Sistem pedal Aplikasi Penggunaan Solar Panel

Banyak teknologi saat ini yang merusak bumi melalui polusi atau dengan menguras sumber daya alami yang tidak dapat diperbaharui di lingkungan. Ini menyebabkan banyak masalah yang muncul di daerah setempat sehingga dibutuhkan sebuah solusi untuk memecahkan masalah tersebut. Penggunaan teknologi tepat guna merupakan sebuah solusi yang tepat.

2.5. Teknologi Hybrid

Pengembangan teknologi tepat guna untuk sumberdaya energi alternatif merupakan sebuah solusi dalam menghadapi krisis energi. Hampir semua energi yang gunakan berasal dari bahan bakar fosil seperti batu bara, minyak dan gas alam termasuk dalam pembangkitan sumber energi listrik. Ketiga bahan tersebut merupakan non sumber energi terbarukan sumber energi yang tidak dapat diperbaharui karena ketiga bahan tersebut memerlukan jutaan tahun untuk terbentuk kembali untuk dapat digunakan lagi. Pembakaran bahan bakar fosil menyebabkan terjadinya pelepasan dalam jumlah besar karbondioksida, jika konsumsi energi terus meningkat pada tingkat sekarang diprediksikan suhu bumi akan naikpemanasan global. Belajar dari konsep teknologi “berbagi” yang dikembangkan pada teknologi hybrid di dunia otomotif, berbagai inovasi dapat terbentuk dengan mengadopsi inovasi tersebut bagi kebutuhan dalam dunia bisnis ataupun dunia produksi Miller, 2004. Teknologi hybrid terbukti memberikan efek penghematan konsumsi sumber energi, namun untuk pengembangan mesin pencuci rumput laut ini akan menggunakan teknologi hybrid perpaduan antara sumber energi dari sistem pedal yang digerakan oleh tenaga manusia dengan sistem listrik yang dihasilkan dari sistem tenaga surya. Berikut adalah penjelasan tentang teknologi hybrid penggabungan dari sistem pedal dan sumber tenaga matahari.

2.5.1. Sistem pedal

Sistem pedal menggunakan tuas yang digerakkan oleh kaki untuk mengoperasikan kerja dari suatu mesinalat. Sistem pedal umumnya digunakan pada sepeda yang berfungsi sebagai alat transportasi. Tuas yang digerakkan oleh kaki pada porosnya akan mengoperasikan ban belakang sepeda untuk meluncurmelaju mengikuti pergerakan kaki melalui perantara transmisi rantai sebagai penghubung gigi roda depan dengan gigi roda belakang yang terpasang pada sepeda Shigley et,al, 2004. Di negara-negara berkembang khususnya daerah-daerah terpencil yang jauh dari peradaban modern sistem pedal banyak digunakan dalam membantu kegiatan sehari-hari. Jauh dari sumber listrik dan susah masuknya teknologi, sistem pedal terbukti dapat mengatasi kekurangan tersebut Hu et al, 2005. Teknologi pedal tersebut dapat digunakan untuk mengganti kegunaan alat-alat yang membutuhkan listrik seperti, blender, pompa air , dan mesin cuci Gambar 5. Sumber: Hu et al, 2005 Gambar 5. Blender a dan pompa sumur b yang menggunakan sistem pedal

