PENGISI BATERAI OTOMATIS DENGAN MENGGUNAKAN SOLAR CELL

Wahyu Purnomo

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma, Margonda Raya 100 Depok 16424 telp

(021) 78881112, 7863788

Tanggal Pembuatan : 8 Januari 2010

Dalam penggunaan alat elektonika sering kali disebut-sebut membutuhkan sebuah baterai sebagai

tenaganya, tetapi baterai yang telah habis dipakai diisi dengan menggunakan listrik dari PLN, tapi penggunaan

listrik yang berlebihan akan menghasilkan gas emisi sulfur dioksida, oksida nitrogen, dan karbondioksida yang

banyak berpengaruh terhadap lingkungan, karena suhu lingkungan akan meningkat, sehingga dapat menyebabkan

pemanasan global (global warming).[1]

Maka dari itu pengisi baterai otomatis dengan tenaga fosil (minyak bumi) diganti dengan menggunakan

tenaga surya atau matahari. Keunggulan dari tenaga surya bila dibanding dengan tenaga fosil (minyak bumi) adalah

tidak menimbulkan polusi atau mencemarkan lingkungan. Sehingga disebut juga sebagai energi ramah lingkungan.

Komponen utama dari alat ini adalah solar cell (sebagai masukan dengan mengubah energi surya menjadi

energi listrik), rangkaian pengisi baterai (sebagai pengontrol), led indikator (sebagai indikator pengisian baterai), dan

baterai charge (tegangan 12 V dengan arus 1,2 Ah).

Penggunaan alat ini sangat sederhana, rangkaian ini akan berfungsi apabila ada suplai dari energi cahaya

matahari yang kemudian energi ini diubah menjadi energi listrik melalui solar cell. Rangkaian ini menggunakan

kontrol tegangan pada saat pengisian baterai, dan indikator dari alat ini menggunakan sebuah alat avometer dan

ampermeter yang dapat menunjukkan baterai sedang diisi atau sudah penuh.

Dari hasil pengujian didapatkan bahwa alat tersebut berfungsi dengan baik, dimana setiap

pengisian baterai dapat diselesaikan dalam waktu 20 jam. Dan menyimpulkan bahwa alat ini sangat aman dan

mudah digunakan dalam setiap pengisian baterai.

1. PENDAHULUAN

Listrik adalah daya atau kekuatan yang

ditimbulkan oleh adanya pergesekan atau melalui

proses kimia. Dapat digunakan untuk menghasilkan

panas atau cahaya atau bisa juga, untuk menyalakan

mesin.

Dari pengertian listrik di atas, dapat

diketahui bahwa listrik sangat bermanfaat bagi hidup

manusia. Misalnya, untuk menyalakan lampu,

pendingin ruangan, TV, komputer, dan sebagainya.

Dapat dikatakan manusia sudah tidak dapat lagi hidup

tanpa adanya listrik.

Listrik memang sangat berguna, tapi

penggunaan listrik yang berlebihan akan

menghasilkan gas emisi sulfur dioksida, oksida

nitrogen, dan karbondioksida yang banyak

berpengaruh terhadap lingkungan, karena suhu

lingkungan akan meningkat, sehingga dapat

menyebabkan pemanasan global (global warming).

Seperti yang diketahui oleh banyak khalayak

umum, akibat dari pemanasan global, cairan gletser

banyak yang mencair di daerah pegunungan yang

tinggi, di kutub utara maupun di kutub selatan. Hal ini

tentu saja menyebabkan debit air di bumi ini

meningkat, buktinya semakin banyaknya banjir dan

pulau-pulau kecil yang menghilang karena

tenggelam. Selain itu pemanasan global juga

menyebabkan pergantian musim yang temponya tidak

menentu.

Bisa dipastikan pemanasan global memang

tidak bisa dihindari, tapi para manusia bisa

meminimalisir dampak yang sudah terjadi, dan

mencegah, atau setidaknya memperlambat terjadinya

dampak yang lebih berbahaya.

Oleh karena itu, sudah seharusnya para

penduduk bumi menyadari terjadinya

pemanasan global dan melakukan suatu perubahan

dan suatu perubahan itu tidak harus besar, semisalnya

hal-hal kecil seperti alat pengisi baterai otomatis.

Dapat dibayangkan berapa besar gas emisi

yang dihasilkan negara Indonesia hanya untuk

mengisi ulang baterai. Belum juga ditambah

pemakaian alat-alat yang membutuhkan listrik

lainnya. Itu hanya negara Indonesia, belum ditambah

China, Amerika, bahkan seluruh negara di dunia.

