studi desain power bank dengan menggunakan panel surya...

JURNAL TEKNOLOGI DAN INFORMATIKA (TEKNOMATIKA)Studi Desain Power Bank dengan Menggunakan Panel Surya

Sebagai Sumber Energi Alternatif

VOL. 5 NO. 2

MEI 2015

120

STUDI DESAIN POWER BANK DENGAN MENGGUNAKAN PANELSURYA SEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF

RahmawatiDhamar Wasisto Nugroho

Universitas Sriwijaya

AbstractOne of the problems in the electrical energy is limited fossil energy source which is the main source ofelectrical energy producer in Indonesia, it is necessary to renewable energy . Solar Cell is a devicethat converts solar energy into electrical energy, that comes from sunlight that is unlimited . Becausethe sources of the solar cell is the sun, then the output of the solar cell is not stable by reason of theweather . It would require an energy storage to accommodate the electrical energy. Power Bank is adevice that is used to keep energy from solar cell and used to move capacity to smartphone and handphone. In this study design the circuit capacity of the battery using solar cell which include capacityinto the smartphone and hand phone.In this final project, that day at 12.00 pm is the peak maximum absorption of solar cell. Solar cellcan produces voltage 10:24 Volt and current 0:30 A and Battery Power Bank produces a voltage4.96 V and currents 0:39 A and it can be concluded that the process energy conversion of solar cell isdetermined from the arrival of sunlight that affect the voltage and current have generated.

Keywords : Solar Cell, Power bank, Smartphone.

PENDAHULUAN

Salah satu permasalahan dalam energi listrik adalah keterbatasan sumber energifosil yang merupakan sumber utama penghasil energi listrik di Indonesia, maka dibutuhkanenergi terbarukan. Panel surya adalah perangkat yang mengubah energi surya menjadi listrik yangbersumber dari cahaya matahari yang tidak terbatas. Dikarenakan sumber dari panel surya adalahmatahari, maka hasil keluaran dari panel surya ini tidak stabil dikarenakan cuaca yang terjadi.Maka diperlukan suatu penyimpan energi untuk menampung energi listrik tersebut. Power bankadalah suatu peralatan yang digunakan untuk menyimpan energi dari panel surya dan digunakanuntuk memindahkan muatan ke Smartphone dan handphone. Pada penelitian ini merancangrangkaian pemuatan baterai menggunakan panel surya yang meliputi pemuatan ke smartphone danhandphone.

Beberapa judul penelitian yang telah dilakukan mengenai Panel Surya yang dilakukan olehHelly Andri (2010) dari Universitas Indonesia dengan judul penelitian “Rancang Bangun SystemBaterry Charging Automatic”.

LANDASAN TEORIPanel SuryaPanel surya mengkonversikan energi matahari menjadi listrik. Sel silikon yang disinari matahari



VOL. 5 NO. 2

MEI 2015

atau surya, membuat photon yang menghasilkan arus listrik. Sebuah panel surya menghasilkankurang lebih tegangan 0.5 Volt. Jadi sebuah panel surya 12 Volt terdiri dari kurang lebih 36 sel(untuk menghasilkan 17 Volt tegangan maksimun). Photovoltage (biasanya disebut juga selsurya) adalah piranti semikonduktor yang dapat merubah cahaya secara lansung menjadi menjadiarus listrik searah (DC) dengan menggunakan kristal silicon (Si) yang tipis.(http://www.panelsurya.com/index.php/id/panel-surya-solar-cells/panel-surya-solar-cells-type?format=pdf)

Gambar 1. Panel SuryaSumber: http://www-inst.eecs.berkeley.edu/~ee143/fa10/lectures/Lec_26.pdf

Macam-macam Panel SuryaAda beberapa macam panel surya adalah sebagai berikut : http://puzzleminds.com/teknologi-solar-cell-sumber-energi-utama-2030/1. Polikristal (Poly-crystalline)

Merupakan panel surya yang memiliki susunan kristal acak. Tipe polikristal memerlukan luaspermukaan yang lebih besar dibandingkan dengan jenis monokristal untuk menghasilkan dayalistrik yang sama, akan tetapi dapat menghasilkan listrik pada saat mendung dan berawan.