2.5.2. Sistem tenaga matahari

Letak Negara Indonesia yang berada pada garis khatulistiwa memberikan peluang terhadap Negara Indonesia untuk memanfaatkan radiasi sinar matahari yang cukup tinggi dan merata dalam menyuplai daya listrik untuk kebutuhan sehari-hari. Penggunaan solar panel dapat dijadikan solusi sebagai sumber daya listrik yang relatif murah dan indenpenden Gambar 6. Pembangkit listrik tenaga surya adalah ramah lingkungan dan sangat menjanjikan. Sebagai salah satu alternatif untuk menggantikan pembangkit listrik menggunakan uap dengan minyak dan batubara. Perkembangan teknologi dalam membuat solar panel yang lebih baik dari tingkat efisiensi, pembuatan baterai yang tahan lama, pembuatan alat elektronik yang dapat menggunakan Direct Current DC, adalah sangat menjanjikan. Pada saat ini penggunaan tenaga matahari masih dirasakan mahal karena tidak adanya subsidi Fraas et al, 2010. Gambar 6. Bentuk panel surya yang dipasarkan Keunggulan solar panel antara lain adalah 1 ramah lingkungan, 2 pemasangan fleksibel, praktis, tidak memerlukan perawatan sulit, 3 energi yang terbarukantidak pernah habis dan tidak memerlukan bahan bakar minyak, 4 tahan Lama; umur panel surya panjang investasi jangka panjang, 5 kapasitas daya listrik dapat ditambah sesuai kebutuhan. Solar panel sebagai komponen penting pembangkit listrik tenaga surya, mendapatkan tenaga listrik pada pagi sampai sore hari sepanjang ada sinar matahari. Tenaga listrik pada pagi - sore disimpan dalam baterai, sehingga listrik dapat digunakan pada malam hari Patel, 2000. Konfigurasi peralatan utama pada sistem solar panel untuk kebutuhan listrik sehari-hari dapat dilihat pada Gambar 7. Gambar 7. Konfigurasi peralatan utama sistem solar panel Untuk instalasi listrik tenaga surya sebagai pembangkit listrik, diperlukan komponen sebagai berikut.:

2.5.2.1. Solar panelpanel surya

Panel surya mengubah intensitas sinar matahari menjadi energi listrik. Panel surya menghasilkan arus yang digunakan untuk mengisi baterai. Panel surya terdiri dari photovoltaic, yang menghasilkan listrik dari intensitas cahaya, saat intensitas cahaya berkurang berawan, hujan, mendung arus listrik yang dihasilkan juga akan berkurang. Dengan menambah panel surya memperluas berarti menambah konversi tenaga surya. Umumnya panel surya dengan ukuran tertentu memberikan hasil tertentu pula. Contohnya ukuran a cm x b cm menghasilkan listrik DC Direct Current sebesar x Watt per jam. Menurut Jha 2010, terdapat 4 macam jenis solar panel yang memiliki karakteristik yang berbeda-beda dalam hal efesiensi perubahan daya, daya tahan, biaya pembuatan, serta penggunaannya untuk tiap jenisnya Tabel 3. Tabel 3. Perbandingan jenis-jenis panel surya Jenis solar panel Efesiensi perubahan daya Daya tahan Biaya Keterangan Penggunaan Sangat baik Mono Sangat baik Baik Kegunaan Pemakaian Luas Sehari-hari Baik Poly Sangat baik Sangat baik Cocok untuk produksi massal di masa depan Sehari-hari Cukup baik Amorphous Cukup baik Baik Bekerja baik dalam pencahayaan fluorescent Sehari-hari perangkat komersial kalkulator Sangat baik Compound GaAs Sangat baik Cukup baik Berat rapuh Pemakaian di luar angkasa Sumber: Jha, 2010 Lima faktor utama yang mempengaruhi unjuk kerjaperformansi dari solar panel adalah Fraas et al, 2010: 1. Bahan pembuat solar panel 2. Resistansi beban Tegangan baterai adalah tegangan operasi dari modul solar panel pada saat baterai dihubungkan langsung dengan solar panel. Sebagai contoh, umumnya baterai 12 volt, tegangan baterai biasanya antara 11.5 sampai 15 Volts. Untuk dapat men- charge baterai, solar panel harus beroperasi pada tegangan yang lebih tinggi daripada tegangan baterai. 3. Intensitas cahaya matahari Semakin besar intensitas cahaya matahari secara proposional akan menghasilkan arus yang besar. Jika tingkatan cahaya matahari menurun, bentuk dari kurva I-V menunjukkan hal yang sama, tetapi bergerak ke bawah yang mengindikasikan menurunnya arus dan daya. tegangan tidak berubah oleh bermacam-macam intensitas cahaya matahari Gambar 8. 4. Suhu temperatur panel surya Ketika keadaan suhu pada solar panel meningkat diatas standar suhu normal, yaitu 25 derajat Celcius efisiensi solar panel dan efesiensi tegangan akan berkurang. Gambar 9 memperlihatkan ketika suhu sel meningkat diatas 25 derajat Celcius suhu pada solar panel, bukan suhu udara, bentuk kurva I-V tetap sama, tetapi bergeser ke kiri sesuai dengan kenaikan suhu solar panel menghasilkan tegangan dan daya yang lebih kecil. Panas dalam kasus ini, adalah hambatan listrik untuk aliran elektron. Untuk itu aliran udara di sekeliling modul panel surya sangat penting untuk menghilangkan panas yang menyebabkan suhu solar cell panel yang tinggi. Gambar 8. Kurva I-V terhadap Intensitas cahaya matahari pada panel surya Gambar 9. Kurva I-V terhadap suhutemperatur pada panel surya 5. Bayanganshading Solar panel terdiri atas beberapa silikon yang diserikan untuk menghasilkan daya yang diinginkan. Satu silikon menghasilkan 0.46 Volt, untuk membentuk solar cell panel 12 Volt, 36 silikon diserikan, hasilnya adalah 0.46 Volt x 36 = 16.56. Shading adalah dimana salah satu atau lebih sel silikon dari solar cell panel tertutup dari sinar matahari. Shading akan mengurangi pengeluaran daya dari panel surya. Beberapa jenis modul solar panel sangat terpengaruh oleh shading dibandingkan yang lain.

