PLTS

5/13/2018 PLTS - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/plts5571feca49795991699c183f 1/40

1

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang Masalah

Seiring dengan pertumbuhan penduduk di Indonesia yang bergerak secara

signifikan dari tahun ke tahun akan menimbulkan tuntutan pemenuhan hajat dasar,

contohnya pangan, sandang dan papan. Untuk mendapatkan kualitas yang bermutu

pada hal-hal tersebut tentulah akan sangat terkait dengan kebutuhan akan suplai

energi listrik yang sangat mencukupi. Jika suplai energi listrik ke pemukiman-

pemukiman penduduk, pusat-pusat bisnis dan perdagangan, sekolah-sekolah dari

tingkat dasar hingga atas dan institusi-institusi pendidikan tinggi lainnya tidaklah

mencukupi maka kondisi kehidupan yang semakin rumit akan dialami masyarakat

luas. Banyak sektor kehidupan masyarakat akan terpengaruhi dan berkembang

secara tidak sehat seperti tidak beroperasinya secara baik sejumlah infrastruktur

pendidikan, institusi pemerintahan, layanan jasa dan perdagangan, dan masih

banyak lainnya.

Berdasarkan data yang dikeluarkan oleh PT. PLN diperkirakan bahwa

tingkat pertumbuhan konsumsi listrik masyarakat Indonesia berkisar 6-7 persen

per tahunnya. Sejalan dengan trend kebutuhan masyarakat kita terhadap energi

listrik yang dari tahun ke tahun terus meningkat, secara khusus gambaran kondisi

kelistrikan kita juga ditandai oleh pertumbuhan beban puncak, dari jam 17.00



2

hingga 20.00, yang mencapai 4.8 persen per tahun [Fahmi Mochtar, 2008].

Apabila trend kebutuhan semacam ini tidak diikuti oleh penambahan kapasitas

pasokan listrik akan dapat dipastikan krisis listrik yang berkepanjangan akan di

alami oleh negara kita.

Maka dari itu bermunculanlah pemikiran untuk mengalihkan sistem

pembangkitan yang berasal dari energi tak terbaharukan menuju pembangkit

energi listrik dengan memanfaatkan sumber-sumber energi terbaharukan, misalnya

energi panas matahari, air dan angin. Bertolak dari pemikiran tersebut maka

penulis mencoba memikirkan bagaimana untuk lebih mengefisiensikan

penggunaan energi listrik yang sekarang ini (energi listrik dari PT PLN) dengan

mengkombinasikannya dengan energi listrik terbaharukan yakni penggunaan Sel

Surya. Dimana penulis harapkan akan menghasilkan sebuah efisiensi yang dapat

membantu dalam mengurangi efek beban puncak dan masalah kelistrikan lainnya

dalam tataran yang lebih sederhana. Mengingat sangat pentingnya hal ini

kedepannya pada sistem interkoneksi Sulawesi Selatan serta sangat aplikatif bagi

mahasiswa, maka penulis mencoba mengangkat hal ini sebagai bahan penulisan

tugas akhir.

I.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang tersebut di atas maka dapat dirumuskan

masalahnya sebagai berikut:



3

1. Bagaimana merancang alat kontrol agar Sel Surya dapat bekerja paralel

terhadap sistem maupun bekerja sendiri pada waktu yang telah ditentukan.

2. Bagaimana mempabrikasi alat kontrol sehingga dapat diaplikasikan dalam

mengurangi efek beban puncak.

3. Bagaimana menganalisa karakteristik dari alat tersebut.

I.3 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah:

1. Dapat merancang alat kontrol agar Sel Surya dapat bekerja paralel terhadap

sistem maupun bekerja sendiri pada waktu yang telah ditentukan.

2. Dapat mempabrikasi alat kontrol sehingga dapat diaplikasikan dalam

mengurangi efek beban puncak.

3. Dapat menganalisa karakteristik dari alat tersebut.

I.4 Batasan Masalah

Dalam penyelesaian tugas akhir ini, permasalahan dibatasi pada:

1. Sel Surya yang digunakan hanya ditujukan pada satu aplikasi saja, yakni

sebagai backup sistem dan aktif pada waktu tertentu (waktu beban puncak,

17.00 - 22.00)

2. Daya yang digunakan kami batasi hanya berada padai daya 5500 watt ke

bawah.



4

3. Untuk komponen yang digunakan adalah Kontaktor, Relay dan IC RTC

4.

Untuk inverter yang di gunakan di batasi pada inverter yang sudah tersedia di

pasaran

5. Untuk mikrokontrolernya kami menggunkan bahasa penmrograman C dengan

kompiler CodeVision AVR

I.5 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan tugas akhir ini dibagi dalam empat bab dengan

pembagian sebagai berikut:

BAB I Merupakan bagian pendahuluan yang berisi latar belakang masalah,

rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, dan sistematika

penulisan.

BAB II Merupakan bab yang berisi teori dasar yang relevan untuk bahan

penelitian.

BAB III Merupakan bab yang berisi tentang metode penelitian.

BAB IV Merupakan bab yang berisi tentang hasil dan pembahasan.

BAB V Merupakan bab penutup yang berisi kesimpulan dan saran mengenai

isi pembahasan pada bab-bab sebelumnya.