Gambar 2. Sel PolikristalSumber : http://www.aliexpress.com/item-img/Supply-200W-solar-panel-48-cell-poly-crystalline-solar- modules-BP-JLS48P-200W-positive-tolerance/1548142648.html

2. Monokristal (Mono-crystalline)

Merupakan panel surya yang paling efisien, menghasilkan daya listrik persatuan luasyang paling tinggi. Memiliki efisiensi sampai dengan 15%. Kelemahan dari panel surya jenis iniadalah tidak akan berfungsi baik ditempat yang cahaya mataharinya kurang, efisiensinya akanturun drastis dalam cuaca berawan.



VOL. 5 NO. 2

MEI 2015

3. AmorphousAmorphous silicon (a-Si) digunakan sebagai material panel surya. Kadang - kadang

panel surya jenis ini dapat ditemui pada kalkulator, walaupun peformanya lebih rendah dari panelsurya tradisional pada umumnya. Akan tetapi, mengingat kalkulator menggunakan daya yangsangat kecil, hal ini tidaklah berpengaruh.

4. Compound (Gallium Arsenide)Merupakan panel surya yang menghasilkan daya listrik yang sangat baik, karena Gallium

Arsenide dapat mengkonversi sekitar 40% radiasi matahari menjadi listrik, sehingga dua kalilebih efektif dibandingkan silikon. Efisiensi ini membuat gallium arsenide menjadi bahan pilihanuntuk membangun sel surya pesawat ruang angkasa, tetapi harga gallium arsenide sangat tinggidan penggunaanya hanya di luar angkasa.

Bagian-bagian Komponen Panel Surya

Komponen utama sistem surya photovoltage adalah modul yang merupakan unit rakitan beberapasel surya photovoltage. Modul photovoltage tersusun dari beberapa sel photovoltage yangdihubungkan secara seri dan paralel. Teknologi ini cukup canggih dan keuntungannya adalahharganya murah, bersih, mudah dipasang dan dioperasikan dan mudah dirawat. Sedangkankendala utama yang dihadapi dalam pengembangan energi surya photovoltage adalah investasiawal yang besar dan harga per kWh listrik yang dibangkitkan relatif tinggi, karena memerlukansubsistem yang terdiri atas baterai, unit pengatur dan inverter sesuai dengan kebutuhannyahttp://www.panelsurya.com/index.php/id/panel-surya-solar-cells/ukuran-dan-daya-panel-surya

Proses Konversi Cahaya Matahari Menjadi Listrik

Gambar 3. Proses Pengubahan Atau Konversi Cahaya Matahari Menjadi ListrikSumber: https://energisurya.wordpress.com/2008/07/10/melihat-prinsip-kerja-sel-surya-lebih-

dekat/

Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini dimungkinkankarena bahan material yang menyusun sel surya berupa semikonduktor. Lebih tepatnya tersusunatas dua jenis semikonduktor; yakni jenis n dan jenis p. Semikonduktor jenis n merupakansemikonduktor yang memiliki kelebihan elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n =negatif). Sedangkan semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut denganp ( p = positif) karena kelebihan muatan positif. Caranya, dengan menambahkan unsur lain ke



VOL. 5 NO. 2

MEI 2015

dalam semikonduktor, maka kita dapat mengontrol jenis semikonduktor tersebut.Awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk meningkatkan

tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan panas semikonduktor alami.Di dalam semikonduktor alami (disebut dengan semikonduktor intrinsik) ini, elektron maupunhole memiliki jumlah yang sama. Kelebihan elektron atau hole dapat meningkatkan daya hantarlistrik maupun panas dari sebuah semikoduktor(http://sumberbelajarangga.files.wordpress.com/2012/12/pembangkit-listrik-tenaga-surya.doc)

Perhitungan Konversi EnergiPerhitungan dilakukan untuk menetukan ukuran sel photovoltage dan baterai untuk sistemenergi matahari dengan kapasitas maksimum 1000 Watt. Langkah-langkah perancangan adalahsebagai berikut: (Helly, 2010)a. Kapasitas EnergiKapasitas energi adalah kemampuan suatu materi untuk melakukan kerja. Mengubah energipanasmenjadi energi listrik dengan media panel surya.Rumus kapasitas energi :C = V x I x t..………………………..………(2.1)Keterangan :C = Kapasitas Energi Total (Wh)V = Tegangan (V)I = Arus (I)t = Waktu (jam)b. Menentukan Susunan Modul Optimum Untuk Panel Surya