2.5.2.2. Solar charge controller

Solar charge controller adalah peralatan elektronik yang digunakan untuk mengatur arus searah yang diisi ke baterai dan diambil dari baterai ke beban. Solar charge controller mengatur overcharging kelebihan pengisian - karena baterai sudah penuh dan kelebihan tegangan dari solar panel . Kelebihan tegangan dalam waktu pengisian akan mengurangi umur baterai Fraas et al, 2010. Solar charge controller menerapkan teknologi pulse width modulation PWM untuk mengatur fungsi pengisian baterai dan pembebasan arus dari baterai ke beban Gambar 10. Solar panel 12 Volt umumnya memiliki tegangan output 16 - 21 Volt. Jadi tanpa solar charge controller, baterai akan rusak oleh over-charging dan ketidakstabilan tegangan. Baterai umumnya di-charge pada tegangan 14 - 14.7 Volt. Beberapa fungsi detail dari solar charge controller adalah sebagai berikut: 1. Mengatur arus untuk pengisian ke baterai, menghindari overcharging, dan overvoltage. 2. Mengatur arus yang dibebaskan diambil dari baterai agar baterai tidak full discharge, dan overloading. 3. Monitoring temperatur baterai Gambar 10. Bentuk solar charge controler yang ada dipasaran Seperti yang telah disebutkan di atas, solar charge controller yang baik biasanya mempunyai kemampuan mendeteksi kapasitas baterai. Bila baterai sudah penuh terisi maka secara otomatis pengisian arus dari panel surya berhenti. Cara pendeteksian adalah melalui monitor level tegangan baterai. Solar charge controller akan mengisi baterai sampai level tegangan tertentu, kemudian apabila level tegangan drop, maka baterai akan diisi kembali Fraas et al, 2010.

