Jurnal Perancangan Produk_Rotatable Solar Cell Frame_Dadyd Krishananto (41315310035).docx

Jurnal Perancangan Produk Rotatable Solar Cell Frame, Juni 2016

ROTATABLE SOLAR CELL FRAME

Dadyd Krishananto

Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik Industri, Universitas Mercu Buana email: dady dadyd_28 d_28@yah @yahoo.c oo.co om NIM: 41315310035

Abstrak

Pemanfaatan energi matahari dalam pembangkitan energi listrik telah banyak dilakukan dengan menggunakan panel sel surya. Kemampuan panel surya dalam menghasilkan energi listrik menjadi kurang optimal dikarenakan pergerakan matahari dari timur ke barat secara berkala setiap hari. Salah satu usaha mengatasi masalah tersebut dengan merancang panel surya yang mampu mengikuti pergerakan matahari karena energi yang dihasilkan oleh panel sel surya bergantung pada besar dan lamanya pancaran sinar matahari mengenai panel sel surya. Telah dilakukan perancangan dan implementasi sebuah sistem rotatable r otatable untuk menggerakkan/mengubah menggerakkan/mengubah posisi permukaan sel surya agar selalu pada posisi tegak lurus terhadap matahari. Daya terbesar sel surya berada pada posisi tegak lurus terhadap matahari. Posisi matahari yang berubah mengakibatkan mengakibatkan daya yang dikeluarkan sel surya juga akan selalu berubah. Prinsip kerja dari sistem rotatable ini adalah dengan menggunakan motor. Sel surya digerakkan menggunakan motor servo agar permukaan sel surya tegak lurus terhadap sinar datang matahari. Berdasarkan data dan analisisnya maka dapat diketahui dua hasil penting: pertama, sistem rotatable sel surya ini dapat bekerja dengan baik mengikuti arah gerak matahari setiap saat; kedua, daya yang dihasilkan dihasilkan dari sel surya ini lebih tinggi jika dibandingkan dengan tanpa sistem rotatable sel surya.

Kata kunci: rotatable, sel surya, motor servo Energi alam yang menghasilkan energi sangat besar bisa dibangkitkan dan dijadikan untuk pemenuhan kebutuhan energi. Energi fosil merupakan energi utama saat ini yang PENDAHULUAN

digunakan oleh manusia. Sementara itu, ketersediaan energi fosil sangat terbatas. Sehingga dibutuhkan sumber energi lain (energi

alternatif) yang dapat memenuhi kebutuhan

merupakan negara Khatulistiwa dengan sinar

energi. Dalam perkembangannya energi

matahari hampir 12 jam per hari. Sehingga

alternatif dapat dipanen dan dihasilkan dengan

energi yang dapat diterima mencapai 4,8

mengambil dari sumber energi yang bisa terbarukan (energy harvesting). Pengambilan

KW/m2. Pemanfaatan energi matahari di

energi dari alam telah banyak dikembangkan

sehingga sangat banyak dari energi yang masuk 

seperti energi angin, energi air, bahkan energi

ke permukaan bumi kembali dipantulkan ke

matahari. Energi matahari yang masuk ke

angkasa luar. Sel surya merupakan salah satu

atmosfir bumi setiap hari sangatlah besar,

alat untuk memanen energi matahari terbarukan

sehingga dibutuhkan sebuah alat untuk

yang terus dikembangkan. Penggunaan sel

memanen energi matahari yang lebih efektif

surya memiliki banyak keuntungan diantaranya:

dan efisien. Matahari merupakan sumber energi

tidak membutuhkan bahan bakar fosil, polusi

terbarukan sangat besar yang ada di permukaan

yang kecil dan biaya perawatan yang kecil.

Indonesia baru sebatas manfaat alamiah,

Karakteristik energi yang dihasilkan sel surya sangat dipengaruhi oleh radiasi sinar matahari, temperatur, dan posisi sel surya terhadap sinar bumi. Matahari memancarkan energi sebesar 62 MW/m2 menuju atmosfer bumi. Indonesia

1

datang matahari. Sel surya akan menghasilkan energi maksimal pada saat posisi matahari tegak  lurus terhadap permukaan sel surya.

