Rancang Bangun Kontrol Posisi Pada Solar Cell Untuk Mengoptimalkan Daya Keluaran Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Print
Category: Listrik & Elektronika
Last Updated on Friday, 28 February 2014 Published Date Written by Herry Sudjendro

RANCANG BANGUN KONTROL POSISI PADA SOLAR CELL UNTUK MENGOPTIMALKAN DAYA KELUARAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA

 

Oleh: Herry Sudjendro

 

ABSTRAK

Solar Cell adalah pengubah energi matahari menjadi tenaga listrik. Posisi matahari yang selalu berubah terhadap permukaan bumi mengakibatkan solar cell hanya akan bekerja optimal pada siang hari saja. Untuk mengoptimalkan kinerja solar cell  sepanjang siang hari adalah dengan mengatur posisi permukaan solar cell selalu tegak lurus terhadap arah datangnya matahari. Kontrol posisi otomatis solar cell mempu meningkatkan kinerja solar cell dari posisi statis sebesar 12,84 Volt dc menjadi rata-rata sebesar 14,3 Volt dc pada posisi dinamis. Nilai arus solar cell statis adalah sebesar 0,99 Ampere, sedangkan pada posisi dinamis dengan menerapkan kontrol posisi mendapatkan arus rata-rata 1,34Ampere. Harga rata-rata daya solar cell statis adalah sebesar12,88 Watt, sedangkan pada posisi dinamis dengan menerapkan kontrol posisi mendapatkan daya rata-rata sebesar 19,22 Watt. Efisiensi daya dengan pengontrolan posisi solar cell otomatis adalah sebesar  rata-rata 183,59 %

 

Kata kunci: solar cell, kontrol posisi, posisi statis, posisi dinamis

 

PENDAHULUAN

Latar Belakang

         Sumber penghasil energi listrik semakin lama semakin menipis, sehingga kelangsungan untuk distribusi listrik akan terhambat, dan semakin meningkatnya biaya yang diperlukan untuk menghasilkan energi listrik.  Untuk mengatasi kesulitan ini, perlu dicari sumber alternatif penghasil energi listrik. Sumber penghasil energi listrik alternatif ini adalah menggunakan cahaya matahari. Alat yang dapat mengkonversikan cahaya matahari menjadi energi listrik adalah solar cell.

         Solar Cell dapat menghantarkan daya maksimalnya jika posisi solar cell tegak lurus dengan arah datangnya sinar matahari. Sehingga untuk mengoptimalkan daya yang dihasilkan oleh solar cell, maka perlu dirancang alat yang memposisikan agar solar cell selalu berada pada posisi tegak lurus terhadap arah datangnya sinar matahari. Pergerakan tahunan matahari juga mempengaruhi terhadap posisi datangnya sinar menuju solar cell. Untuk mengatasi pergerakan matahari tahunan ini, maka perlu dirancang menggunakan dua motor penggerak psisi solar cell agar solar cell dapat selalu berada pada posisi tegak lurus terhadap arah datangnya sinar matahari. Satu motor berfungsi untuk menggerakkan matahari dari terbit sampai tenggelam, dan satu motor lagi untuk memposisikan solar cell selalu berada pada jalur pergeseran matahari setiap tahunnya.

         Alat ini didesain otomatis untuk mengikuti pergerakan matahari menggunakan sensor LDR, sehigga kontroller akan mengatur pergerakan motor sampai nilai resistansi yang ada pada setiap LDR seimbang, sehingga solar cell akan berada pada posisi yang diinginkan. Dengan dibuatnya modul renewable energy (kontrol posisi solar cell) dapat memenuhi kebutuhan alat peraga / modul trainer pada Diklat Renewable Energy bagi Guru SMK di PPPPTK BOE Malang.

Rumusan Masalah

         Dari permasalahan-permasalahan diatas, dapat dirumuskan  sebagai berikut : “Bagaimana mengatur posisi solar cell secara otomatis tegak lurus terhadap ara datangnya sinar matahari”

Tujuan

1.Untuk mengetahui efisiensi daya yang dihasilkan dengan pengaturan posisi otomatis solar cell tegak lurus terhadap matahari.

2.Sebagai alat peraga pada Diklat Renewable Energy bagi Guru SMK di PPPPTK BOE Malang

 

Unit Pembangkit Listrik Tenaga Surya

         Gambar blok diagram di bawah adalah diagram blok pembangkit listrik tenaga surya dengan kontrol posisi otomatis.