2.5.2.3 Inverter

Inverter adalah perangkat elektrik yang digunakan untuk mengubah arus listrik searah DC menjadi arus listrik bolak balik AC. Inverter mengkonversi DC dari perangkat seperti baterai, panel surya menjadi AC seperti pada arus listrik yang dihasilkan oleh PLN Gambar 11. Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan inverter Hurley,2006 : 1. Kapasitas beban dalam Watt, usahakan memilih inverter yang beban kerjanya mendekati dgn beban yang hendak kita gunakan agar effisiensi kerjanya maksimal 2. Input DC 12 Volt atau 24 Volt 3. Sinewave ataupun square wave output AC Hurley 2006 juga menjelaskan true sine wave inverter diperlukan terutama untuk beban-beban yang masih menggunakan motor agar bekerja lebih mudah, lancar dan tidak cepat panas. Oleh karena itu dari sisi harga maka true sine wave inverter adalah yang paling mahal diantara yang lainnya karena yang outputnya paling mendekati bentuk gelombang asli dari jaringan listrik PLN. Dalam perkembangannya di pasaran juga beredar modified sine wave inverter yang merupakan kombinasi antara square wave dan sine wave. Perangkat yang menggunakan kumparan masih bisa beroperasi dengan modified sine wave inverter, hanya saja kurang maksimal tetapi pada square wave inverter beban-beban listrik yang menggunakan kumparan motor tidak dapat bekerja sama sekali. Rugi-rugi loss yang terjadi pada inverter biasanya berupa dissipasi daya dalam bentuk panas. Pada umumnya effisiensi inverter adalah berkisar 50-90 tergantung dari beban outputnya. Bila beban outputnya semakin mendekati beban kerja inverter yang tertera maka effisiensinya semakin besar, demikian pula sebaliknya. Modified sine wave inverter ataupun square wave inverter bila dipaksakan untuk beban-beban induktif maka effisiensinya akan jauh berkurang dibandingkan dengan true sine wave inverter. Perangkatnya akan menyedot daya 20 lebih besar dari yang seharusnya Hurley, 2006. Gambar 11. Bentuk inventer yang ada dipasaran

2.5.2.4 Baterai

Baterai adalah alat penyimpan tenaga listrik arus searah DC Gambar 12. Ada beberapa jenis bateraiaki di pasaran yaitu jenis baterai basahkonvensional, hybrid dan MF maintenance free. Baterai basahkonvensional masih menggunakan asam sulfat H 2 SO 4 dalam bentuk cair. baterai MF sering disebut juga dengan beterai kering karena asam sulfatnya sudah dalam bentuk gelselai. Dalam hal mempertimbangkan posisi peletakkannya maka aki kering tidak mempunyai kendala, lain halnya dengan aki basah Fraas et al, 2010. Aki konvensional memiliki kandungan timbalnya Pb yang tinggi sekitar 2,5 untuk masing-masing sel positif dan negatif. kandungan timbal untuk jenis hybrid sudah dikurangi menjadi masing-masing 1,7. Hanya saja pada sel negatifnya sudah ditambahkan unsur Calsium. Adapun sel positif untuk baterai MFkering masih menggunakan timbal 1,7, tetapi sel negatifnya sudah tidak menggunakan timbal melainkan Calsium sebesar 1,7. Ada beberapa pertimbangan dalam memilih baterai dalam penggunaannya Fraas et al, 2010: 1. Tata letak, apakah posisi tegak, miring atau terbalik. Bila pertimbangannya untuk segala posisi, maka baterai kering adalah pilihan utama karena cairan air aki tidak akan tumpah. baterai kering tahan goncangan sedangkan untuk baterai basah bahan elektodanya mudah rapuh jika terkena goncangan. 2. Voltasetegangan pada baterai yang banyak dijumpai di pasaran adalah yang bertegangan 6V, 12V dan 24V. Ada juga yang multipole yang mempunyai beberapa titik tegangan. Kapasitas baterai yang tertulis dalam satuan Ah Ampere hour yang menyatakan kekuatan baterai, seberapa lama baterai tersebut dapat bertahan mensuplai arus untuk bebanload. 3. Cranking ampere yang menyatakan seberapa besar arus start yang dapat disuplai untuk pertama kali pada saat beban dihidupkan. Baterai kering biasanya mempunyai cranking ampere yang lebih kecil dibandingkan baterai basah, akan tetapi suplai tegangan dan arusnya relatif stabil dan konsisten. Itu sebabnya perangkat audio mobil banyak menggunakan baterai kering. 4. Pemakaian dari baterai itu sendiri apakah untuk kebutuhan rutin yang sering dipakai ataukah cuma sebagai back-up saja. Aki basah, tegangan dan kapasitasnya akan menurun bila disimpan lama tanpa recharge, sedangkan aki kering relatif stabil bila di simpan untuk jangka waktu lama tanpa recharge. Dilihat dari keterangan di atas, baterai kering mempunyai banyak keunggulan maka harganya pun jauh lebih mahal daripada baterai basah. Untuk menjembatani rentang harga yang jauh maka produsen baterai juga memproduksi jenis baterai kalsium calcium battery yang harganya diantara keduanya. Gambar. 12. Bentuk baterai yang ada di pasaran