Oleh karena itu, ada salah satu cara yang

dapat menanggulangi atau meminimalisir dampak

pemanasan global yaitu pemanfaatan energi surya

yang dapat dijadikan alternatif pengganti sumber

tenaga listrik. Energi surya tersebut dapat digunakan

untuk mengisi ulang baterai, sehingga diharapkan

dapat mengurangi emisi gas yang dapat menyebabkan

pemanasan global.

Namun alat ini banyak sekali kekurangannya

yaitu apabila berada di musim penghujan sehingga

alat ini tidak berfungsi secara mestinya serta tidak

adanya supply dari energi surya.

2. LANDASAN TEORI[2]

Prinsip kerja sel surya silikon adalah

berdasarkan konsep semikonduktir p-n junction. Sel

terdiri dari lapisan semikonduktor doping-n dan

doping-p yang membentuk p-n junction, lapisan

antirefleksi, dan substrat logam sebagai tempat

mengalirnya arus dari lapisan tipe- n (elektron) dan

tipe-p (hole).

Gambar 2.1. Struktur Sel Surya Silikon pn-junction.

Semikonduktor tipe-n didapat dengan

mendoping silikon dengan unsur dari golongan V

sehingga terdapat kelebihan elektron valensi

dibanding atom sekitar. Pada sisi lain semikonduktor

tipe-p didapat dengan doping oleh golongan III

sehingga electron valensinya defisit satu dibanding

atom sekitar. Ketika dua tipe material tersebut

mengalami kontak maka kelebihan elektron dari tipe-

n berdifusi pada tipe-p. Sehingga area doping-n akan

bermuatan positif sedangkan area doping-p akan

bermuatan negatif. Medan elektrik yan terjadi antara

keduanya mendorong elektron kembali ke daerah-n

dan hole ke daerah-p. Pada proses ini terlah terbentuk

p-n junction. Dengan menambahkan kontak logam

pada area p dan n maka telah terbentuk dioda.

Gambar 2.2. Cara kerja Sel Surya Silikon.

Ketika junction disinari, photon yang

mempunyai energi sama atau lebih besar dari lebar

pita energi materia tersebut akan menyebabkan

eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi

dan akan meninggalkan hole pada pita valensi.

Elektron dan hole ini dapat bergerak dalam material

sehingga menghasilkan pasangan elektron-hole.

Apabila ditempatkan hambatan pada terminal sel

surya, maka elektron dari area-n akan kembali ke

area-p sehingga menyebabkan perbedaan potensial

dan arus akan mengalir. Skema cara kerja sel surya

silikon ditunjukkan pada Gambar 2.2.

3. PERANCANGAN ALAT

Pada prinsipnya pengisian muatan baterai

adalah dengan cara mengaliri baterai dengan arus

listrik secara terus menerus.

Pengisian dihentikan ketika tegangan baterai

telah sampai pada tegangan maksimumnya (muatan

penuh). Jika baterai telah mencapai tegangan

maksimumnya tetapi tetap dilakukan pengisian maka

akan menimbulkan kerugian yaitu pemborosan energi

listrik serta akan terjadi pemanasan berlebihan pada

baterai yang akan memperpendek umurnya.

Untuk menghindari kerugian tersebut,

maka akan lebih baik jika charger dapat bekerja

secara otomatis untuk mengisi baterai jika baterai

itu kosong muatannya (tegangan dibawah nilai

nominalnya) serta berhenti mengisi jika baterai

telah penuh.

Gambar 3.3. Rangkaian Pengisi Baterai Otomatis

Gambar 3.3. berikut adalah contoh

sederhana dari rangkaian pengisi baterai otomatis.

Prinsip kerja dari rangkaian ini adalah

pembandingan tegangan baterai dengan tegangan

penuh dan kosong. Pembandingan dilakukan oleh

op-amp1 dan op-amp2. Jika hasil pembandingan

menyatakan tegangan baterai kosong maka

pengisian akan berlangsung (yaitu dengan men-set

D flip-flop). Ketika hasil pembandingan

menyatakan tegangan baterai adalah penuh, maka

pengisian dihentikan (yaitu dengan meng-clear D

flip-flip). Besarnya tegangan penuh dan tegangan

kosong adalah dengan mengatur VR1 dan VR2.