Gambar 1. Blok Diagram  Unit PLTS

Unit pembangkit listrik tenaga surya terdiri dari :

1). Solar Cell

2). Regulator dan Inveter DC to AC

3). Accumulator

4)  Kontrol Posisi

5). Beban Elektronik : lampu, tv, laptop dan sebagainya.

Desain Mekanik.

Bagian – bagain utama desain mekanik rotator 2 axis seperti dibawah ini :


  Gambar 2. Desain  mekanik rotator 2 axis.

         Pergerakan kedua axis disesuaikan dengan besar sudut pergeseran matahari. Untuk gerak azimuth yang bergerak tiap hari sebesar ±1200, sedangkan untuk gerak altiutde besar sudut pergerakannya tiap tahun 23.5° ke Utara dan 23.5° ke Selatan dari garis ekuator.

 

 Kontrol Elektronik Mekanik Rotator 2 Axis

Blok diagram kontrol mekanik rotator 2 axis seperti dibawah ini :

Gambar 3.   Blok diagram kontrol mekanik rotator 2-axis

modul sel surya.

 

Kontrol Elektronik Sistem Pengisian.

Blok diagram kontrol sistem pengisian seperti di bawah ini :

Gambar 4. Blok diagram kontrol sistem pengisian baterai.

 

Modul kontrol posisi solar cell

Kontrol posisi adalah rangkaian penggerak posisi otomatis dari arah permukaan solar cell yang selalu bergerak mengarah tegak lurus terhadap arah sinar matahari. Kontrol posisi terdiri dri du bagian yaitu sensor posisi dan penggerak motor dc.Gambar 5 di bawah menggambarkan rangkaian sensor posisi untuk arah solar cell baik axis1 maupun axis 2. LDR1 dan LDR2 merupakan sensor posisi untuk axis 1 yang merupakan pergerakan azimuth atau pergerakan matahari setiap hari, Sedangkan LDR3 dan LDR4 adalah sensor posisi untuk pergerakan altitude yang merupakan pergerakan matahari tahunan. Masing-masing sensor posisi memiliki output y1 dan y2 yang merupakan input bagi rangkaian penggerak motor axis1 serta y3 dan y4 yang merupakan input bagi penggerak motor axis2.

 

Gambar 5. Sensor posisi

 

Gambar 6 di bawah  adalah penggerak motor axis1 dan axis 2. Input A mendapat masukan dari y1 dan B mendapat masukan dari y2. Input C mendapat masukan dari y3 dan input D mendapat masukan dari y4. Motor pengerak axis1 dihubingkan ke pin 2 dan 3 sedangkan motor axis2 dihubungkan ke pin 13  dan  14.

Gambar 6. Pengerak motor axis

Auto charging.

Sistem pengisian akan bekerja jika tegangan output sel surya diatas tegangan kerja pengisian. Tegangan kerja pengisian tercapai ketika sel surya memperoleh sinar matahari yang cukup, namun ketika hari mendung atau sel surya tertutup awan sehingga sinar matahari yang diperoleh tidak optimal, maka tegangan output sel surya akan menurun.

Ketika tegangan output sel surya di bawah tegangan pengisian maka rangkaian auto charging  akan memutus hubungan sel surya dengan rangkaian charger kontrol Dalam kondisi ini sistem pengisan akan berhenti sampai tegangan output sel surya telah berada diatas tegangan kerja pengisian.

                                           Gambar 7.  Gambar inverter dan auto charger

 

 

   

 Gambar 8. Bentuk fisik Pembangkit Listrik Tenaga Surya

 

PENGUJIAN ALAT DAN ANALISA DATA

Pengujian alat berfungsi untuk mengetahui kinerja dari alat yang dibuat. Pengujian dilakukan dengan mengadakan pengukuran daya output pembangkit tenaga listrik dengan posisi solar cell statis dan dinamis. Posisi solar cell statis adalah posisi permanen tanpa perubahan arah permukaan solar cell. Sedangkan posisi solar cell dinamis adalah posisi olar cell yang diarahlan secara otomatis oleh kontrol posisi otomatis mengarah tegak lurus terhadap arah datangnya sinar matahari. Dari dua hasi pengukuran tersebut dibandingkan untuk mengetahui efisinsi daya dengan penerapan kontrol posisi otomatis.

 

Pengukuran Tegangan, Arus dan Daya Solar Cell

Tabel di bawah menunjukkaan hasil pengukuran  tegangan, arus maupun daya solar cell pada posisi statis dan dinamis Pengukuran dilakukan mulai pukul 07.00 WIB sampai dengan pukul 17.00 WIB.