2.5.3. Aplikasi Penggunaan Solar Panel

Sampai saat ini, penggunaan solar panel sebagai salah satu energi alternatif telah meluas dalam berbagai bidang. Dilihat dari nilai ekonomis, pembangkit listrik tenaga surya solar panel memiliki nilai yang lebih tinggi dibandingkan dengan listrik yang dihasilkan dari PLN jika berada di daerah yang tidak dimungkinkan tersedianya jaringan listrik dari PLN, misalnya daerah terpencil, pertambangan, perkebunan, perikanan, dan desa terpencil. Dari segi jangka panjang, nilai ekonomisnya juga tinggi karena dengan perencanaan yang baik pembangkit listrik tenaga surya dengan solar panel memiliki daya tahan 20-25 tahun. Baterai dan beberapa komponen lainnya dengan daya tahan 3 - 5 tahun.Tenaga surya dapat diaplikasikan sebagai berikut Gambar 13: 1. Tenaga surya untuk penerangan di rumah 2. Tenaga surya untuk penerangan lampu jalan, taman, daerah pertambakan, dan pulau- pulau kecil 3. Tenaga surya sebagai sumber listrik untuk instalasi wireless WIFI, radio pemancar, perangkat komunikasi. 4. Tenaga surya untuk rumah walet, irigasi, pompa air. Gambar 13. Contoh penggunaan solar panel dalam sebagai sumber energi dalam beberapa instrmen a lampu penerangan b sistem buoy

3. METODE PENELITIAN

3.1. Waktu dan Lokasi Penelitian

Kegiatan penelitian dilaksanakan selama 8 bulan, dimulai bulan Agustus 2010 sampai dengan Maret 2011. Penelitian dilakukan di dua tempat, yaitu 1 Laboratorium Instrumentasi Kelautan, Departemen ITK, untuk melakukan perancangan mesin pencuci rumput laut dan pengujian lab dan 2 Desa Sanggrawayang, Pelabuhan Ratu, Sukabumi, Jawa Barat sebagai tempat diambilnya sampel rumput laut dari pembudidaya.

3.2. Alat dan bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini ditabulasikan pada Tabel 4. Tabel 4. Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian No. Alat dan bahan Kegunaan 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Seperangkat sepeda bekas Dua drum plastik yang berbeda ukuran Solar panel Kontroler Inventer Baterai 65Ah Motor AC Rumput laut Bagian utama dari sistem pedal sebagai penggerak Mesin keseluruhan Sebagai wadah penampung dari rumput laut Mengubah panas matahari menjadi sumber energi listrik Menstabilkan energi listrik yang dihasilkan dari solar panel Perangkat yang merubah tegangan DC menjadi tegangan AC 220 Volt Media penyimpanan sumber listrik Motor penggerak yang mengaduk wadah penampungan rumput laut, selain menggunakan sistem pedal Bahan yang akan diujikan pada mesin