5

BAB II

Tinjauan Pustaka

II.1 Sejarah Sel Surya

Pada sekitar akhir abad 19, aliran listrik surya ditemukan oleh ahli

fisika Jerman bernama Alexandre Edmond Becquerel secara kebetulan

dimana berkas sinar matahari jatuh pada larutan elektro kimia bahan

penelitian, sehingga muatan elektron pada larutan meningkat. Pada awal

abad 20, Albert Einstein menamakan penemuan ini dengan ³Photoelectric

Effect´, yang kemudian menjadi pengertian dasar pada ³Photovoltaic

Effect´, dimana selempeng metal melepaskan ³Photon´ partikel energi

cahaya ketika terkena sinar matahari. Gelombang cahaya sinar lembayung

(ultraviolet) adalah sinar yang bermuatan energi

Foton tinggi dan panjang gelombangnya pendek, sedangkan sinar

merah (infra-red) adalah sinar yang bermuatan energi Foton rendah dan

dalam bentuk gelombang panjang. Sekitar tahun 1930, ditemukan konsep

³Quantum Mechanics´ untuk menciptakan teknologi baru ³solid-state´,

dimana perusahaan Bell Telephone Research Laboratories menciptakan Sel

Surya padat yang pertama. Tahun 1950 - 1960, teknologi disain dan

efisiensi Sel Surya terus berlanjut dan diaplikasikan ke pesawat ruang



6

angkasa (photovoltaic energies). Tahun 1970-an, dunia menggalakkan

sumber energi alternatif yang terbarukan dan ramah lingkungan, maka SEL

SURYA mulai diaplikasikan ke ³low power warning systems´ dan

³offshore buoys´ (tetapi produksi SEL SURYA tidak dapat banyak karena

masih ³handmade´). Baru pada tahun 1980 an, perusahaan-perusahaan SEL

SURYA bergabung dengan instansi energi pemerintah agar dapat lebih

memproduksi SEL SURYA sel dalam jumlah besar, sehingga harga sel-

surya dapat serendah mungkin.

II.2 Arus Energi Surya dan Proses Pemanfaatannya

Energi surya memasuki atmosfer bumi dengan kepadatan yang

diperkirakan sebesar antara satu hingga 1,4 kW/m2 dengan arah tegak lurus

terhadap poros sinar. Dari jumlah tersebut 34% dipantulakan kembali ke

ruang angkasa dan terdapat lebih kurang 560 W/m2 yang di serap bumi.



7

Dari angka perkiraan tersebut radiasi surya secara potensial di Indonesia

sebesar 1,12 x 108 MW.

Gambar II.1 secara skematis menunjukkan energi asal radiasi surya

yang mencapai bumi dan yang melalui berbagai proses, baik alamiah

maupun buatan manusia.

Pada proses I sinar matahari ditangkap oleh daun-daun tumbuh-

tumbuhan yang dikumpul dalam bentuk kayu dan massa bio, energi yang

terkumpul tersebut dapat dimanfaatkan oleh manusia.

Proses II menunjukkan radiasi surya yang memanasi atmosfer

sehingga terjadi perpindahan udara berupa angin dan arus pancar. Pada

proses III lautan dipanaskan. Di sini terjadi dua hal. Pertama air naik

sebagai uap menjadi awan dan turun di gunung dan air mengalir di sungai

merupakan potensi tenaga air. Selain itu, lautan dipanaskan. Lapisan laut

sebelah atas lebih panas dibandingkan lapisan bawahnya. Panas ini

merupakan potensi yang dimanfaatkan dengan cara konversi energi panas.

Pada Proses IV panas matahari dimanfaatkan secara langsung,

sebagaimana misalnya pada proses menjemur pakaian, atau membuat garam

seperti yang telah lama dilakukan manusia.

Pada Proses V, VI, dan VII pemanfaatan panas matahari dilakukan

dengan kolektor buatan manusia. Untu proses V energi yang dikumpulkan



8

kolektor biasanya dimanfaatkan untuk memanaskan air. Air yang panas

tersebut dapat dimanfaatkan, atau melalui proses uap maupun dengan cara

lain dijadikan tenaga listrik.

Proses VI sinar matahari melalui prinsip fotovoltaik (sel surya)

diubah langsung menjadi tenaga listrik.

Pada prose VII, digunakan sebuah satelit surya yang beredar dalam

suatu orbit di atas bumi untuk menangkap radiasi matahari dan mengubahya

menjadi pancaran gelombang mikro, yang dikirim ke suatu stasiun bumi.

II.3 Radiasi Matahari di Permukaan Bumi

Planet bumi hampir berbentuk bulat dengan jari-jari 6370 km. Waktu

yang diperlukan untuk sekali berotasi pada sumbunya adalah 24 jam dan

waktu yang diperlukan untuk sekali berevolusi terhadap matahari 365 hari.

Bumi mengelilingi matahari dengan lintasan berbentuk elips dengan

matahari terletak pada salah satu fokus. Pada tanggal 21 Desember posisi

bumi berada terdekat dengan matahari ( perihelion). Sedangkan pada

tanggal 21 Juni posisi bumi paling jauh (aphelion). Perbedaan jarak tersebut

berkisar + 3,3 %.

Karena Intensiatas radiasi matahari di luar atmosfer bumi berbanding

terbalik dengan jarak bumi dan matahari, maka pada akhir Desember bumi



9

mener ima radiasi sebesar 7,0 % berbanding terbali dengan pener imaan

radiasi pada akhir Juni

Sumbu rotasi bumi mir ing 23,450 terhadap orbitnya sewak tu

mengelilingi matahar i sehingga mempengaruhi perhitungan jumlah

distr i busi radiasi mathar i, perubahan wak tu siang dan malam, dan

pergantian musim.

Gambar II.2 Posisi bumi terhadap sinar matahar i

Indonesia ter letak di Ekuator, maka perubahan wak tu siang dan

malam ser ta pergantian musim tidak besar pengaruhnya sehingga tidak

begitu terasa jika di bandingkan dengan daerah-daerah dengan lintang yang

besar. Gambar II.2 menun jukkan pengaruh kemir ingan bumi pada beberapa

keadaan sepan jang tahun.



10

Matahar i melepaskan energinya dalam jumlah yang sangat besar

dalam bentuk radiasi elek tromagnetik. R adiasielek tromagnetik ini memilik i

dualisme si at, yaitu sebagai gelombang dan par tikel. Sebagai par tikel

radiasi matahar i ber interaksi dengan mater i. Hal ini disebut foton. Foton

inilah yang dimanfaatkan untuk keper luan pembangk itan tenaga listr ik

melalui sel fotovoltaik (sel surya).