Jurnal Perancangan Produk Rotatable Solar Cell Frame, Juni 2016

oleh sel surya, sehingga Solar Sel

dibutuhkan sebuah sistem yang dapat menggerakkan sel surya

Solar cell atau sel surya adalah sebuah alat yang tersusun dari material semikonduktor yang dapat mengubah sinar matahari menjadi tenaga listrik secara langsung. Sering juga dipakai istilah photovoltaic atau fotovoltaik. solar sel menghasilkan arus yang digunakan untuk mengisi baterai. Solar sel terdiri

supaya bisa selalu tegak lurus terhadap sinar datang matahari. Sistem rotatable surya merupakan suatu sistem yang bekerja mengikuti posisi matahahari dengan menggunakan motor agar selalu tegak lurus terhadap matahari dengan mengubah arah timur-barat serta selatanutara.

dari photovoltaic, yang menghasilkan listrik dari intensitas cahaya, saat intensitas cahaya berkurang (berawan, hujan, mendung) arus

Latar Belakang Perancangan Rotatable Solar Cell Frame ini adalah:

listrik yang dihasilkan  juga akan berkurang. Sel surya pada dasarnya terdiri atas sambungan pn yang sama fungsinya

Penyediaan energi yang murah dan tersedia terus menerus

dengan sebuah dioda (diode). Penyediaan sumber energi listrik untuk Posisi matahari akan selalu berubah dari timur ke barat setiap harinya, didukung dengan adanya

penerangan rumah & televisi sehingga bisa mengurangi penggunaan listrik dari PLN

gerak semu matahari. Perubahan posisi matahari tersebut akan

Mendukung program

mengakibatkan kecilnya

pemerintah untuk

energi yang dihasilkan

pengembangan energi terbarukan.

surya dapat dilihat pada Tujuan perancangan ini

gambar berikut :

adalah merancang solar cell dengan sistem mekanik yang dapat bergerak mengikuti cahaya dan posisi matahari. Hal ini dilakukan untuk mengefektifkan penyerapan cahaya matahari sehingga pasokan energi diperoleh secara maksimal. Proses penyerapan cahaya matahari oleh solar cell menghasilkan energi listrik untuk pengisian bateray.

TINJAUAN PUSTAKA

Sinar matahari yang terdiri dari photon akan

Sinar matahari

mengenai permukaan (absorber ) sel surya.

memancarkan

Dari absorber, sinar akan

gelombang dengan

dipantulkan dan

panjang gelombang

dilewatkan, dimana

berbeda-beda dari 250

elektron dibebaskan dari

nm sampai dengan 2500

ikatannya oleh foton

nm dari dari ultraviolet,

dengan tingkat energi

infrared sampai cahaya

tertentu, kemudian arus

tampak. Oleh karena itu

listrikpun mengalir.

sel surya memiliki

Besarnya energi matahari

absorber yang mampu

yang diterima oleh sel

menyerap sebanyak

surya akan dipengaruhi

mungkin radiasi matahari dan mengubahnya

oleh sudut datang ( angle of incidence) sinar

menjadi energi listrik.

matahari terhadap

Proses penyerapan

permukaan sel surya.

cahaya matahari oleh sel

Energi terbesar matahari akan diserap oleh sel

surya saat permukaan sel

Iro = Radiasi yang

surya tegak lurus

mengenai permukaan sel

terhadap sinar matahari.

surya

Ketika sudut datang sinar matahari makin besar, energi yang diserap sel surya semakin kecil. Hal ini sesuai dengan persamaan berikut:

Ø = Sudut yang dibentuk 

antara permukaan sel surya dengan sinar matahari

Ir = Iro cos Ø Energi surya diukur Dimana: Ir = Radiasi yang diserap sel surya

dengan kepadatan daya pada suatu permukaan daerah penerima dan dikatakan sebagai radiasi surya. Rata-rata nilai dari radiasi surya diluar atmosfir bumi adalah 1353 W/m2, dinyatakan sebagai konstanta

