Abstrak—Indonesia memiliki potensi yang sangat besar untuk daerah wisata, laut adalah salah satu wisata yang paling menarik untuk mengisi liburan. Dan didukung oleh intensitas cahaya yang sinar matahari, karena indonesia adalah negara tropis. Dasar laut indonesia sangatlah bagus. Salah satu cara untuk menyelam adalah menggunakan kapal selam. Masalahnya adalah mereka menggunakan genset untuk memproduksi listrik. Tugas akhir ini akan menggunakan solar cell untuk menghasilkan power untuk keperluan penerangan dan navigasi. Langkah demi langkah sebelum perhitungan, kita kumpulkan spesifikasi dari solar panel dan intensitas cahaya matahari. Kemudian kalkulasi dari charger controller, baterai dan inverter. Hasilnya dapat berupa instalasi dari solar cell dan schedule dari submarine untuk mengisi baterai. Perhitungan mengatakan bahwa solar cell dapat mencukupi kebutuhan kapal selama 3 jam. Tapi kita tetap menggunakan hanya untuk 1 jam untuk safety factor.

Kata Kunci—Wahana Bawah Laut, Tenaga Alternatif, Solar

Panel, Solar Cell

I. PENDAHULUAN ndonesia memiliki potensi potensi wisata dalam negri yang sangat beragam, salah satunya adalah potensi wisata laut

yang sangat indah dan sangat bersaing dengan wisata bawah laut luar negeri. Hal ini akan menjadi potensi yang sangat besar untuk dikembangkan dan dimanfaatkan. Pengoperasian kapal kapal tersebut terdapat pada daerah daerah yang mempunyai intensitas cahaya yang tinggi contohnya adalah pantai maka ini akan menjadi potensi yang besar juga untuk memanfaatkan tenaga sumberlain yang memiliki kapasitas besar dan tak terhingga yaitu tenaga solar atau tenaga matahari. Dalam designya nanti kapal selam yang telah ada tersebut akan dipasang solar cell sehingga mengurangi kebutuhan listrik yang diambil dari darat atau pelabuhan kapal selam tersebut. Ini akan menjadi dasar pengambilan topic ini,sehingga diharapkan teknologi ini akan berkembang lebih luas selain untuk mensejahterahkan pekerja. Penelitian ini sangat penting dilakukan karena ini menyakut dengan pengaplikasian teknologi baru yang ramah lingkungan yaitu solar cell. Selain itu ini juga akan menyangkut kesejahteraan masyarakat dan Negara karena kebutuhan mereka akan listrik akan berkurang. Walaupun dalam skala kecil penelitian ini akan berefek dengan perusahaan yang bersangkutan dan pekerjanya.Namun bila penelitian ini berhasil maka dapat dibuktikan bahwa solar cell ini dapat

dilaksanakan pada kendaraan apapun , darat laut maupun nantinya akanada yang digunakan di udara. Ini akan menumbuhkan kepercayaan masyarakat atas solar cell dan juga lepas kebutuhan atas sumber energi yang membutuhkan konsumsi bahan bakar fosil yang terbatas dan semakin berkurang setiap tahunnya.

II. STATE OF ARTS SOLAR CELL

A. Listrik Kapal Listrik pada kapal kapal conventional dengan kapal selam wisata ini sejatinya hampir sama penggunaanya. Perbedaan yang mencolok adalah pada sumber daya listrik yang digunakan. Dalam kapal selam ini tidak digunakan generator sebagai supply utama kelistrikkan pada kapal karena akan membutuhkan banyak sekali space.Kapasitas baterai yang digunakan adalah cukup untuk memenuhi kebutuhan kapal selama sekitar 45 menit namun dalam rancangannya harus mempunyai safety factor yang dipasang yaitu sekitar 20% dari kapasitas baterai pada kapal selam tersebut. Dalam penggunaannyapun listrik pada kapal selam berbeda. Berikut adalah scematik penggunaan listrik pada kapal :

Gambar 1. Scema gambar listrik kapal selam

Dalam kapal selam, listrik disuplai oleh baterai oleh karena itu normalnya listrik untuk kapal selam wisata ini diisi ulang pada saat ia di dermaga. Waktu yang digunakan untuk mengisi ulang kurang lebih 60 menit.