II.4 Penentuan Posisi Matahari

Posisi suatu daerah pada bumi terhadap posisi matahar i di tentukan

oleh dua sudut yang berubah-ubah secara kontinu, yaitu sudut jam matahar i

dan sudut dek linasi ser ta oleh suatu sudut tetap yang menspesif ikan lokasi

derah tersebut ada bumi yaitu gar is lintangnya.

Gambar II.3 Var iasi Sudut kemir ingan permukaan tanah terhadap arah

pener imaan cahaya matahar i



11

II.4.1 Sudut Jam

Sudut Jam (H) dari matahari untuk suatu tempat tertentu adalah

bergantung pada posisi sesaat bumi dalam rotasi aksialnya. Oleh karena

bumi menyelesaikan rotasi 3600 dalam waktu 24 jam maka sudut jam

berubah 150

setiap jam. Sudut jam diukur dari meridian lokal, atau dari titik

tertinggi matahari di langit pada solar noon, dengan sudut-sudut antara saat

matahari terbit dan solar noon adalah bernilai positif dan sudut-sudut antara

posisi matahari setelah solar noon dan solar noon adalah negatif.

II.4.2 Sudut Deklinasi

Sudut deklinasi matahari adalah sudut antara sinar matahari dan garis

tegak lurus terhadap sumbu polar dalam bidang sinar matahari atau dengan

kata lain posisi angular matahari pada kedudukan tertingginya di langit

terhadap bidang ekuator. Sudut ini bergantung pada posisi sesaat bumi

dalam revolusinya mengelilingi matahari.

II.5 Spesifikasi Sel Surya

II.5.1 Dasar Sel Surya

Solar Cell adalah suatu pembangkit listrik tenaga surya digunakan pada

daerah-daerah tertentu yang tidak ada jaringn PLN untuk mensuplai beban. Sel

Surya diproduksi dari bahan semikonduktor yaitu silikon berperan sebagai isolator

pada temperatur rendah dan sebagai konduktor bila ada energi dan panas. Sebuah



12

Silikon Sel Surya adalah sebuah diode yang terbentuk dari dua lapisan yang

dinamakan PN juction. PN junction itu diperoleh dengan jalan menodai sebatang

bahan semikonduktor silikon murni ( valensinya 4 ) dengan impuriti yang

bervalensi 3 pada bagian sebelah kiri, dan yang di sebelah kanan dinodai dengan

impuriti bervalensi 5. Seperti Gambar di bawah:

Gambar II.4. Diagram dari sebuah potongan Sel Surya.

Sehingga pada bagian kiri terbentuk silikon yang tidak murni lagi dan

dinamakan silikon jenis P, sedangkan yang sebelah kanan dinamakan silikon jenis

N. Di dalam silikon murni terdapat dua macam pembawa muatan listrik yang

seimbang. Pembawa muatan listrik yang positif dinamakan hole, sedangkan yang

negatif dinamakan elektron. Setelah dilakukan proses penodaan itu, di dalam

silikon jenis P terbentuk hole ( pembawa muatan listrik positif) dalam jumlah

yang sangat besar dibandingkan dengan elektronnya. Oleh karena itu di dalam

silikon jenis P hole merupakan pembawa muatan mayoritas, sedangkan elektron

merupakan pembawa muatan minoritas. Sebaliknya, di dalam silikon jenis N



13

terbentuk elektron dalam jumlah yang sangat besar sehingga disebut pembawa

muatan mayoritas, dan hole disebut pembawa muatan minoritas.

Di dalam batang silikon itu terjadi pertemuan antara bagian P dan bagian

N. Oleh karena itu dinamakan PN junction. Bila sekarang, bagian P dihubungkan

dengan kutub positif dari sebuah baterai, sedangkan kutub negatifnya

dihubungkan dengan bagian N, maka terjadi hubungan yang dinamakan "forward

bias".

Dalam keadaan forward bias, di dalam rangkaian itu timbul arus listrik

yang disebabkan oleh kedua macam pembawa muatan. Jadi arus listrik yang

mengalir di dalam PN junction disebabkan oleh gerakan hole dan gerakan

elektron. Arus listrik itu mengalir searah dengan gerakan hole, tapi berlawanan

arah dengan gerakan elektron. Sekedar untuk lebih menjelaskan, elektron yang

bergerak di dalam bahan konduktor dapat menimbulkan energi listrik. Dan energi

listrik inilah yang disebut sebagai arus listrik yang mengalir berlawanan arah

dengan gerakan elektron. Tapi, bila bagian P dihubungkan dengan kutup negatif

dari baterai dan bagian N dihubungkan dengan kutub positifnya, maka sekarang

terbentuk hubungan yang dinamakan "reverse bias". Dengan keadaan seperti ini,

maka hole (pembawa muatan positif) dapat tersambung langsung ke kutub positif,

sedangkan elektron juga langsung ke kutub positif. Jadi, jelas di dalam PN

junction tidak ada gerakan pembawa muatan mayoritas baik yang hole maupun

yang elektron. Sedangkan pembawa muatan minoritas (elektron) di dalam bagian

P bergerak berusaha untuk mencapai kutub positif baterai. Demikian pula



14

pembawa muatan minoritas ( hole ) di dalam bagian N juga bergerak berusaha

mencapai kutub negatif. Karena itu, dalam keadaan reverse bias, di dalam PN

junction ada juga arus yang timbul meskipun dalam jumlah yang sangat kecil

(mikro ampere). Arus ini sering disebut dengan reverse saturation current atau

leakage current ( arus bocor ).