• Rangkaian pewaktu

Rangkaian ini berfungsi untuk pembangkit

waktu pada rangkaian pengisi baterai yang

menghasilkan tegangan output yang secara terus-

menerus dan otomatis di-switch dari kondisi tinggi

ke rendah kemudian dari rendah ke tinggi dan

seterusnya.

Rangkaian pewaktu ini menggunakan

rangkaian pewaktu jenis multivibrator astable yaitu

menggunakan IC timer 555 yang dapat ditentukan

durasi waktunya untuk masing masing state

(kondisi 1 dan 0) sesuai dengan nilai resistor dan

kapasitansi external. Rangkaian ini memanfaatkan

osilasi tegangan pada kapasitor disekitar 1/3 Vcc

sampai 2/3 Vcc. Komponen eksternal yang

diperlukan adalah sebuah kapasitor (C1) dan dua

buah resistor (RA dan RB).

Sehingga dapat dicari, Untuk

menghasilkan frekuensi osilasi sebesar 1 KHz,

dengan menggunakan komponen Ra = 470 Ω dan

nilai Rb 5K6 Ω maka nilai kapasitor yang

dibutuhkan adalah sebagai berikut :

Karena nilai kapasitor tidak ada yang

bernilai 0,01283 µF maka dalam perancangan akan

digunakan kapasitor yang nilainya mendekati yakni

0,01 µF.

3.3. Baterai charge

Baterai charge berfungsi sebagai media

penyimpan dan penyedia energi listrik. Sumber listrik

yang digunakan sebagai pembangkit power dalam

bentuk arus searah (DC). Alat ini digunakan di dunia

elektronika untuk menjalankan fungsi dari alat-alat

elektronika itu sendiri. Di bawah ini adalah gambar

baterai charge yang dipakai pada penulisan ini.

Gambar 3.4. Baterai 12 Volt / 1,2 Ah

Baterai ini bisa memberikan kuat arus

sebesar 1,2 Ampere dalam satu jam artinya

memberikan daya rata-rata sebesar 14,4 Watt (Watt

= V x I = Voltase x Ampere = 12 V x 1,2 A).

Secara hitungan kasar dapat menyuplai alat berdaya

14,4 Watt selama satu jam atau alat berdaya 1,44

Watt selama 10 jam, walaupun pada kenyataannya

tidak seperti itu.

3.4 Indikator

Indikator dipergunakan sebagai tampilan

dari suatu masukan dan outputan, sehingga dapat

diketahui suatu alat atau suatu sistem bekerja.

Indikator level tegangan ini menggunakan

voltmeter analog sebagai penunjuk tegangan,

indikator ini akan bekerja seiring apabila ada

pengisian baterai dilihat pada gambar 3.5.

Gambar 3.5. Rangkaian Indikator level

Tegangan

Gambar 3.6. Rangkaian Indikator Arus

Sedangkan indikator arus menggunakan

ampermeter analog berfungsi untuk mengetahui

besarnya arus yang ditimbulkan pada saat pengisian

baterai.

4. UJI COBA

4.1 Pengujian Modul Solar cell

Pengujian ini dilakukan langsung dibawah

sinar matahari dengan cuaca cerah pada saat pagi,

siang maupun sore dengan menggunakan multimeter

digital, pengujian ini tidak hanya mengambil 1 hari

saja tetapi 3 hari dengan waktu dari jam 9 pagi hingga

jam 4 sore. Tujuan pengujian modul solar cell untuk

mengetahui apakah alat ini bekerja atau tidak.

Pengujian modul solar cell dapat dilihat pada Gambar

4.1 dibawah ini.

1

0,693 x ( RA+2xR

B ) C

=F (frekuensi)

1

0,693 x ( + 2 ) 1KHz=

77941710

1=C

C470 x 56 K

1

0,693 x ( + 2 ) C=

470 x 56 K1 KHz

C = 0,00000001283 = 0,01283 µF

Gambar 4.1. Pengujian Modul Solar Cell

Sistem kerja keseluruhan dari alat pengisi

baterai menggunakan solar cell dengan tegangan

sebesar 21,13 volt. Tegangan 21,13 V dibutuhkan

untuk tegangan masukkan rangkaian pengisi baterai,

indikator, dan baterai charge.

Tegangan pada solar cell mempunyai

tegangan nominal dan tegangan open circuit. Jika

dilihat tabel dibawah ini tegangan nominal solar cell

yaitu pada saat pengukuran hari ke-3 adalah sekitar

18,41 V terjadi pada jam 09.00 WIB sedangkan

tegangan open circuit solar cell yaitu pada saat

pengukuran hari pertama adalah sekitar 21,13 V

terjadi pada jam 13.00 WIB. Hasil uji coba solar cell

terdapat pada tabel 4.1.