B. Solar Cell Sinar matahari yang terdiri dari photon-photon, jika menimpa permukaaan bahan solar sel (absorber), akan diserap, dipantulkan atau dilewatkan begitu saja , dan hanya foton dengan level energi tertentu yang akan membebaskan electron dari ikatan atomnya, sehingga mengalirlah arus listrik. Level

Kajian Teknis Perencanaan Solar Cell untuk Wahana Bawah Laut Berpenggerak Motor Listrik Bertenaga

Baterai 1Arya Kemal P.P., 2Indra Ranu Kusuma ST.M.Sc, dan3Ir. Sardono Sarwitto ,M.Sc

1,2Jurusan Sistem Perkapalan, Fakultas Teknik Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) E-mail: 2kusuma@its.ac.id

I

energi tersebut disebut energi band-gap yang didefinisikan sebagai sejumlah energi yang dibutuhkan utk mengeluarkan electron dari ikatan kovalennya sehingga terjadilah aliran arus listrik.Untuk membebaskan electron dari ikatan kovalennya, energi foton (hc/v harus sedikit lebih besar atau diatas daripada energi band-gap). Jika energi foton terlalu besar dari pada energi band-gap, maka extra energi tersebut akan dirubah dalam bentuk panas pada solar sel. (Oleh Rusminto Tjatur WIDODO, Dosen EEPIS-ITS Surabaya dan mahasiswa Program Doktor jurusan Nano Structure and Advanced Materials, Universitas Kagoshima Jepang)

Gambar 2. Photovoltaic modul dalam cahaya sinar matahari yang

menghasilkan aliran DC. (Sumber: Solarex Corporation, Frederick, Md. With permission.)

Gambar3 menunjukkan konstruksi sel dasar.Untuk mengumpulkan photocurrent, kontak logam yang disediakan di kedua sisi persimpangan untuk mengumpulkan arus listrik induksi oleh foton menimpa di satu sisi.Melakukan foil (solder) kontak yang disediakan dibandingkan dari bawah (gelap) permukaan dan di satu sisi permukaan (diterangi) atas.Jala tipis pada permukaan atas mengumpulkan sisa arus dan memungkinkan dilalui cahaya. Jarak dari serat melakukan dalam mesh adalah masalah kompromi antara memaksimalkan konduktansi listrik dan meminimalkan penyumbatan cahaya. Selain unsur-unsur dasar, fitur tambahan beberapa juga termasuk dalam konstruksi. Misalnya, wajah depan sel memiliki lapisan anti-reflektif untuk menyerap cahaya sebanyak mungkin dengan meminimalkan refleksi. Perlindungan mekanik disediakan oleh coverglass diterapkan dengan perekat transparan. Solar cell ini sebenarnya berbentuk Cell seperti gambar 4 kemudian dirangkai menjadi Modul yang mempunyai 4x9 Cell solar cell kemudian bile sudah dirangkai dalam tempat yang telah ditentukan maka ini disebut sebagai Array. Dalam bab 4 nanti bahan yang digunakan dalam solar cell ini akan mempunyai spesifikasi tertentu dengan bahan yang telah ditentukan.

Gambar 3. Beberapa pv sel membuat modul dan beberapa modul membuat

array.