Ada yang menarik dalam keadaan reverse bias itu. Bila suhu PN juction

tersebut dinaikkan ternyata dapat memperbesar arus bocor yang timbul itu. Berarti

bila diberi energi (panas), pembawa muatan minoritas di dalam PN junction

bertambah banyak. Karena cahaya itu merupakan salah satu bentuk energi, maka

bila ada cahaya yang menimpa suatu PN junction dapat juga menghasilkan energi

yang cukup untuk menghasilkan pembawa muatan. Gejala seperti ini dinamakan

fotokonduktif. Berdasarkan gejala fotokonduktif itu maka dibuat komponen

elektronik fotodioda dari PN junction itu. Dalam keadaan reverse bias, dengan

memperbesar intensitas cahaya yang menimpa fotodioda dapat meningkatkan

arus bocornya. Arus bocor dapat juga diperbesar dengan memperbesar tegangan

baterai (tegangan reverse), tapi penambahan arus bocornya itu tidak signifikan.

Bila baterai dalam rangkaian reverse bias itu dilepas dan diganti dengan beban

tahanan, maka pemberian cahaya itu dapat menimbulkan pembawa muatan baik

hole maupun elektron. Jika iluminasi cahaya itu ditingkatkan, ternyata arus yang

timbul semakin besar. Gejala seperti ini dinamakan photovoltaic. Cahaya dapat

memberikan energi yang cukup besar untuk memperbesar jumlah hole pada

bagian P dan jumlah elektron pada bagian N. Berdasarkan gejala photovoltaic ini

maka dapat diciptakan komponen elektronik photovoltaic cell. Karena biasanya



15

matahari sebagai sumber cahaya, maka photovoltaic cell sering juga disebut solar

cell (sel surya) atau solar energy converter.

Jadi sel surya itu pada dasarnya sebuah foto dioda yang besar dan

dirancang dengan mengacu pada gejala photovoltaic sedemikian rupa sehingga

dapat menghasilkan daya yang sebesar mungkin. Silikon jenis P merupakan

lapisan permukaan yang dibuat sangat tipis supaya cahaya matahari dapat

menembus langsung mencapai junction. Bagian P ini diberi lapisan nikel yang

berbentuk cincin, sebagai terminal keluaran positif. Di bawah bagian P terdapat

bagian jenis N yang dilapisi dengan nikel juga sebagai terminal keluaran negatif.

Untuk mendapatkan daya yang cukup besar diperlukan banyak sel surya.

Biasanya sel-sel surya itu sudah disusun sehingga berbentuk panel, dan

dinamakan panel photovoltaic (sel surya). Sel Surya sebagai sumber daya listrik

pertama kali digunakan di satelit. Kemudian dipikirkan pula sel surya sebagai

sumber energi untuk mobil, sehingga ada mobil listrik surya. Sekarang, di luar

negeri, Sel Surya sudah mulai digunakan sebagai atap atau dinding rumah.

Bahkan Sanyo sudah membuat sel surya yang semi transparan sehingga dapat

digunakan sebagai pengganti kaca jendela. Sel surya di Indonesia sudah mulai

banyak dimanfaatkan, terutama sebagai energi penerangan di malam hari. Juga

sudah dilakukan uji coba untuk membuat mobil tenaga surya. Sekarang,

pemerintah sedang memikirkan untuk mengembangkan pemanfaatan sel surya ke

daerah-daerah transmigrasi.



16

II.5.2 Komponen Dalam Sistem Sel Surya

Komponen yang di perlukan dalam sistem kelistrikan Sel Surya adlah

komponen elektronika daya yang terdiri dari DC-DC Konverter dan Inverter DC-

AC.

a. DC-DC Konverter

Fungsi Konverter ini sebagai implementasi dari pelacakan titik daya

maksimum pada modul sel surya. Pelacak titik daya maksimum ini adalah

sebuah charge controller berupa devais elektronik yang mengatur agar

modul sel surya maksimum output. Langkah pertama yang harus

dilakukan adalah menentukan tegangan sel surya yang menghasilkan daya

maksimum. Lalu memilih sebuah DC-DC konverter untuk mengatur

tegangan Modul SEL SURYA tetap pada tegangan maksimum tersebut.

b. Inverter DC-AC

Berdasarkan bentuk tegangan outputnya inverter dapat dibedakan menjadi

tipe squarevawe inverter (output sinyal kotak)dan sinewave inverter

(output sinyal sinus). Karena jaringan listrik beroperasi menggunakan

sinyal sinusoidal maka pada umumnya inverter yang di gunakan adalah

singel pha se f ull bridge inverter.

II.6 Prinsip Kerja Sel Surya

Secara sederhana solar cell terdiri dari persambungan bahan

semikonduktor bertipe p dan n (p-n junction semiconductor) yang jika tertimpa



17

sinar matahari maka akan terjadi aliran electron, nah aliran electron inilah yang

disebut sebagai aliran arus listrik. Sedangkan struktur dari solar cell adalah seperti

ditunjukkan dalam gambar dibawah:

Gambar II.5 Struktur lapisan tipis solar sel secara umum

Bagian utama perubah energi sinar matahari menjadi listrik adalah

absorber (penyerap), meskipun demikian, masing-masing lapisan juga sangat

berpengaruh terhadap efisiensi dari solar cell. Sinar matahari terdiri dari

bermacam-macam jenis gelombang elektromagnetik yang secara spectrum dapat

dilihat pada gambar II.6. Oleh karena itu absorber disini diharapkan dapat

menyerap sebanyak mungkin solar radiation yang berasal dari cahaya matahari.

Gambar II.6. Spektrum radiasi sinar matahari



18

Lebih detail lagi bisa dijelaskan sinar matahari yang terdiri dari photon-

photon, jika menimpa permukaaan bahan solar sel (absorber), akan diserap,

dipantulkan atau dilewatkan begitu saja (lihat gambar 3), dan hanya foton dengan

level energi tertentu yang akan membebaskan elektron dari ikatan atomnya,

sehingga mengalirlah arus listrik. Level 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 dari pada 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. Karenanya sangatlah penting pada solar sel untuk mengatur

bahan yang dipergunakan, yaitu dengan memodifikasi struktur molekul dari

semikonduktor yang dipergunakan.