Penyusunan optimum adalah cara yang akan menentukan kebutuhan arus total paneldengan jumlah modul seminimum mungkin. Penentuan konfigurasi modul minimum denganmenghitung jumlah minimum modul yang menyediakan nilai arus panel yang dibutuhkan.Jumlah modul yang tersusun seri ditentukan oleh :

Keterangan :Vsistem : tegangan nominal sistemVmodul : tegangan nominal modul sel

Menentukan Jam Matahari Ekivalen(Equivalent Sun Hours, ESH) terbaik Jam matahari ekivalen suatu tempat ditentukan

berdasarkan peta insolasi matahari dunia yang dikeluarkan oleh Solarex (Solarex, 1996).Berdasarkan peta insolasi matahari dunia, diperoleh:ESH untuk Wilayah Katulistiwa = 4.5 jam.

a. Menentukan Lamanya Waktu Pemuatan Untuk Baterai Power bank.Penghitungan ini diperlukan untuk mengetahui estimasi waktu yang dibutuhkan

dalam proses pemuatan baterai berdasarkan hasil konversi dari panel menuju baterai. Denganmelakukan penghitungan inimaka dapat ditaksir lamanya proses pemuatan pada baterai power bank. Untuk menentukanlamanya waktu pemuatan baterai power bank dapat digunakan rumus sebagai berikut :



VOL. 5 NO. 2

MEI 2015

Nilai 1.2 sampai dengan 1.5 adalah faktor koreksi terhadap hambatan-hambatan yang ditimbulkanoleh penghantar serta perubahan temperature saat pengisian dan rugi rugi sistem dan faktorkeamanan.

Power BankPower bank adalah sebuah peranti yang digunakan untuk memasukkan energi listrik

kedalam baterai yang bisa diisi ulang tanpa harus menghubungkan peranti tersebut pada outletlistrik. Pengisi baterai ini disebut portabel karena berbeda dengan pengisi baterai yang harusdihubungkan pada outlet listrik, pengisi portabel dapat digunakan tanpa harus menghubungkanpada perangkat listrik. Namun power bank ini memiliki daya tampung energi listrik sehinggaketika daya tersebut telah habis terpakai, energi listrik harus kembali diisi kembali dengan caramenghubungkan kabel dengan outlet listrik.(http://www.ciungtips.com/2013/02/tips-memilih-power-bank-bagi-smartphone.html)

Smartphone

Smartphone sering diterjemahkan sebagai ponsel pintar, istilah sejenis lainnya, contohsmartphone adalah Nokia X7-00 Symbian Anna, Nokia E6 Symbian Anna, Sony Ericsson Xperiamini Android, HTC Desire S Android, Samsung Galaxy Mini Android, Bold Touch BlackBerryBlackBerry OS 7 dan lain-lain (http://www.swalt.info/os/android/83-sistem-operasi-android.html)

METODE PENELITIAN

Metodologi yang digunakan dalam kegiatan ini adalah studi literatur, reverse engineering danpengujian di lapangan.Rancangan RisetRancangan riset yang dilakukan dalam kegiatan ini adalah studi literatur dan reverse engineeringdan penerapan langsung dilapangan.1. Persiapan

Disini perlu dipersiapkan lokasi tempat penelitian, pengumpulan literatur.1. Perancangan/desain peralatan

Desain peralatan yang dilakukan meliputi : desain panel surya, baterai isi ulang, charger,regulator dan kabel konektor.

2. Mengumpulkan peralatanPengumpulan peralatan sesuai dengan kebutuhan yang digunakan, dengan cara membelimelalui took online dan offline.

3. Pembuatan alatPembuatan peralatan yang dilakukan meliputi : pembuatan penyangga panel surya,rangkaian regulator dan penstabil tegangan.

4. Instalasi peralatanInstalasi peralatan yang dilakukan meliputi; penginstalan panel surya sistem pengkabelan,sistem pengujian.