C. pv Sistem Components Array dengan sendirinya bukan merupakan sistem tenaga listrik pv. Kita juga harus memiliki struktur untuk me-mount, arahkan ke matahari, dan komponen yang menerima daya DC yang dihasilkan oleh array dan kondisi kekuatan dalam bentuk yang dapat digunakan oleh beban. Jika beban AC, sistem kebutuhan inverter untuk mengubah listrik DC menjadi AC, umumnya pada 50 atau 60 Hz. (Wind and Solar Sistem, Patel, Mukind R., 1942)

Gambar 4. Peak power tracking photovoltaic power sistem showing major

components. (Wind and Solar Sistem, Patel, Mukind R., 1942) Gambar 4 menunjukkan komponen yang diperlukan dari sistem listrik yang berdiri sendiri pv. the peak tracker tegangan dan arus output dari array dan terus menyesuaikan titik operasi untuk mengekstrak daya maksimum di bawah kondisi iklim tertentu. Output dari array pergi ke inverter, yang mengubah DC ke AC. Output array yang melebihi kebutuhan beban digunakan untuk mengisi baterai. Pengisi daya baterai biasanya DC-DC buck converter. Jika kelebihan daya masih tersedia setelah sepenuhnya mengisi daya baterai, hal ini didorong dalam pemanas dump, yang mungkin ruang atau pemanas ruangan dalam suatu sistem yang berdiri sendiri.Ketika matahari tidak tersedia, pembuangan baterai ke inverter untuk menyalakan beban. Para Db discharge baterai dioda untuk mencegah baterai dari yang dibebankan pada saat pengisi daya dibuka setelah muatan penuh atau karena alasan lain. Array dioda adalah untuk mengisolasi array dari baterai, sehingga menjaga array dari bertindak sebagai beban pada baterai di malam hari. Kontroler modus mengumpulkan sinyal sistem, seperti array dan arus baterai dan tegangan, melacak keadaan baterai-cuma oleh pembukuan muatan / debit ampere-jam, dan perintah pengisi daya, converter debit, dan pemanas sampah pada atau tidak sesuai dengan kebutuhan. Kontroler modus adalah kontroler pusat untuk keseluruhan sistem. Dalam sistem grid terhubung, pemanas pembuangan yang tidak diperlukan, karena semua kelebihan daya diumpankan ke garis grid.Baterai juga dieliminasi, kecuali untuk beban kritis kecil, seperti start up kontrol dan komputer. Daya DC pertama-tama diubah menjadi AC oleh inverter, riak akan disaring dan kemudian hanya daya disaring dimasukkan ke dalam garis grid. Untuk aplikasi pv, inverter adalah komponen penting, yang mengubah kekuatan array yang DC ke AC untuk mensuplai beban atau berinteraksi dengan grid. Sebuah produk baru baru ini diperkenalkan ke pasar adalah AC-pv modul, yang mengintegrasikan inverter langsung dalam modul, dan saat ini tersedia dalam kapasitas ratus watt saja.Ini menyediakan utilitas kelas 60 Hz listrik langsung dari kotak persimpangan

modul. Hal ini sangat menyederhanakan desain sistem pv. (Wind and Solar Sistem, Patel, Mukind R., 1942)

D. Kapasitas Solar Cell Menurut SNI 04-6394-2000, didefinisikan bahwa energi yang harus dikeluarkan oleh modul fotovoltaik :

푬푩풆풃풂풏풉풂풓풊풂풏풓풂풏품풌풂풊풂풏풓풂풕풂 풓풂풕풂풑풂풅풂푺푻푪= 푷풓풂풕풆풅푺푻푪 ×푯풓풂풅풊풂풔풊풉풂풓풊풂풏풓풂풕풂 풓풂풕풂

Kemudian harus ditambahkan 25% dari keluaran harian STC sebagai ELoss : 퐸 = 퐸 × 0,25

Berarti Kapasitas dari solar cell yang dibutuhkan adalah

퐸 = 퐸 + 퐸 Namun dalam tugas akhir kali ini akan berbeda, Kita akan menghitung berapa E yang didapatkan oleh kapal selam tersebut sebelum dia masuk kedalam laut. Waktu yang didapatkan untuk mengisi baterai adalah sekitar 1jam sedangkan E yang dibutuhkan adalah Kebutuhan dikapal selam selama 45 menit.