Gambar II.7. Radiative transition of solar cell

Tentu saja agar efisiensi dari solar cell bisa tinggi maka foton yang berasal

dari sinar matahari harus bisa diserap yang sebanyak banyaknya, kemudian

memperkecil refleksi dan remombinasi serta memperbesar konduktivitas dari

bahannya.



19

Untuk bisa membuat agar foton yang diserap dapat sebanyak banyaknya,

maka absorber harus memiliki energi band-gap dengan range yang lebar, sehingga

memungkinkan untuk bisa menyerap sinar matahari yang mempunyai energi

sangat bermacam-macam tersebut. Salah satu bahan yang sedang banyak diteliti

adalah CuInSe2 yang dikenal merupakan salah satu dari direct semikonductor.

Gambar II.8. Bagian Dalam dari Photovoltaic

Dari begitu banyak keuntungan solar cell seperti telah diuraikan diatas

ternyata tidak polemik tidak kemudian berhenti begitu saja, masih ada yang

mengatakan memang benar solar cell ketika melakukan proses perubahan energi

tidak ada polusi yang dihasilkan, tetapi sudahkah kita menghitung berapa besar

polusi yang telah dihasilkan dalam proses pembuatannya, dibandingkan kecilnya

efisiensi yang dihasilkan. Nah tantangannya disini adalah memang bagaimana

untuk menaikkan efisiensi, yang tentunya akan berdampak kepada nilai

ekonomisnya.



20

II.7 Energi Listrik

Sel surya dalam menghasilkan listrik tidak tergantung pada besaran luas

bidang Silikon, dan secara konstan menghasilkan energi berkisar ± 0.5 volt

maksimum 600 mV pada 2 amp, dengan kekuatan radiasi solar matahari 1000

W/m2

= ´1 Sun´ akan menghasilkan arus listrik (I) sekitar 30 mA/cm2

per sel

surya. Grafik I-V Curve (gambar 2) menggambarkan keadaan sebuah sel surya

beroperasi secara normal. Sel surya menghasilkan energi maximum jika nilai Vm

dan Im juga maximum. Isc adalah arus listrik maximum pada nilai volt = nol; Isc

berbanding langsung dengan ketersediaan sinar matahari. Voc adalah volt

maximum pada nilai arus nol; Voc naik secara logaritma dengan peningkatan

sinar matahari, karakter ini yang memungkinkan sel surya untuk mengisi accu.

Isc = short-circuit current

Vsc = open-circuit voltage

Vm = voltage maximum power

Im = current maximum power

Pm = Power maximum-output dari Sel

Surya array (watt)

Gambar II.9. Grafik I-V Curve



21

II.8 Daya dan Efisiensi

Sebelum mengetahui daya sesaat yang dihasilkan kita harus mengetahui

energi yang diterima, dimana energi tersebut adalah perkalian intensitas radiasi

yang diterima dengan luasan dengan persamaan :

.................. Rumus 1

dimana :

Ir = Intensitas radiasi matahari ( W/m2)

A = Luas permukaan (m2)

Sedangkan untuk besarnya daya sesaat yaitu perkalian tegangan dan arus

yang dihasilkan oleh sel fotovoltaik dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

..................... Rumus 2

dimana :

P = Daya (Watt),

V = Beda potensial (Volt)

I = Arus (Ampere)



22

Efisiensi yang terjadi pada sel surya adalah merupakan perbandingan daya

yang dapat dibangkitkan oleh sel surya dengan energi input yang diperoleh dari

sinar matahari. Efisiensi yang digunakan adalah efisiensi sesaat pada pengambilan

data.

................. Rumus 3

Apabila pengguna menginginkan tegangan maupun arus yang lebih besar,

maka panel solar cell dapat dirangkai secara seri atau paralel maupun kombinasi

keduanya. Bila panel dirangkai seri maka tegangan yang naik tetapi bila dirangkai

paralel maka arus yang naik.

Setelah mendapatkan output dari solar cell yang berupa arus listrik dapat

langsung digunakan untuk beban yang dimanfaatkan. Tetapi juga arus listrik

tersebut dapat digunakan sebagai pengisian dengan cara disimpan ke dalam

baterai agar dapat dipergunakan pada saat yang diperlukan khususnya pada malam

hari karena tidak adanya sinar matahari.

Apabila solar cell tersebut digunakan untuk penyimpanan ke baterai, maka

besarnya tegangan yang dihasilkan harus diatas spesifikasi baterai tersebut.

Misalnya baterai yang digunakan adalah 12 Volt, maka tegangan yang dihasilkan

solar cell harus diatas 12 Volt untuk dapat melakukan pengisian.

Sebaiknya sebelum melaksanakan pengisian sebaiknya baterai dalam

keadaan kosong karena arus yang masuk akan dapat terisi dengan maksimal.

Satuan kapasitas suatu baterai adalah Ampere jam ( Ah ) dan biasanya



23

karakteristik ini terdapat pada label suatu baterai. Misalnya suatu baterai dengan

kapasitas 10 Ah akan terisi penuh selama 10 jam dengan arus output solar cell

sebesar 1 Ampere.

II.9 Faktor Pengoperasian Sel Surya

Pengoperasian sel surya agar didapatkan nilai yang maksimum sangat

tergantung pada faktor berikut:

a. Ambient air temperature. Sebuah sel surya dapat beroperasi secara

maksimum jika temperatur sel tetap normal (pada 250

C). Kenaikan

temperatur lebih tinggi dari temperatur normal pada sel surya akan

melemahkan tegangan (Voc). Pada Gambar II.10, setiap kenaikan

temperatur sel surya 10 Celsius (dari 250

C) akan berkurang sekitar 0.4 %

pada total tenaga yang dihasilkan atau akan melemah dua kali (2x) lipat

untuk kenaikan temperatur sel per 100C.

