e. Orientasi panel atau array PV
Orientasi dari rangkaian PV array ke arah matahari secara optimum adalah penting agar panelderetan PV dapat menghasilkan energi maximum. Selain arah orientasi, sudut
orientasi tilt angle dari panelderetan PV juga sangat mempengaruhi hasil energi maximum lihat penjelasan tilt angle. Sebagai guidline: untuk lokasi yang terletak di
belahan Utara latitude, maka panelderetan PV sebaiknya diorientasikan ke Selatan, orientasi ke Timur—Barat, walaupun juga dapat menghasilkan sejumlah energi dari
panel- panelderetan PV, tetapi tidak akan mendapatkan energi matahari optimum. f.
Posisi letak sel surya array terhadap sudut orientasi matahari Tilt Angle Mempertahankan sinar matahari jatuh ke sebuah permukaan panel PV secara tegak lurus
akan mendapatkan energi maximum 1000 Wm
2
atau 1 kWm
2
. Kalau sinar matahari dengan bidang PV tidak tegak lurus, maka extra luasan bidang panel PV dibutuhkan
bidang panel PV terhadap sun latitude yang berubah setiap jam dalam sehari. Solar Panel PV pada Equator latitude 0
o
yang diletakkan mendatar tilt angle = 0 akan menghasilkan energi maximum, sedangkan untuk lokasi dengan latitude berbeda harus
dicarikan tilt angle yang optimum maksimal.
2.3 Baterai Battery
Baterai adalah obyek kimia penyimpan arus listrik. Dalam sistem solar cell, energi listrik dalam baterai digunakan pada malam hari dan hari mendung. Karena intensitas sinar matahari
bervariasi sepanjang hari, baterai memberikan energi yang konstan. Baterai tidak seratus persen efisien, beberapa energi hilang seperti panas dari reaksi kimia, selama charging dan discharging.
Charging adalah saat energi listrik diberikan kepada baterai, discharging adalah pada saat energi
listrik diambil dari baterai. Satu cycle adalah charging dan discharging. Dalam sistem solar cell, satu hari dapat merupakan contoh satu cycle baterai sepanjang hari charging, malam digunakan
discharging. Baterai tersedia dalam berbagai jenis dan ukuran. Ada dua jenis baterai yaitu disposable
dan rechargeable. Baterai rechargeable digunakan oleh sistem solar cell adalah aki baterai lead- acid seperti terlihat pada Gambar 2.6 di bawah ini.
Gambar 2.6 Baterai
2.4 Battery Charger
Pengertian dari Battery Charger adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengisi battery dengan arus konstan hingga mencapai tegangan yang ditentukan. Bila level tegangan yang
ditentukan itu telah tercapai, maka arus pengisian akan turun secara otomatis ke level yang aman tepatnya yang telah ditentukan dan menahan arus pengisian hingga menjadi lebih lambat
sehingga indicator menyala menandakan battery telah terisi penuh. Rangkaian baterai charger dapat dilihat pada Gambar 2.7 di bawah ini.
Gambar 2.7 Rangkaian Baterai Charger
Didalam rangkaian battery charger terdapat rangkaian regulator dan rangkaian comparator. Rangkaian regulator berfungsi untuk mengatur tegangan keluaran agar tetap
konstan, sedangkan rangkaian comparator berfungsi untuk menurunkan arus pengisian secara otomatis pada battery pada saat tegangan pada battery penuh ke level yang aman tentunya dan
menahan arus pengisian hingga menjadi lebih lambat sehingga menyebabkan indicator aktif menandakan battery telah terisi penuh.
2.4.1 Metode Charge Discharge
Baterry accumulator merupakan salah satu komponen yangsangat penting untuk memberikan supply tenaga terutama pada kendaraan bermotor, akan tetapi dalam tugas proyek
akhir ini yang berjudul Sistem Pengisian Battery Charger Pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin ini, accumulator digunakan untuk menyimpan energy listrik yang berasal dari generator
dikarenakan kecepatan angin yang berubah-ubah sehingga tegangan keluaran dari generator dc
juga berubah-ubah. Penelitian atau percobaan tentang Proses Charge dan Discharge telah menghasilkan banyak sekali metode yaitu antara lain:
a. Proses Charge dan Discharge dengan Arus Konstan.
Proses Charge dan Proses Discharge dengan arus konstan yang ditunjukkan pada Gambar 2.8 dan Gambar 2.9 dapat diambil kesimpulan bahwa, proses charge discharge akan
berakhir ketikawaktu yang telah diset terlampaui atau apabila kapasitas battery accumulator yang ditentukan telah terpenuhi.
