

12.292

12.79

650

8.3135

9

13.00

37.6

18760

17.46

670

11.698

12.97

310

4.0207

10

14.00

37

16560

13.57

350

4.7495

13.23

320

4.2336

11

15.00

33.8

15640

16.08

300

4.824

13.4

300

4.02

12

16.00

30.9

11930

13.45

91.6

1.232

13.1

89.1

1.16721

13

17.00

30

11710

13.33

87.2

1.1624

13.17

80.1

1.054917

14

18.00

28.9

11.5

2.59

0.25

0.0006

12.46

5.12

0.0637952

C-38


ISSN: 1979-911X

Gambar 9. Grafik 5 Pengaruh Intensitas Cahaya Dan Suhu Terhadap Daya Output Solar Cell Pada Hari ke 5

Percobaan pemakaian baterai Tabel 6. Pemakaian Batere / Menit Keteranga n

Teganga n (Volt)

Arus (Amper)

10.pertama

11,96

0, 54

Full

10 kedua

11,90

0, 54

Dipakai

10 ketiga

11, 85

0, 54

Dipakai

10 keempat

11, 75

0, 53

Dipakai

10 kelima

11,73

0, 53

Dipakai

10 keenam

11,69

0, 53

Dipakai

10 ketujuh

11,65

0, 52

Dipakai

10 kedelapan

11,59

0, 52

Kosong

Menit

KESIMPULAN Dari hasil pengukuran dan uji coba pengambilan data dapat ditarik beberapa kesimpulan yaitu : 1. Pada proses pengisian baterai, solar charge controller akan mulai bekerja melakukan pengisian pada saat range tegangan yang dikeluarkan oleh solar cell lebih besar dari tegangan baterai saat lowbatt yaitu dengan range tegangan rata-rata 11V. 2. Pada distribusi arus dan tegangan dari sumber solar cell, didapat analisis bahwa walaupun setinggi-tingginya tegangan yang dihasilkan oleh sumber yaitu solar cell dengan tegangan nominal 17V, tetapi penditribusiannya untuk mengisi baterai sangat stabil dengan maksimum ratarata 13V karena semua distribusi pengisan diatur oleh solar charger controller. 3. Pada kenyataanya, daya keluaran maksimum yang terukur bisa mencapai hingga 12Watt diatas daya spesifikasi yang dihasilkan panel surya tersebut yaitu 10Watt.

C-39


ISSN: 1979-911X

4. Tegangan dan arus akan mulai meningkat pada pagi hari pukul 05.00WIB, kemudian akan mencapai level yang maksimum pada siang hari pukul 10.00-12.00WIB, dan turun pada saat matahari mulai terbenam pukul 18.00WIB. DAFTAR PUSTAKA Rhazio, 2007, Pembangkit Listrik Tenaga Surya, Institut Sains & Teknologi, Jakarta. http:// rhazio.word press.com., maret 2008 Rotib, Widy, 2001. Aplikasi Sel Surya Sebagai Sumber Energi Alternatif; Dimensi Vol 4 No. 1 Juni 2001, Institute for Science and Technology Studies (ISTECS), Jepang. Diakses 20 Februari 2012. http://istecs.org/Publication/Dimensi/dim_vol4no1_juni2001.pdf Sungkar, R., 2007, Energi Surya. Diakses 20 Februari 2012. http://griyaasri.com/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=168 Yushardi, 2002, Pengaruh Faktor Metereologi Terhadap Pola Efisiensi Tiap Jam harian Pada Modul Sel Surya. Diakses 20 Februari 2012. http://www.tumoutou.net/702_05123/yushardi.DOC www.pdf-search-engine.com dan www.google.com, Media elektronik atau internet

C-40

Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 ISSN: X Yogyakarta, 15 November2014

Recommend Documents