Jurnal Perancangan Produk Rotatable Solar Cell Frame, Juni 2016

dihasilkan juga akan surya. Total energi yang sampai pada permukaan horisontal dibumi adalah konstanta surya dikurangi radiasi akibat penyerapan dan

berkurang. Dengan menambah panel surya/solar cell (memperluas) berarti menambah konversi tenaga surya.

pemantulan atmosfer sebelum mencapai bumi dan nilai tersebut disebut sebagai radiasi surya global. Insolasi surya adalah intensitas radiasi surya rata-rata yang diterima selama satu jam, dinyatakan dengan lambang I dan satuan W/m2. Nilai insolasi surya dipengaruhi oleh waktu siklus perputaran bumi, kondisi cuaca meliputi kualitas dan kuantitas awan, pergantian musim dan posisi garis lintang.

Pembuatan sistem rotatable surya dirancang supaya bisa bekerja dan memiliki karakteristik statik berdasarkan sistem elektronik dan sistem mekanik yang digunakan. Komponen utama pembentuk sistem rotatable terdiri atas motor servo sebagai penggerak mekanik sel surya, motor servo untuk menggerakkan sistem mekanik. Perangkat keras dirancang dan dibentuk sedemikian sehingga pada implementasinya

Solar Cell merupakan suatu kumpulan sel fotovoltaic, dan juga dikenal oleh modul fotovoltaic moniker. Solar cell dapat mengubah intensitas sinar matahari menjadi energi listrik. Panel surya/solar cell menghasilkan arus yang digunakan untuk mengisi baterai. Solar cell saat intensitas cahaya berkurang (berawan, hujan, dan mendung) arus listrik yang

lebih ringan dan lebih mudah digerakkan menggunakan motor servo Timur-Barat dan Utara-Selatan.

Gambar Original Design yang sering dipakai (fixed mounted)

Kelemahan/kekurangan design ini adalah: Mounting fixed/tetap

Sistem Panel Solar untuk  rumah terdiri dari: Satu atau lebih modul

Tidak dapat bergerak

Solar PV,

mengikuti arah sinar matahari Solar charge controller yang mendistribusikan Jika ada satu cell yang

pengaturan arus untuk

rusak memerlukan waktu

melindungi baterai dan

yang lama untuk

peralatan dari kerusakan

memperbaiki maupun menggantinya Baterai/aki untuk menyimpan energi untuk Keterbatasan dalam

digunakan malam hari

menyerap panas karena

atau ketika matahari

tidak bisa mengikuti arah

tidak bersinar

pergerakan matahari sehingga waktu peak hour hanya sebentar.

Inverter untuk menghasilkan tegangan output 220V.

Solar Home System

Baterai (Aki) Aki otomotif, umumnya Baterai adalah perangkat kimia untuk menyimpan tenaga listrik dari tenaga surya. Tanpa baterai, energi surya hanya dapat digunakan pada saat ada sinar matahari. Berdasarkan aplikasi maka aki dibedakan untuk engine starter (otomotif) dan deep cyle.

3

dibuat dengan plat timbal yang tipis namun banyak sehingga luas permukaannya lebih besar. Dengan demikian aki ini bisa menyuplai arus listrik yang besar pada saat awal untuk menghidupkan mesin.

Jurnal Perancangan Produk Rotatable Solar Cell Frame, Juni 2016

Bisa bergerak mengikuti Aki deep cyle, biasanya

arah sinar matahari

digunakan untuk sistem  fotovoltaik  (solar sel) dan back up power , dimana

aki mampu mengalami discharge hingga muatan listriknya tinggal sedikit.