III. METODOLOGI PENELITIAN

A. Identifikasi Dan Perumusan Masalah Pada proses ini kegiatan suatu identifikasi masalah yang

didapat dari pengamatan terhadap kebutuhan listrik dari kapal sehingga dapat menggerakkan kapal secara normal. Identifikasi masalah dilakukan dengan mendata peralatan peralatan yang digunakan kapal sebagai acuan waktu maksimal untuk mengisis baterai di permukaan. Masalah yang dianalisa adalah jumlah peralatan dan kebutuhan dari kapal tersebut belum diketahui.

B. Studi Literatur Pada tahapan studi literatur ini adalah mencari referensi

referensi mengenai masalah yang akan dianalisa.dari studi ini. Data data yang dirangkum bisa dari data internet, buku buku referensi, jurnal, paper, atau dari internet yang mendukung bahsan tentang tugas akhir ini. Selain itu bisa juga dengan melakukan tanya jawab dengan pihak yang bersangkutan mengenai skripsi ini.

C. Pengumpulan Data Dalam melakukan suatu analisa maka diperlukan data data yang perlu dianalisa adapun data data yang dibutuhkan dalam analisa di tugas akhir ini menggunakan beberapa Design secara langsung dan tidak langsung yaitu :

• Pengumpulan data secara langsung (Primer) Pengumpulan data seperi ini dilakukan peneliti dengan survey dan wawancara langsung kepada pihak terkait. Sesuai data yang diperlukan. Pengumpulan solar cell didasarkan kebutuhan solar cell.

• Pengumpulan data secara tidak langsung (sekunder) Pengumpulan data seperti ini dilakukan dengan mengambil data yang diperlukan guna proses

perhitungan, baik dari pihak-pihak yang terkait maupun dari literatur yang telah ada. Pengumpulan solar cell didasarkan luas dari kapal selam bagian atas.

D. Membuat Sistem Pengaturan Otomatis Pada tahap ini dilakukan pembuatan sistem pengaturan otomatis yang diinginkan. Dimana solar cell akan keluar dengan sendirinya dimana ia telah mendapatkan perintah dari control panel kapal selam dengan syarat bahwa kapal tersebut telah dalam keadaan surface atau terapung.

E. Analisa Hasil Pemecahan Masalah Setelah dilakukan pembuatan sistem pengaturan otomatis kemudian dilakukan pengujian dimana pengujian ini berdasarkan tujuan yang telah ditentukan diawal. Dalam pengujian pasti terdapat validasi dimana ketika hasil yang tidak sesuai dengan yang diinginkan maka dikembalikan lagi pada tahap pembuatan sistem pengaturan otomatis dan dilakukan perbaikan kemudian jika hasil pengujian menunjukan hasil yang diinginkan maka bisa dilakukan pembuatan kesimpulan dari hasil pengujian tersebut.

F. Dokumentasi Setelah didapat analisa, maka selanjutnya dilakukan proses dokumentasi yaitu penulisan laporan tugas akhir dalam format laporan yang telah ditetapkan.

IV. PEMBAHASAN

A. Perhitungan Solar Cell Design Awal

Gambar 5 Gambar Kapal Selam

Kapal selam mempunyai luasan 56,47 m2 Luasan solar cell adalah 1,66m x 0,99 m = 1,65m2 Sehingga

Gambar 6. Gambar Design 1

Jumlah solar cell yang dapat diaplikasikan ke kapal selam adalah n = 56,47 : 1,65 = 34 buah solar cell Namun karena tempat yang terbatas maka didapat hanya 29 buah solar cell. Design 2 menambahkan luasan 33,25 m2 atau 16,62 m2 pada masing masing sayap maka solar cell yang didapat berjumlah 47 buah.