5. Uji coba peralatan



VOL. 5 NO. 2

MEI 2015

Uji coba pada peralatan ini dilakukan untuk mengetahui kehandalan, efisiensi, efektifitassistem yang dibuat.

6. Analisa dan evaluasiAnalisa dan evaluasi yang dilakukan pada peralatan yang dibuat meliputi, analisa hasil ujicoba sistem panel surya meluputi lamanya pengisian, besarnya nilai tegangan dan besarnyanilai arus.

Tabel 1. Perencana Waktu Penelitian

Alat dan Bahan Penelitiana. AlatPeralatan yang digunakan adalah sebagai berikut :1. Solder, kawat timah, baut atau sekrup, lem, gergaji, kabel, paku, meteran, multimeter,almunium.2. Panel SuryaAdapun spesifikasi panel surya yang digunakan sebagai berikut :Ukuran Panel : 22.5 x 15.5 cmJenis panel surya : PolikristalBerat panel : 0.5 kgPower maks (Pmax) : 5 WTegangan output : 9 vLaju arus maks : 0.56 AJumlah sel : 18 selBatas temperatur : -40 0C sampai +850C3. RegulatorRegulator digunakan untuk menstabilkan nilai tegangan yang berasal dari panel suryaterhadap nominal yang dibutuhkan power bank. Adapun spesifikasi regulator yang digunakansebagai berikut :Tegangan Input Maks : 5 VArus maksimum : 1.5 A4. Baterai isi ulang

No Kegiatan BulanSep Okt Nop Des

1 StudiPustaka

2 DesainPeralatan

3 PembelianPeralatan

4 PerakitanSistem

5 InstalasiPeralatan

6 Pengujian,pengukurandan analisisperalatan



VOL. 5 NO. 2

MEI 2015

Adapun spesifikasi baterai isi ulang yang digunakan sebagai berikut :Jenis lipium : Li-polymer (lipo)Tegangan output maks : 7.4 VKapasitas arus : 5 AJumlah Sel : 2 Sel

5. Kapasitor ElektrolitUntuk menyimpan muatan listrik dalam waktu tertentu, kapasitor yang digunakan 1000 µFTegangan Maksimum : 16 V

Diagram AlirDalam melakukan penyusunan laporan tugas akhir ini, langkah-langkah yang akan dilakukan dapatdilihat pada diagram alir penyusunan laporan tugas akhir. Dibawah ini adalah diagram alir dalampenyusunan laporan ini.

Gambar 4. Diagram Alir

Sumber: http://sdarsono.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/16512/Flowchart.pdf

Gambar Rangkaian Pemuatan

Gambar 5. Rangkaian Pemuatan dari Panel Surya ke Baterai Power bank



VOL. 5 NO. 2

MEI 2015

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengujian Tegangan dan Arus yang Dihasilkan Panel Surya

Pengujian pada modul panel surya bertujuan untuk mengetahui kesesuaian spesifikasi alatyang tercantum pada spesifikasi data teknis terhadap hasil pengujian di lapangan secara langsung.Dengan adanya proses pengujian ini, maka dapat disimpulkan bahwa apakah kinerja modul panelsurya yang akan digunakan telah mencapai hasil yang diharapkan dan dipergunakan sesuaidengan fungsinya. Pengujian ini juga dilakukan untuk memastikan semua modul telah terhubungdengan benar dan tidak terjadi kesalahan. Apabila terjadi kesalahan pada alat maka dapat segerakita lakukan perbaikan.

Pengujian modul panel surya ini dilakukan dibawah sinar matahari langsung dengancuaca tidak menentu karena cuaca bisa berubah-ubah. Pengujian ini mengambil waktu 5 haridengan waktu dari jam 11.00 sampai 13.00 WIB.

Gambar 6. Modul Panel Surya(Sumber : Dokumentasi Penulis)

Sistem kerja keseluruhan dari alat pemuatan baterai menggunakan panel surya dapat dilihat padatabel. Data di tabel 2 di bawah ini adalah data yang kita ukur hasil tegangan dari panel surya yangkita gunakan.