 Tabel 1 Pengukuran tegangan, dan arus solar cell

 

Analisa Data

Dari data pada tabel di atas dapat ditampilkan kurva grafik yang menggambarkan kondisi statis dan dinamis.

 

Pengukuran tegangan solar cell.

Pengukuran tegangan solar cell dilakukan pada posisi statis maupun dinnamis

Gambar 9.  Tegangan solar cell

Dari grafik dan tabel 9. di atas dapat dilihat bahwa harga rata-rata tegangan solar cell statis adalah sebesar 12,91 Vdc, sedangkan pada posisi dinamis dengan menerapkan kontrol posisi mendapatkan tegangan rata-rata sebesar 14,3 Vdc

 

Pengukuran arus output solar cell

Pengukuran arus solar cell dilakukan dengan memasang beban resistor 10 Ohm.

Gambar 10.  Arus solar cell pada  beban R = 10 Ohm

Dari grafik dan tabel 1  di atas dapat dilihat bahwa harga rata-rata arus solar cell statis sebesar 0,99 A, sedangkan pada posisi dinamis dengan menerapkan kontrol posisi mendapatkan arus rata-rata 1,34 A

 

Daya solar cell

Daya output pada solar cell dengan beban resistor 10 Ohm baik pada posisi solar cell statis maupun dinamis  dari tabel 4.1 dapat digambarkan dalam grafik sebagaai berikut

Gambar 11. Daya solar cell 

Dari grafik dan tabel 4.1  di atas dapat dilihat bahwa harga rata-rata daya solar cell statis adalah sebesar12,97 Watt, sedangkan pada posisi dinamis dengan menerapkan kontrol posisi mendapatkan daya rata-rata sebesar 19,22 Watt

 

Efisiensi Daya Solar Cell

Grafik berikut menggambarkan kurva efisiensi daya solar cell yang merupakan perbandingan daya solar cell pada posisi statis dan dinamis.

Gambar 12. Efisiensi Daya  solar cell

 

Maka pada kurva di atas dapat dilihat efisiensi daya dengan pengontrolan posisi solar cell otomatis adalah sebesar  rata-rata 183,10 %. Terutama pada pagi hari didapatkan efisiensi yang relatif tinggi.

 

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Dari analisa data tersebut pada bab  di atas dapat disimpulkan sebagaiberikut :

1.   Harga rata-rata tegangan solar cell statis adalah sebesar 12,84 Vdc, sedangkan pada posisi dinamis dengan menerapkan kontrol posisi mendapatkan tegangan rata-rata sebesar 14,3 Vdc

2.   Nilai arus solar cell statis adalah sebesar 0,99 A, sedangkan pada posisi dinamis dengan menerapkan kontrol posisi mendapatkan arus rata-rata 1,34A

3.   Harga rata-rata daya solar cell statis adalah sebesar12,88 Watt, sedangkan pada posisi dinamis dengan menerapkan kontrol posisi mendapatkan daya rata-rata sebesar 19,22 Watt

4.   Efisiensi daya dengan pengontrolan posisi solar cell otomatis adalah sebesar  rata-rata 183,59 %

 

Saran

      Untuk menghindarkan diri dari kerugian pemasangan kontrol posisi, maka disarankan menggunakan motor penggerak dengan daya yang relatif kecil serta dirancang mekanik yang mampu mereduksi torsi motor sehingga didapatkan rugi daya penggunaan mekanik yang sekecil-kelinya.

 

Daftar Pustaka

1)   A.R. Jha, Ph.D., “Solar Cell, Technology and Applications”, Taylor and Francis Group, LLC, USA, 2010

2)   Chetan Singh Solanki, “Solar Photovoltaics, Fundamentals, Technologies and Applications”, second edition, PHI Learning Private Limited, India, July 2011

3) Josaphat Pramudijanto dkk., “Implementasi kontroler PID pada PLC untuk pengaturan kecepatan motor”, Proceding of Conference on Electrical, Electronic, Communication an Information (CECI) and Seminar an Intelligent Technologyand Its Application (SITIA) 17th Juni 2003].

4)   Ogata, K, Teknik Kontrol Otomatik, edisi ke dua, Penerbit Erlangga,1997.

 5)   Richard C Neville, “Solar Energy Conversion, Solar Cell”, Second Edition, Elsevier Sxience B.V,

      Amsterdam, , 1995

 

 

 

Copyright 2019. Powered by Humas. PPPPTK BOE MALANG