Tabel 4.1 Hasil Uji Coba Solar Cell

Sedangkan perbandingan tegangan antara

hari pertama, kedua dan ketiga dapat dilihat pada

Gambar grafik dibawah ini.

Gambar 4.2. Grafik Tegangan Solar Cell

4.2 Pengujian Rangkaian Pengisi Baterai

Pengujian yang pertama yaitu mengukur

tegangan input (+) op-amp 1 (titik A) dan tegangan

input (-) op-amp 2 (titik B) dengan masing-masing

nilai tahanan yang berbeda. Tegangan penuh berada

pada op-amp 1 dengan mengatur VR1 sedangkan

tegangan kosong berada pada op-amp 2 dengan

mengatur VR2, sesuai pada gambar 4.2 di bawah ini.

Gambar 4.2. Pengujian Rangkaian Pengisi

Baterai

Hasil pengujian 1:

Tabel 4.2.Hasil Pengujian Tegangan input Op-

amp dititik A dan dititik B

Nilai Tahanan Variabel Tegangan Input

(Volt)

Dititik A = 0,41 V Tahanan minimum

= 0 KΩ Dititik B = 0,21 V

Dititik A = 4,31 V Tahanan Midle (tengah)

= 5 KΩ Dititik B = 4,07 V

Dititik A = 7,89 V Tahanan Maksimal

= 10 KΩ Dititik B = 7,58 V

Sedangkan pengujian yang kedua yaitu

mengukur tegangan output op-amp 1 dititik C dan

output op-amp 2 dititik D dengan masing-masing

tegangan inverting tahanan variabel yang berbeda.

Tujuan pengukuran ini untuk mengetahui

keluaran dari masing–masing op-amp dibandingkan

terhadap perubahan level teganga

JAM

Tegangan

Solar Cell

Hari

Pertama

(V)

Tegangan

Solar Cell

Hari

Kedua

(V)

Tegangan

Solar Cell

Hari

Ketiga

(V)

09.00 WIB 19,73 V 19,56 V 18,41 V

10.00 WIB 19,76 V 19,56 V 19,02 V

11.00 WIB 19,83 V 19,79 V 19,13 V

12.00 WIB 20,02 V 19,81 V 20,08 V

13.00 WIB 21,13 V 20,36 V 20,19 V

14.00 WIB 21,04 V 20,32 V 20,83 V

15.00 WIB 20,81 V 20,34 V 20,23 V

16.00 WIB 19,95 V 19,66 V 19,89 V

Hasil pengujian 2 :

Tabel 4.3.Hasil Tegangan Output Op-Amp 1 dan 2

(dititik C dan D)

Rangkaian pengujian pewaktu astable dapat

dilihat pada Gambar 4.4 di bawah ini.

21,15V

8 47

6

2 1

3

C1

0,01

56

K

470 O

Q2BC

549

µF

LM

555

100 O

RA

RB

R1

BC

549

OSILOSCOP

Gambar 4.3. Pengujian Rangkaian Pewaktu Astable

Pengukuran ini dilakukan adalah untuk

mengukur frekuensi gelombang keluaran dari IC 555.

alat ukur yang digunakan dalam pengujian ini adalah

Oscilloscope. Pada pengujian ini didapatkan hasil

pengukuran sebesar 1 KHz, didapat dari persamaan

sebagai berikut :

Time/Div = 0,2 mS

Volt/Div = 5 Volt

Perioda = 0,2 mS x 5 Volt = 1 mS

Sehingga frekuensinya :

Gambar hasil pengukuran pada oscilloscope

dapat dilihat pada Gambar 4.4 dibawah ini.

Gambar 4.4. Hasil Pengukuran Rangkaian Pewaktu

Astable

4.3 Pengujian indikator level tegangan dan arus

Pengujian ini dilakukan pada saat pengisian

baterai secara bertahap, dengan cara mengamati

setiap pergerakan arah jarum yang terdapat pada

voltmeter. Sehingga alat ini akan menunjukkan angka

dimana pada saat pengisian baterai berlangsung.

Seperti terlihat pada gambar 4.5.

Tujuan dari pengujian ini untuk mengetahui

apakah indikator level tegangan berfungsi ketika pada

saat pengisian baterai berlangsung.