Tabel 2. Hasil Pengukuran Tegangan Modul Panel Surya

Tabel 2. Hasil Pengukuran Tegangan Modul Panel Surya

(Sumber : Dokumentasi penulis)

JamTeganganHari

TeganganHari

TeganganHari

TeganganHari

TeganganHari

Rata rata

pertama Kedua Ketiga Keempat Kelima per

(V) (V) (V) (V) (V) hari

11.00 9.55 8.99 9.12 8.47 9.95 9.2111.30 10.10 10.04 10.17 9.95 10.18 10.0812.00 10.15 10.12 10.45 10.18 10.39 10.2512.30 10.11 10.23 10.00 10.23 10.18 10.1513.00 9.82 9.65 9.85 10.06 9.77 9.83



VOL. 5 NO. 2

MEI 2015

Waktu(t)

Arus(A)

Di bawah ini terdapat grafik hasil pengukuran tegangan terhadap waktu pada modul panel suryasesuai dengan tabel 2.

Gambar 7. Grafik Hasil Pengukuran Tegangan terhadap Waktu Modul Panel Surya

Sedangkan arus yang dihasilkan panel surya menuju baterai power bank dapat kita lihat denganmelihat pada tabel 3.

Tabel 3. Hasil Pengukuran Arus Modul Panel Surya terhadap Baterai pada Power bank

JamArusHari I

ArusHari II

ArusHari II Arus Hari IV Rata rata

11.00 0.30 0.25 0.25 0.26 0.2611.30 0.32 0.29 0.29 0.30 0.3012.00 0.31 0.30 0.31 0.30 0.3012.30 0.29 0.28 0.29 0.26 0.2813.00 0.28 0.27 0.30 0.28 0.28

(Sumber : Dokumentasi penulis)

Adapun hasil grafik pengukuran arus modul panel surya terhadap waktu pada power bank dapatkita lihat pada gambar 8.

Gambar 8. Grafik Hasil Pengukuran Arus terhadap Waktu Modul Panel surya pada power bank



VOL. 5 NO. 2

MEI 2015

Pengujian Laju Arus dan Waktu Pengisian Baterai Smartphone

Prosedur pengujian pengisian baterai dilakukan untuk mengetahui estimasi laju arus pengisianbaterai dengan beberapa jenis sample smartphone dan mengetahui performa kemampuan bateraipada power bank untuk melakukan jumlah pengisian baterai handphone dalam berapa sikluspengisian.

Tabel 4. Pengujian Laju Arus dan Waktu Pengisian Baterai Smartphone

(Sumber : Dokumentasi Penulis)

Data Dari Hasil PengujianKapasitas Panel SuryaRumus:C = V x I x t .................................................(2.1)Keterangan :C : Kapasitas Energi Total (Wh)V : Tegangan (V) I : Arus (A)t : Waktu (Jam/Hours)

Hari Pertama : C = V x I x t= 9.94V x 0.30A x 4.5 jam= 13.419 Wh

Hari Kedua : C = V x I x t= 9.8V x 0.27A x 4.5 jam= 11.907 Wh

Hari Ketiga : C= V x I x t= 9.96Vx 0.28A x 4.5 jam= 12.549 Wh

Hari Keempat : C = V x I x t= 9.77Vx 0.28A x 4.5 jam

Jenis Smart Phone Tegangan Baterai (V) Laju Arus

Merk KapasitasArus

Baterai

SebelumPengecasan

SetelahPengecasan

PengisianBaterai

WaktuPengisian(Menit)

Samsung ACE 3GT-7270

1500 mAH 3.44 4.34 0.46 166

Nokia 101 800 mAH 3.26 4.06 0.35 98

Blackberry 9360 1000 mAH 3.45 4.10 0.37 145

Rata-rata 3.38 4.1 0.39 136



VOL. 5 NO. 2

MEI 2015

= 12.310 Wh

Hari Kelima : C = V x I x t=10.09Vx 0.28A x 4.5 jam= 12.713 Wh

Tabel 5. Kapasitas Panel Surya

(Sumber : Dokumentasi Penulis)

Menentukan Susunan Modul Sel Seri Optimum Untuk Panel Surya

Rumus :

………(2.2)

Keterangan :

Vsistem : tegangan nominal sistem panel surya

Vmodul : tegangan nominal modul panel surya

= 18 Modul

Menentukan Jam Matahari Ekivalen

(Equivalent Sun Hours, ESH) untuk Wilayah Katulistiwa = 4.5 jam……(2.3)

Menentukan Lamanya Waktu Pemuatan Untuk Baterai Power bank.