Controller

Jika ada solar cell yang rusak cepat untuk memperbaiki maupun menggantinya

Penyerapan energi panas secara kontinu sehingga pasokan energi listrik

Controlller berfungsi untuk mengatur

dengan solar cell dapat lebih lama

pengaturan pengisian baterai. Tegangan maksimum yang dihasilkan panel surya

Proses pembuatan yang sederhana

pada hari yang terik akan

Biaya pembuatan yang

menghasilkan tegangan

murah

tinggi yang dapat merusak baterai. Yang perlu diperhatikan dalam

Siklus Pergerakan Solar

menggunakan Controlller

Cell dengan Gerakan

ini adalah besarnya

Matahari

tegangan dan daya yang dikeluarkan modul surya dan yang dapat diterima baterai. Satuan untuk tegangan adalah Volt, sedangkan kuat arus dalam ampere, misalnya 12volt/10A.

Keuntungan Rotatable Solar Frame adalah:

HASIL DAN PEMBAHASAN METODOLOGI PERANCANGAN

Intensitas radiasi surya pada kondisi cerah ( clear  day) akan bertambah dari

pagi, sejak terbit sampai siang hingga tercapainya kondisi puncak dan turun sampai matahari terbenam pada sore hari.

Lamanya matahari bersinar cerah dalam satu hari dinyatakan sebagai  jam surya. Untuk Indonesia, jumlah jam surya adalah sekitar 4 - 5  jam per hari. Jumlah intensitas radiasi/insolasi surya yang diterima dalam satu hari dinyatakan dengan satuan kilowatt-hours/m2 2

(kWh/m ).

Produksi energi surya pada suatu area dapat dihitung sebagai berikut :

 Energi surya yang dihasilkan (Watt) =

2

 Insolasi surya (W/m ) x 2

luas area (m )

Jurnal Perancangan Produk Rotatable Solar Cell Frame, Juni 2016

Gambar Hasil Rancangan

Rotatable Solar Cell Frame

Hasil perancangan rotatable frame sel surya gambar diatas dengan menggabungkan sistem mekanik. Hasil Implementasi Rotatable Gambar Rancangan

Surya Pengujian hasil

Rotatable Solar Cell

implementasi sistem

Frame

rotatable surya dilakukan dalam empat tahapan pengujian. Pengujian pertama yaitu pengujian fungsi masing-masing komponen yang digunakan. Pengujian kedua dengan melakukan pengujian ketepatan arah permukaan sel surya terhadap matahari. Pengujian ketiga yaitu mengukur arus dan tegangan sel surya yang mengikuti arah gerak matahari. Dan pengujian

o

keempat adalah dengan

Barat serta 180  ke arah

membandingkan nilai

Utara dan Selatan,

daya keluaran sel surya

sehingga sel surya berada

pada sistem rotatable

di semua titik permukaan

dengan daya sel surya

setengah bola. Dengan

dengan posisi tetap atau

demikian posisi matahari

statik. Proses pengujian

akan sangat mudah

ketiga dan keempat

diikuti oleh sistem

dilakukan dalam waktu

rotatable ini

yang sama dengan tujuan intensitas cahaya matahari yang sama. Pengujian ini dilakukan

Analisa Anggaran Biaya

selama delapan (8) jam, Analisa anggaran biaya mulai pukul 07.00 saat matahari condong ke Timur sampai dengan

pembuatan alat ini dijabarkan dalam tabel berikut:

pukul 15.00 saat matahari condong ke

No

Barat. Sementara itu,pengambilan data dilakukan setiap setengah  jam. Dari percobaan

Komponen Peralatan Jumlah

Harga

pengujian sistem didapat daya total yang

1

dihasilkan sel surya

Solar Cell 200 WP

dengan sistem rotatable

1

ini, lebih besar bila

3.500.000

dibandingkan dengan sel surya tanpa sistem rotatable (statis).