Gambar 7Gambar Design 2

B. Perhitungan Intensitas Cahaya Winput : adalah nilai yang ditentukan berdasarkan tugas

akhir agus setyo Luas : Luasan Solar Cell Woutput : Daya yang mampu dihasilkan solar cell dengan

intensitas tsb Woutput real : Dalam spesifikasi solar cell yang dipilih

mempunyai maksimum output power sebesar 245,25 watt

Daya : Daya yang dihasilkan x dengan jumlah solar cell (tergantung dari Design)

C. Penentuan Charger Controller Maksimum Charger Ampere : 45,00A (Design 1) Maksimum Charger Ampere : 60,00A (Design 2) Maksimum Modul Ampere : 8,23 A Jumlah Solar Cell per Charger Controller: n = 45 A : 8,23 A = 5,47 buah ≈6 buah (Design 1) n = 7,29 buah ≈7 buah (Design 2) Sehingga dengan menggunakan Design 1 maka 29 buah solar cell dapat menggunakan 5 solar charger controller.

Sedangkan dengan design 2 dengan 47 solar cell harus menggunakan 7 Solar charger controller.

D. Sistem Baterai Berdasarkan Ampere

Berdasarkan Voltage

Sehingga didapatkan baerai berjumlah 2 buah dengan cara di paralel.

E. Perancangan Inverter Inverter digunakan untuk mengubah arus dari DC menjadi

Arus AC.Berikut adalah perhitungan perancangan inverter. Jumlah Inverter = Daya yang dihasilkan : Daya inverter = 7112,36 : 8000 (Design 1) = 11526,94 : 8000 (Design 2) = 0,9 buah, setara dgn 1 buah (Design 1) = 1,4 buah, setara dgn 2 buah (Design 2)

F. Perancangan Management Daya Solar cell akan mengisi mulai dengan jam 07.00 dengan asusmsi bahwa matahari telah terbit sehinga proses pengisian dapat dimulai, hingga jam 08.00. 7 menit sebelum kapal terfsebut masuk kedalam air, penumpang yang telah dijadwalkan untuk masuk kedalam kapal selam dapat mulai berangkat dari On shore sehingga mempersingkat waktu. Dan menjadi hiburan tersendiri bagi turis untuk melihat penutupan solar cell oleh sleeve. Mulai jam 08.00 dimulai penyelaman hingga jam 08.45 karena penyelaman hanya sekitar 45 menit. Kemudian Kapal selam kembali dalam mode surface atau mengapung. Kemudian solar cell dibuka kembali sekitar jam 09.00 karena turis mungkin akan berfoto ria di atas kapal selam 15 menit maksimum hingga pukul 10.0 dan seterusnya. Proses pengisian terakhir adalah jam 15.00 ini merupakan optional karena penyelaman maximal pada jam 14.00 hingga 15.00 dan juga karena pada jam tersebut mengalami fase kurangnya cahaya matahari.

G. Analisa penghematan energi Genset yang digunakan adalah Deutz PDA30 360 kW

dengan fuel consumtion sebesar 70l/h Kebutuhan Listrik untuk navigasi dengan lighting

adalah 1,69 kW Sehingga dengan konversi ,bisa menghemat sebesar

0,33 l/h Selama sehari (07.00-16.00) dapat menghemat

sebesar 1,98 l (6jam operasi ;maksimum operation hourDesign 1)

H. Perhitungan Casing Berat Solar cell = 46,3 lbs = 21 kg 9 buah Solar cell = 189 kg Berat Kaca

= Volume Kaca x Massa Jenis Kaca = Luasan Kaca x Tebal Kaca x Massa Jenis = 17 x 0,005 x 2579 kg/m3 = 214,4122478 kg Dengan menggunakan External door yang mempunyai

kapasitas sebesar 2000 N maka dibutuhkan 2 buah untuk masing masing pintu. Sehingga kebutuhannya adalah sebesar 4 buah external door.

External Door menggunakan pneumatic untuk membuka dan menutupnya. Sehingga membutuhkan kompressor. Yang digunakan adalah electrik kompressor dengan kebutuhan daya 3381 watt ,totalnya adalah 13524 watt

V. KESIMPULAN/RINGKASAN Dengan Menggunakan Design 1 dengan luasan

sebesar 56,47 m2maka solar cell yang didapat berjumlah 29 buah dan dapat menghasilkan daya sekitar 6.961,98 watt atau setara dengan 238,67 A selama satu jam pengisian.Sedangkan bila menggunakan Design 2 dengan menambahkan luasan 33,25 m2 atau 16,62 m2 pada masing masing sayap maka solar cell yang didapat berjumlah 47 buah dan dapat menghasilkan daya sekitar 11.283,20 watt atau setara dengan 386,81 A selama satu jam pengisian.