Gambar II.10. E fek dari Inten sita s Ar us (I)

b. Radiasi matahari. Radiasi matahari di bumi dan berbagai lokasi

bervariable, dan sangat tergantung keadaan spektrum solar ke bumi.



24

Insolation solar matahari akan banyak berpengaruh pada current (I) sedikit

pada tegangan .

c. Kecepatan angin bertiup. Kecepatan tiup angin disekitar lokasi larik sel

surya dapat membantu mendinginkan permukaan temperatur kaca-kaca

larik sel surya.

d. Keadaan atmosfir bumi. Keadaan atmosfir bumi berawan, mendung, jenis

partikel debu udara, asap, uap air udara (Rh), kabut dan polusi sangat

menentukan hasil maximum arus listrik dari deretan sel surya.

e. Orientasi panel atau larik sel surya. Orientasi dari rangkaian sel surya

(larik) ke arah matahari secara optimum adalah penting agar panel surya

dapat menghasilkan energi maksimum. Sudut orientasi (tilt angle) dari

panel surya juga sangat mempengaruhi hasil energi maksimum (lihat

penjelasan tilt angle). Sebagai guidline: untuk lokasi yang terletak di

belahan Utara latitude, maka panel surya sebaiknya diorientasikan ke

Selatan, orientasi ke Timur Barat walaupun juga dapat menghasilkan

sejumlah energi, tetapi tidak akan mendapatkan energi matahari optimum.

f. Posisi letak sel surya (larik) terhadap matahari (tilt angle).

Mempertahankan sinar matahari jatuh ke sebuah permukaan panel sel

surya secara tegak lurus akan mendapatkan energi maksimum ± 1000

W/m2

atau 1 kW/m2

. Kalau tidak dapat mempertahankan ketegak lurusan

antara sinar matahari dengan bidang PV, maka ekstra luasan bidang panel

sel surya dibutuhkan (bidang panel sel surya terhadap sun altitude yang

berubah setiap jam dalam sehari).



25

Gambar II.11. Ekstra Luasan Panel PV dalam posisi datar.

Panel sel surya pada ekuator (latitude 0 derajat) yang diletakkan mendatar

(tilt angle = 0) akan menghasilkan energi maksimum, sedangkan untuk lokasi

dengan latitude berbeda harus dicarikan ³tilt angle´ yang optimum.

II.10 Tipe-tipe pemasangan Sel Surya

Dalam pemasangannya, sel surya dapat dibedakan menjadi :

a. Tipe stand-alone, dimana tipe ini biasanya digunakan untuk beban listrik

terisolasi atau di daerah terpencil, kapasitas kecil.

b. Tipe i solated grid , tipe ini biasanya digunakan untuk beban listrik besar

terisolasi dan terkonsentrasi, bisa dikombinasikan dengan sumber energi

lain dalam operasi hybrid.

c. Tipe grid connected , tipe ini digunakan pada daerah yang telah memiliki

sistem jaringan listrik komersial, dan sistem langsung output energi surya

ke dalam jaringan listrik.



26

Untuk daerah perkotaan yang sudah terjangkau aliran listrik PLN, biasanya sel

surya dipasang secara grid connected. Revolusi aplikasi sel surya pada bangunan

arsitektur telah mengalami perkembangan yang pesat, mulai dari teknologi biasa

sampai teknologi tinggi pada generasi ke-3, yaitu :

a. Generasi Pertama (tahun 1980 an), panel-panel/deretan sel surya modul

dengan rangka besi hanya diletakkan (mounting) pada bidang atap datar

bangunan dengan alat penyangga (tracking).

b. Generasi Kedua (tahun 1990 an), sel surya dikembangkan lebih menyatu

menjadi bagian material bangunan yaitu: bahan atap (genting, sirap).

c. Generasi Ketiga (tahun 1997), sel surya dikembangkan menjadi kesatuan

integrasi bangunan arsitektur dalam berbagai materi bangunan dan aplikasi

canggih.

Pemasangan sel surya secara grid connected dengan jaringan listrik PLN, dapat

digunakan sebagai:

a. Sebagai catu-daya back-up, dimana

y Energi surya disimpan dalam battery storage dan digunakan pada

saat terjadi padam listrik

y Meningkatkan kualitas pelayanan daya listrik pada sistem yang

lemah.

b. Sebagai sarana Load Shaving , dimana :

y Energi surya disimpan dalam battery storage dan digunakan pada

saat beban tinggi.



27

y Energi yang tersimpan dalam battery tersebut dapat digunakan

untuk membantu mengurangi beban puncak.

c. Sebagai P eak Cliping :

y Pada aplikasi grid-connected bisa terjadi koinsidensi beban puncak

dan radiasi puncak

y Pada kondisi ini energi surya dapat langsung berdampak pada

penurunan konsumsi untuk beban puncak dari jaringan listrik.

II.11. Mikrokontroler

Dalam pembuantan kontrolnya digunakan mikrokontroler AVR.

Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC 8 bit, dimana semua instruksi

dikemas dalam kode 16 bit (16 bits words) dan sebagian besar instruksi dieksekusi

dalam 1 (satu) siklus clock,berbeda dengan instruksi MCS51 yang membutuhkan

12 siklus clock Tentu saja itu terjadi karena kedua jenis mikrokontroler tersebut

memiliki arsitektur yang berbeda. AVR berteknologi RISC ( Red uced In str uction

Set Computing ), sedangkan seri MCS51 berteknologi CISC (Complex In str uction

Set Computing ). Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu

keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega, dan AT86RFxx. Pada

dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan

fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa

dikatakan hampir sama.