Gambar 2.8 Proses Charge dengan Arus Konstan
Gambar 2.9 Proses Discharge dengan Arus Konstan
b. Proses Charge Discharge dengan Daya Konstan.
Proses Charge dengan daya konstan yang ditunjukkan pada Gambar 2.10 dilakukan ketika tegangan naik dan arus turun, proses ini berakhir ketika set time terpenuhi atau
tegangan pada battery terpenuhi. Sedangkan Proses Discharge dengan daya konstan yang ditunjukkan pada Gambar 2.11 dilakukan ketika tegangan baterryturun dan arus naik dan
discharge berakhir saat set time terlampaui atau tegangan beban terpenuhi.
Gambar 2.10 Proses Charge dengan Daya Konstan
Gambar 2.11 Proses Discharge dengan Daya Konstan
c. Gambar 2.12 menunjukkan Proses Charge dengan arus konstan ketika tegangan terminal
lebih rendah dari pada tegangan charge.
Gambar 2.12 Proses Charge dengan arus konstan tegangan konstan
d. Gambar 2.13 menunjukkan Proses Discharge dengan resistansi konstan ketika tegangan
baterry turun dan arus juga turun.
Gambar 2.13 Proses Charge dengan resistansi konstan
Untuk mengetahui waktu dalam proses pengisian accumulator, dapat menggunakan perhitungan pada persamaan 2.4.1 dan persamaan 2.4.2 berikut ini.
Lama pengisian Arus: Ta
= 2.4.1
Keterangan : Ta
= Lamanya pengisian arus jam. Ah
= Besarnya kapasitet accumulator Ampere hours. A
= Besarnya arus pengisian ke accumulator Ampere.
Lama pengisian Daya: Td
= 2.4.2
Keterangan : Td
= Lamanya pengisian Daya jam. Daya Ah = Besarnya daya yang didapat dari perkalian Ah dengan besar tegangan accumulator
Watt hours. Daya A = Besarnya daya yang didapat dari perkalian A dengan besar tegangan accumulator
Watt.
2.5 Solar PV Controller
PV Photovoltaic Controller bekerja seperti alat pengatur tegangan. Fungsi utama dari PV controller ini adalah untuk menghindari baterai dari pengisian ulang yang berlebihan
overcharged dari solar cells. Beberapa PV controller juga melindungi baterai dari kehabisan dini overdrain oleh beban alat listrik. Overcharge dan overdrain mengurangi umur baterai.
PV Controller menghindari overdischarging dengan: -
Mengaktifkan indikator ataupun buzzer untuk menyatakan tegangan baterai yang rendah -
Mendiskonek beban pada nilai tegangan baterai tertentu PV controller secara konstan mengawasi tegangan baterai. Ketika baterai sudah terisi
penuh, pengontrol akan berhenti atau mengurangi jumlah arus yang mengalir dari solar cells ke dalam baterai. Ketika baterai sudah habis sampai tingkat terendah, PV controller akan
mematikan arus yang mengalir dari baterai ke beban alat listrik. PV controller tersedia dalam berbagai ukuran, dari beberapa ampere sampai dengan
80amps. Untuk arus yang tinggi, dua atau lebih pengontrol PV dapat digunakan. Saat menggunakan lebih dari satu PV controller, diperlukan untuk membagi solar cells dalam
beberapa kelompok. Berikut diagram kerja controller seperti ditunjukkan pada Gambar 2.14.
Gambar 2.14 Diagram Kerja Controller
2.5.1 Jenis PV Controller
Ada 4 jenis controller : a.
Shunt PV Controller Shunt PV controller diciptakan untuk sistem yang sangat kecil. Mereka menghindari
pengisian ulang yang berlebihan dengan shunting atau sirkuitlingkaran pendek solar cells saat baterai sudah terisi penuh. Shunt controller mengawasi tegangan baterai dan
mengalihkan arus dari solar cells melalui power transistor saat nilai pre-set tegangan tercapai. Transistor bertindak sebagai resistant dan mengubah arus dari solar cells
menjadi panas. Shunt controller memiliki heat sinks untuk membantu menghilangkan produksi panas. Shunt controller juga memiliki blocking diode untuk menghindari arus
dari arus balik dari baterai ke solar cells pada malam hari. b.
Single Stage Controller Single stage controller menghindari pengisian baterai secara berlebihan dengan
mematikan sakelar dari solar cells ketika tegangan baterai mencapai nilai yang telah
ditentukan. Di luar dari nilai tersebut, arus dari solar cells akan mengisi baterai. Single stage controller menggunakan relay atau transistor untuk memutuskan aliran arus
pada saat pengisian baterai dan menghindari arus balik pada malam hari, dari baterai ke solar cells. Single stage controller ini kecil dan tidak mahal, dan mempunyai kapasitas
muatan yang lebih besar dari tipe shunt. controller. c.