Penghitungan ini diperlukan untuk mengetahui estimasi waktu yang dibutuhkan dalamproses pemuatan baterai berdasarkan hasil konversi dari panel menuju baterai. Denganmelakukan penghitungan ini maka dapat ditaksir lamanya proses pengisian pada baterai powerbank dalam keadaan tidak ada muatan.Untuk menentukan lamanya waktu pemuatan baterai power bank dapat digunakan rumus

Hari Tegangan(v)

Arus(A)

KapasitasEnergiTotal

Keterangan

Pertama 9.84 0.30 11.928 CuacaberawanKedua 9.58 0.27 10.58

Ketiga 9.96 0.28 11.155 CuacaberawanKeempat 9.77 0.28 10.942

Kelima 10.09 0.28 12.713



VOL. 5 NO. 2

MEI 2015

sebagai berikut :

Nilai 1,2 sampai 1.5 adalah faktor koreksi terhadap hambatan-hambatan yang ditimbulkanoleh penghantar serta perubahan temperature saat pengisian dan rugi rugi sistem dan faktorkeamanan.

= 16.66 x 1.2= 19.92 jam

Berdasarkan perhitungan di atas maka waktu yang diperlukan jika baterai power bank kosongsampai terisi penuh dalam keadaan kosong selama 19.92 jam dengan rataan terbaik jam matahariper hari = 4.5 jam

PENUTUP

Berdasarkan keseluruhan perancangan serta pengujian terhadap panel surya dan powerbank dapat ditarik kesimpulan bahwa pada saat siang hari jam 12.00 WIB, panel surya mampumenghasilkan tegangan sebesar 10.24 V, arus sebesar 0.30 A dimana pada jam 12.00 WIBmerupakan puncak penyerapan yang maksimal.Berdasarkan perhitungan rata-rata laju tegangandan arus yang mengalir power bank terhadap baterai smartphone adalah 4.96 V dan 0.39 A.

DAFTAR PUSTAKA

http://www.pln.co.id/dataweb/RUPTL/RUPTL%202010-2019.pdf , diakses tanggal 2 Pebruari2015.

http://www.indoenergi.com/2012/04/pengertian-panel-surya.html, diakses tanggal 2 Pebruari2015

http://www.panelsurya.com/index.php/id/panel-surya-solar-cells/panel-surya-solar-cells-type?format=pdf, diakses tanggal 20 Pebruari 2015

http://puzzleminds.com/teknologi-solar-cell-sumber-energi-utama-2030/, diakses tanggal 25Maret 2015

http://www.panelsurya.com/index.php/id/panel-surya-solar-cells/ukuran-dan-daya-panel-surya,diakses tanggal 25 Maret 2015



VOL. 5 NO. 2

MEI 2015

https://energisurya.wordpress.com/2008/07/10/melihat-prinsip-kerja-sel-surya-lebih-dekat/,diakses tanggal 25 Maret 2015

http://sumberbelajarangga.files.wordpress.com/2012/12/pembangkit-listrik-tenaga-surya.doc,diakses tanggal 25 Maret 2015

Andri, Helly. 2010. “Rancang Bangun System Battery Charging Automatic“.Universitas Indonesia.

http://www.ciungtips.com/2013/02/tips-memilih-power-bank-bagi-smartphone.html, diaksestanggal 30 Maret 2015

www.baterryuniversity.com, diakses tanggal 04 April 2015, diakses tanggal 30 Maret 2015

http://elib.unikom.ac.id/files/disk1/642/jbptunikompp-gdl-ernisuryan-32065-8-unikom_e-i.pdf,diakses tanggal 30 Maret 2015

http://www.swalt.info/os/android/83-sistem-operasi-android.html, diakses tanggal 30 Maret 2015

studi desain power bank dengan menggunakan panel surya...

Documents