28

II.11.1. Arsitektur ATMega8535

Gambar II. 12 Ar sitekt ur ATMega 8535



29

Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa ATMega8535 memilki bagian

sebagai berikut:

a. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan

Port D.

b. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.

c. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan.

d. CPU yang terdiri ata 32 buah register.

e. Watchdog Timer dengan osilator internal.

f. SRAM sebanyak 512 byter

g. Memori Flash sebesar 8kb dengan kemampuan Real While Write.

h. Unit intrupsi internal dan eksternal.

i. Port anatarmuka SPI

j. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat deprogram saat operasi.

k. Antarmuka komparator analog.

l. Port USART untuk komunikasi serial.



30

II.11.2. Fitur ATMega8535

Kapabilitas detail dari ATMega8535 adalah sebagai berikut:

a. Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal

16 MHz.

b. Kapabilitas memori flash 8 kb, SRAM 512 byte, dan EEPROM

sebesar 512 byte.

c. ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel.

d. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5

Mbps.

e. Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik.

II.11.3. Konfigurasi Pin ATMega8535

Konfigurasi pin ATMega8535 pada gambar II.13. Dari gambar tersebut

dapat dijelaskan secara fungsional konfigurasi pin ATMega8535 sebagai berikut:

a. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya.

b. GND merupakan pin ground.

c. Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan

ADC.

d. Port B(PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus,

yaitu Timer/Counter, kompatator analog, dan SPI.



31

e. Port C(PC0..PC17) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus,

yaitu TWI, komparator analog dan Timer Oscilator.

f. Port D(PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus,

yaitu komparator analog, interupsi eksternal, dan komunikasi serial.

g. RESET merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler

h. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.

i. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.

j. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.

Gambar II.13 Konfig ura si P in ATMega8535



32

II.11.4. Peta Memori

AVR ATMega8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan

memori program yang terpisah.Memori data terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32

buah register umum, 64 buah register I/O, dan 512 byte SRAM internal.

Register keperluan umum menempati space data pada alamat terbawah,

yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu, register khusus untuk menangani I/O dan

control terhadap mikrokontroler menempati 64 alamat berikutnya, yaitu $20

hingga $5F. Register tersebut merupakan register yang khusus digunakan untuk

mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral mikrokontroler, seperti control

register, timer/counter, fungsi-fungsi I/O, dan sebagainya. Alamat memori

berikutnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu lokasi $60 sampai dengan

$25F. Konfigurasi memori data yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

Gambar II.14 P eta Memori Data ATMega8535



33

Memori program yang terletak dalam Flash PEROM tersusun dalam word

atau 2 byte setiap instruksi memiliki lebar 16 bit atau 32 bit. AVR ATMega8535

memiliki 4Kbyter x 16 bit Flash PEROM dengan alamat mulai dari $000 sampai

$FFF. AVR tersebut memiliki 12 bit program counter sehingga mampu

mengalamati isi Flash

Gambar II.15 Memori P rogram ATMega8535



34

IC RTC

VCC

BAB III

Metode Penelitian

III.1 Waktu dan Tempat Pelaksanaan

a. Waktu : 5 September sampai 20 Oktober 2009

b. Tempat: Laboratorium Instalasi Listrik, Universitas Hasanuddin

Makassar.

III.2 Tahap Pelaksanaan

a. Pembuatan Hardware

Gambar III.1 Blok Diagram P erancangan Hardware

VCC

I C A T M E G A 8 5 3 5

LCD

VCC

IC BUFFER

INVERTER

BATERAI

SEL SURYA

RELAY

Load

PLN

kontaktor

IC RTC

VCC



35

Dalam pembahasan ini, pengontrolan merupakan hal yang sangat

penting dimana keterkaitan antara sel surya dengan suplai listik dari PLN

harus sangat di jaga. Pengontrolan ini juga memungkinkan pengaturan

suplai di jam-jam tertentu seperti dibahasakan dalam batasan masalah

yakni sel surya akan mengambil peran dari PLN pada waktu beban puncak

yakni pukul 17.00- pukul 22.00.

Alur pembuatan hardware ini dimulai dengan menrangkai sistem

suplai dari sel surya yang terdiri dari panel surya menuju ke modul

kemudian ke baterai penyimpanan dan terakhir ke inverter. Setelah itu kita

merangkai sistem ATS itu sendiri yang dimulai dari suplai PLN dan suplai

Sel Surya (dalam hal ini berasal dari Inverter) kemudian menuju ke

kontaktor. Bagian ketiga yakni Mikrokontroller itu sendiri yang dimulai

dari IC ATMega 8535 dengan input IC RTC, ADC (pembaca keadaan

baterai penyimpanan) dan output relay dan tampilan displai di LCD.

Setelah selesai ketiga bagian itu diintegrasikan menjadi satu.

Adapun program yang digunakan dalam pengontrolan

menggunakan mikrokontroler AVR. Dimana pengontrolan ini

menggunakan prinsip layaknya Automatic Tran s fer Swit ch (ATS) yang

menggunakan prinsip pengontrolan mikrokontroler.



36

b. Pembuatan Software

Tidak

Ya

Tidak

Ya

Gambar III.2 Flowchart perancangan software

START

Inisialisasi Pin

MIkrokontroller

Baca ADC (pin 7)

ADC < 234

PORTC.3 =0

Baca Tanggal &

Waktu di RTC

Jam > 16 dan < 23

PORT C.3 =0

PORTC.3 = 1

PLTS ON

LOWBET SEGERA DI

CHARGE



37

BAB IV

Hasil dan Pembahasan

IV.1. Karakteristik komponen yang digunakan:

a. Sensor terhadap suplai dari PLN

Suplai PLN akan dibaca melalui ada tidaknya tegangan yang membuat coil

(kumparan) dari kontaktor menjadi energised (aktif). Dimana jika coil kontaktor

aktif maka semua kontak pada kontaktor akan berubah keadaan dari keadaan awal

terbuka (Normaly Close) menjadi tertutup, dan dari keadaan tertutup (Normaly

Close) menjadi terbuka. Pada alat ini suplai dari PLN dihubungkan dengan kontak

Normaly Open. Sedangkan Sel Surya dihubungkan dengan kontak Normaly

Close. Sehingga jika coil energised kedua kontak ini akan berubah keadaan, hal

ini juga diharuskan agar kedua suplai tidak aktif secara bersama-sama atau lebih

sering disebut dengan keadaan interlock.