2

Pipa galvanis 3 inch (tiang) 1-1.5 m 1

1.020.000

Desain sistem mekanik rotatable surya ini berfungsi menggerakkan (memutar) sel surya dengan bebas ke dua arah

3

Pipa galvanis 0.5 inch 1

155.000

yang berbeda yaitu timur-barat dan utara-

4

selatan. Masing-masing

Battery (aki) 12 Volt, 80 Ah

arah sel surya berputar

1

o

180  ke arah Timur dan

950.000

5

Integrated Controller & Inverter AC – DC 1 unit

850.000

6

Kabel

KESIMPULAN &

50 meter

SARAN

245.000

7

Kesimpulan yang bisa

Motor Aktuator

diambil dari pembahasan

1

ini adalah:

1.200.000

8

Berdasarkan data yang

Lain-lain

didapatkan antara sel surya yang menggunakan Solar Rotatable dan sel

200.000

surya diam/statis, saat pagi, siang, dan sore arus listrik yang dihasilkan sel surya yang menggunakan Solar Rotatable lebih besar dibandingkan dengan sel surya diam/statis.

Jumlah Total

Perubahan cuaca sangat 8.120.000

mempengaruhi arus listrik yang dihasilkan dari sel surya baik itu yang menggunakan Solar Rotatable dan Solar diam/statis dimana semakin cerah

5

Jurnal Perancangan Produk Rotatable Solar Cell Frame, Juni 2016

pada proses cuaca akan menghasilkan

pembelajaran.

arus listrik yang lebih besar dibandingkan saat cuaca berawan dan mendung.

Sel surya yang mengikuti pergerakan matahari

Ada beberapa saran yang harus diperhatikan dalam perancangan ini yang merupakan “area of improvement”, diantaranya:

mampu menghasilkan

Rotatable ini masih

arus listrik yang lebih

manual digerakkan

besar dengan sel surya diam, meskipun dalam penelitian dan

dengan motor, sehingga

pengambilan data ada

masih ada peran

hasil arus listrik yang sel surya diam lebih

manusia untuk menekan tombol “!” sehingga motor bisa

besar dari sel surya yang

bekerja menggerakkan

menggunakan Solar

frame solar cell tersebut.

tidak sesuai yaitu hasil

Rotatable. Adapun faktor - faktor yang mempengaruhi kinerja

Pengaturan maksimum

solar sel pada penelitian

gerakan frame untuk

ini adalah bahan pembuat

menyesuaikan arah sinar

solar sel, resistansi

matahari berupa limit

beban, intensitas cahaya

switch bisa dipasang

matahari,

untuk mencegah frame

suhu/temperature solar

bergerak tidak terkendali

sel, dan

sehingga motor menjadi

bayangan/shading.

panas yang bisa mengakibatkan short circuit.

Hasil pengujian karakteristik solar sel berupa nilai arus listrik yang dihasilkan akan memudahkan pemahaman tentang solar sel dan energi terbarukan

Rekomendasi untuk menggunakan PLC (Programmable Logic Controller) bisa dilakukan untuk

penyempurnaan sistem

MILOUDI, L. Solar

automasi pergerakan

Tracking with

frame solar cell ini.

Photovoltaic Panel. Energy Procedia, Boumerdès, 2013.

Pentingnya battery untuk menyimpan energi, Baterai/ aki mobil kurang

HARDIANTO, H. E.

cocok digunakan pada

Perancangan prototype

sistem PV karena tidak

penjejak cahaya Matahari

mampu mengatasi

pada aplikasi pembangkit

fluktuasi pemakaian (discharge) yang terjadi

listrik Tenaga surya.

dalam sistem PV. Jenis

Bengkulu, 2012.

Jurnal Ilmiah Foristek,

barterai/aki yang bisa digunakan adalah Baterai deep cycle Lead acid

ARISWAN. prospek

atau yang biasa

penelitian dan aplikasi

digunakan pada mobil

fotovoltaik sebagai

golf.

sumber energi alternatif di indonesia, Yogyakarta.

DAFTAR PUSTAKA

HUTAURUK, O. P. Pembuatan Sistem LI, P.-W. Modeling of

Monitoring Optimasi

solar tracking for giant

Energi Cahaya Matahari

Fresnel lens solar stoves.

Menggunakan Sensor

Solar Energy, 2013.

Arus pada Antarmuka Personal Computer, 2010.