Dari perhitungan daya diatas maka didapatkan charger controller yang digunakan mempunyai daya sebesar 45 A untuk Design yang pertama dan 60 A untuk Design yang kedua. Jumlah yang dibutuhkan untuk memenuhi kebutuhan solar cellnya untuk Design 1 harus menyediakan 5 buah dan untuk Design kedua memerlukan 7 buah chager controller.

Dari perhitungan charger controller maka didapatkan inverter yang diperlukan untuk memenuhi Design pertama hanya perlu 1 inverter yang berkapasitas 8000 watt sedangkan untuk Design kedua memerlukan 2 inverter dengan kapasitas yang sama.Dari perhitungan daya dengan Design pertama maka kapal selam akan mampu beroperasi selama 3,35 jam didalam laut sedangkan bila menggunakan Designkedua kapal selam akan mampu menyelam selama 5,43 jam didalam laut.

Dengan kemampuan solarcell untuk mensupply daya selam 3 jam dengan Design pertama maka jadwal untuk pengoperasian kapal selam dapat ditambah dengan cara 1 jam pengisian mulai jam 07.00 hingga jam 08.00 kemudian beroperasi hingga jam 11.00 kemudian mengisi ulang selama 1 jam dilanjutkan kembali pengoprasian selama 3 jam. Sedangkan untuk Design kedua jam pengoperasianpun juga akan bertambah karena mampu mensupply hingga 5jam pengoprasian.

Dari perhitungan kemampuan solarcell untuk memenuhi kebutuhan listrik untuk navigasi dan lighting maka konversi penghematan bahan bakar yang dapat dilakukan adalah 0,33 l/h. Tinggl dikalikan dengan kemampuan solar cell. Bila menggunakan Design pertama akan menghasilkan

penghematan daya sebesar 1,98 liter dengan asumsi pengoperasian selama 6 jam dan 2 kali pengisian ulang. Sedangkan untuk Design yang kedua dapat menghemat bahan bakar sebanyak 3,3 liter dengan asumsi pengoperasian selama 10 jam dan 2 kali pengisian ulang.

Pada Design kedua untuk sistem buka tutup casingnya memerlukan sejumlah pneumatic external door dan beberapa electrical compressor yang memerlukan daya sebesar 13.524 watt sehingga ini akan menguras habis tenaga yang dihasilkan oleh solarcell. Sehingga dapat disimpulkan bahwa Design yang kedua tidak dapat diterapkan pada kapal selam tersebut.

UCAPAN TERIMA KASIH Penulis A.K. mengucapkan terima kasih kepada Dosen

dosen yang sudah mengajarkan ilmunya. Saya juga berterima kasih kepada Bapak dan ibu yang telah memberi doa restunya dan dukungannya.

DAFTAR PUSTAKA Patel, Mukund R. Ph.D., P.E., Wind and Solar Power Sistem.,

CNC Press, hal. 137-208,1942 Tjatur, Rusminto W. 2003. Solar Cell : Sumber Energi Masa

Depan yang Ramah Lingkungan Muda, R.S. 2010. Pemanfaatan Sel Surya Sebagai Catu Daya

Sistem Pendingin Mekanis Pada Kapal Ikan, Dept Marine Engineering, Institute Technologi Sepuluh Nopember, Surabaya

Setyo, A.W. 2008. Perancangan photovolic terintegrasi sistem distribusi 1 phasa menggunakan max power point tracker (MPPT) dengan Design Look Up table interpolar ., Dept Electro, Institute Technologi Sepuluh Nopember, Surabaya

www.sciencedirect.com www.bali-tours.com www.submarine-bali.com www.wouterlood.com