b. Sensor akan kondisi Baterai

Sebenarnya ini bukanlah sebuah sensor elektronika layaknya IC akan

tetapi hanya merupakan sebuah rangkaian pembagi tegangan yang nantinya

tegangan ini akan di bandingkan ke dalam bahasa pemrograman dalam IC

Atemega 8535. Program ini dinamakan ADC dimana prinsipnya yakni

perbandingan tegangan dari rangkaian kontrol akan di konversi ke dalam sebuah

nilai, yang nilai inilah akan menjadi acuan nilai batas minimal yang menandakan

bahwa keadaan dari Baterai telah berada pada posisi nilai yang sudah tidak cukup

lagi. Sebagai contoh dalam alat kontrol ini, tegangan 12 Volt DC di bandingkan

ke dalam angka 255 di dalam bahasa program IC Atemega 8535 dan dikatakan

kritis (low batery) pada nilai 234 atau setara denga tegangan 11 Volt DC.

Penentuan batas minimal ini merupakan kewenangan dari programer. Baiknya

jika melihat aspek dari Kapasitas dan Spesifikasi dari Baterai yang digunakan.



38

c. Timer Switch (IC RTC)

IC RTC adalah sebuah IC yang berfungsi sebagai real timer yang

digunakan sebagai IC pewaktuan, yaitu IC yang berfungsi sebagai jam yang

mengirimkan bit ke IC Atemega 8535 sehingga dapat di proses sebagai sebuah

input. Dalam hal ini IC inilah yang berfungsi sebagai IC pewaktuan yang

membuat Alat kontrol ini beralih switch dari Suplai PLN ke suplai Sel Surya.

Pada alat kontrol ini IC RTC di program melalui sebuah Sofware

Codevision.V2.03.4 untuk menswitch pada pukul 17.00-22.00. Akan tetapi pada

praktiknya kami gunakan program untuk detik ke 17 sampai ke detik 22 dengan

tujuan agar lebih efisien.

d. Integrasi Sensor dalam Alat Kontrol

Dalam alat ini semua komponen yang digunakan akan terintegrasi dalam

sebuah perintah pemrograman yang tujuannya telah disebutkan pada bab pertama,

sehingga alat kontrol ini dapat digunakan sebagaimana mestinya.

IV.2. Pengambilan dan Analisa Data

a.

Besar arus yang digunakan pada mikrokontroller Sebelum Relay Energised = 2,5 mA

Setelah Relay Energised = 5 mA

Jika Kapasitas Ampere Jam pada baterai yang di gunakan adalah 100 Ah

maka:

Jangka waktu pemakaian baterai untuk mikrokontroller adalah:

Arus Sebelum Relay Energised dalam sehari @ 2,5 mA x 19 jam = 47,5

mAh

Arus Setelah Relay Energised dalam sehari @ 5 mA x 5 jam = 25 mAh

Sehingga Total pemakaian Arus dalam Sehari @ 47, 5 mAh + 25 mAh =

72,5 mAh

Lama Pemakaian Baterai untuk mikrokontroller adalah



39

Batas pemakaian baterai untuk mikrokontoller adalah

hari

Jadi sebaiknya Baterai untuk mikrokontroller di charge (diganti) pada hari

ke 56

b. Lama Pengisian baterai Penyimpanan

Panel Surya yang digunakan berkapasitas 50 Wp dengan tegangan 12

Volt.

Sehingga arus yang disimpan ke baterai penyimpanan adalah:

= 4, 17 A.

Kapasitas Ampere Jam baterai penyimpanan yang digunakan adalah 65 Ah

Sehingga waktu yang digunakan untuk menyimpan arus dari Panel Surya

ke baterai adalah:

Jadi dalam sehari proses input ke baterai adalah 16 jam.

c. Persentase Kesalahan ADCTegangan input dari baterai adalah 12 Volt DC

Secara Praktek Tegangan pada pin 8 Mikrokontroller adalah 5 Volt DC

Secara Teori Tegangan pada pin 8 Mikrokontroller adalah:

R1 adalah 2K

R2 adalah 2,1 K

x Vin =

Sehingga Persentase Kesalahan ADC adalah



40

BAB V

PENUTUP

a. Kesimpulan

Berdasarkan hasil analisis pada bab sebelumnya dapat diambil

beberapa kesimpulan, yaitu:

1. Pengontrolan pada alat ini merupakan gabungan rangkaian

hardware dan sofware yang memudahkan proses pemindahan

suplai listrik ke beban fital, serta membantu terjaminnya suplai

listrik pada saat beban listrik dari PLN berada pada puncaknya

yaitu pada pukul 17.00 22.00.

2. Alat kontrol ini memiliki karakteristik berupa lama pemakaian

baterai penyimpanan untuk mikrokontrloller adalah 56 hari, lama

pengisian baterai penyimpanan oleh sel surya 16 jam, dan

presentase kesalahan pembacaan ADC adalah 14, 5%.

b. Saran

1. Untuk pengembangan alat kontrol ini dapat dilakukan dengan

mengubah kapasitas komponen elektronika yang digunakan seperti

meningkatkan kapasitas kontaktor, dan penambahan devais untuk

input mikrokontroller.

2. Untuk integrasi dan analisis pengembangan ke depannya sebaiknya

seluruh komponen agar diimplementasikan dengan efisiensi

masing-masing komponen

.

PLTS

Documents

Transcript of PLTS