Gambar 4.5.Pengujian Indikator Level Tegangan

Gambar 4.6. Pengujian Indikator Arus

Berikut tabel 4.5 adalah hasil dari pengujian

level tegangan beserta indikator arus sesuai penunjuk

jarum pada Voltmeter dan Ampermeter.

Hasil Pengujian :

Tegangan

Inverting

(Volt)

Tahanan

Variabel

(Ω)

Tegangan

Output

Op-Amp 1

dititik C

(Volt)

Tegangan

Output

Op- Amp 2

dititik D

(Volt)

0 KΩ 0,03 V 0,01 V

5 KΩ 0,14 V 0,12 V

5,25 Volt

10 KΩ 0,34 V 0,31 V

0 KΩ 0,26 V 0,21 V

5 KΩ 0,63 V 0,59 V

5,5 Volt

10 KΩ 0,97 V 0,88 V

0 KΩ 0,98 V 0, 93 V

5 KΩ 1,14 V 1,12 V

6,24 Volt

10 KΩ 1,57 V 1,45 V

Tabel 4.4. Hasil dari Pengujian Indikator Level

Tegangan dan Indikator Arus

Tegangan

Yang

diperoleh

(V)

10.5

V

11

V

11.5

V

12

V

12.5

V

Arus

Yang

diperoleh

(mA)

0,5

mA

0,5

mA

10

mA

10,05

mA

10,6

mA

4.4. Pengujian lama waktu pengisian baterai

Pengujian lamanya waktu pengisian baterai

dilakukan pada

saat pengisian berlangsung yaitu baterai pada saat

mendapatkan tegangan nominal hingga pada saat

tegangan baterai penuh.

Tujuan dari pengujian ini untuk mengetahui

lama waktu yang dibutuhkan untuk mengisi baterai

hingga penuh dengan besar arus tertentu.

Hasil pengujian :

Tabel 4.5. Hasil dari pengujian lama waktu pengisian

baterai 12 V / 1,2 Ah

Waktu

pengisian

baterai

2

jam

4

jam

6

jam

8

jam

10

jam

12

jam

Tegangan

baterai

per jam

(V)

10,67

Volt

10,86

Volt

10,95

Volt

11,07

Volt

11,36

Volt

11,58

Volt

Jika di lihat dari tabel 4.5 diatas bahwa pada

setiap 2 jam sekali baterai pada saat pengisian

menghasilkan tegangan sekitar 0,22 V s/d 1,54 V.

Gambar 4.7. Grafik Pengisian Baterai

5.1. Kesimpulan

Bardasarkan pengujian alat dan hasil analisa

terhadap data yang telah diperoleh maka pada Bab ini

dapat ditarik kesimpulan :

1. Solar cell memanfaatkan cahaya langsung

dari matahari yang dirubah menjadi energi

listrik. Apabila dalam keadaan digunakan,

salah satu cell ditutup maka daya akan turun.

2. Tegangan dan arus akan mulai meningkat

pada pagi hari, kemudian akan mencapai

level yang maksimum pada siang hari, dan

turun pada saat matahari mulai terbenam.

3. Semakin bertambahnya waktu pengisian

baterai maka tegangan baterai pun akan

meningkat.

5.2. Saran

Daya yang di hasilkan solar cell selain

disimpan ke baterai, ke depannya digunakan langsung

menggerakkan beban misalnya sepeda motor bahkan

mobil.

DAFTAR PUSTAKA

[1] http://www.progrosir.co.cc/2008/10/listrik-

tenaga-surya-praktis-ramah.html,mei

2009.

[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cell, mei

2009

[3] Hughes, Fredrick W. Panduan Op - Amp, Elex

Media Komputindo, Jakarta, 1990.

[4] http://kimiaunsps2.wordpress.com/2008/12/

15/terapan/, juni 2009.

[5] http://www.untirtaroboticclub.co.cc/index.ph

p/article-section/44-pengisi batere-

otomatis, mei 2009.

[6] Malvino dan Hanapi Gunawan Diktat Kuliah,

Prinsip-Prinsip Elektronik, Edisi Kedua,

PT. Gelora Aksara Pratama, Jakarta, 1981.

[7] Muhammad Muhsin, Elektronika Digital-Teori

Dan Soal Penyelesaian, Penerbit

Andi, Yogyakarta, 2004.

[8] www.alldatasheets.com, april 2009.

[9] www.kpsec.freeuk.com555timer.htm, juni 2009

[10] Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik Dan

Elektronika Daya, Gramedia pustaka

Utama, Jakarta, Desember 1988.