Diversion Controller Controller ini otomatis mengatur arus yang mengalir ke baterai dengan memonitor
tegangan baterai yang sedang diisi, arus yang berlebih dialihkan ke resistor load. Arus dari solar cells dapat mengalir ketika tegangan baterai rendah. Saat baterai mendekati
penuh, controller mengalihkan sebagaian arus ke muatan resistors. d.
Pulse Width Modulation PWM Controller PWM controller adalah pengontrol yang saat ini tersedia di pasaran. seperti namanya
menggunakan lebar pulse dari on dan off elektrikal, sehingga menciptakan seakan-akan sine wave electrical form. Lamanya arus pulse yang sedang diisi ulang secara perlahan-
lahan berkurang sebagaimana tegangan baterai meningkat, mengurangi rata-rata arus ke dalam baterai.
2.6 Inverter
Inverter adalah perangkat elektrika yang digunakan untuk mengubah arus listrik searah DC menjadi arus listrik bolak balik AC. Inverter mengkonversi DC dari perangkat seperti
batere, accu, panel surya solar cell menjadi AC. Tujuan dasar dari sistem inverter panel surya adalah untuk mengubah listrik arus searah dari modul PV saat terhubung dengan utilitas grid
dan baterai berdiri sendiri atau diikat dengan baterai cadangan untuk listrik arus alternating,
dan untuk daya beban arus bolak balik. Berikut ini adalah skema rangkaian sederhana 12V DC to 220V AC seperti ditunjukkan pada Gambar 2.15.
Gambar 2.15 Skema Rangkaian Inverter
2.7 Lampu LED Light Emitting Diode
LED Light Emitting Diode adalah dioda semi konduktor dan dapat menyala jika mendapat arus, biasanya LED ditambahkan dengan reflektor yang berguna sebagai dari pantulan
dari LED tersebut, warna cahaya yang dipancarkan tergantung pada material semikondukting yang digunakan, dapat kita lihat didalam dioda terdapat Anode dan katoda.
Lampu LED Light Emitting Diode pada saat ini tidak hanya ditemui sebagai lampu indikator-indikator peralatan elektronika. Karena lampu LED bisa seterang lampu pijar bahkan
neon dapat saya contohkan lampu Ostar Lighting LED buatan Osram yang siap dipasarkan dapat memancarkan cahaya 1000 lumens sehingga cukup untuk menerangi ruangan dari ketinggian
sekitar 2 meter. Lumen merupakan satuan yang menunjukkan kekuatan cahaya yang dipancarkan. Sebagai gambaran, sebuah lampu pijar 60 watt dapat memancarkan cahaya 730
lumen dan lampu halogen 50 watt memancarkan 900 lumen. Gambar 2.16 menunjukkan contoh lampu LED yang dipakai dalam system penerangan tenaga surya.
Gambar 2.16 Lampu LED
Sebagai pengganti lampu, LED sangat potensial. Selain ukurannya kecil, LED juga hemat daya sebab efisiensinya tinggi. Ostar Lighting LED saja menghasilkan 75 lumen per watt dengan
arus kerja 350 miliampere. Rasio perubahan energi listrik menjadi cahaya jauh lebih besar daripada lampu pijar. Selain itu, untuk membuat LED tidak dibutuhkan logam beracun timbal
atau merkuri sehingga lebih ramah lingkungan. Daya tahannya juga mencapai 10 kali lipat daripada lampu halogen dan 50 kali lipat dibandingkan lampu pijar sehingga secara kesleuruhan
lebih murah. Namun, selama bertahun-tahun LED belum digunakan sebagai sumber penerangan ruangan karena tidak dapat menghasilkan cahaya yang terang. Berbagai jenis LED telah dibuat
dan dipakai sebagai lampu latar pada layar ponsel, lampu indikator berbagai alat elektronik, atau lampu papan reklame.
BAB III TEKNIK DAN PERENCANAAN SISTEM PENERANGAN
3.1 Teknik Penerangan
Cahaya adalah suatu gejala fisis. Sumber cahaya memancarkan energi yang sebagian energi tersebut menjadi cahaya tampak. Perambatan cahaya di ruang bebas dilakukan oleh
gelombang-gelombang elektromagnetik. Jadi cahaya itu merupakan suatu gejala getaran.
3.1.1 Satuan Penerangan Sistem Internasional
a. 1 watt cahaya adalah energi yang dipancarkan oleh suatu sumber cahaya sebesar 1 watt
dengan panjang gelombang 555 mµ b.
1 watt cahaya = 680 lumen c.
Flux cahaya lumen adalah jumlah seluruh cahaya yang dipancarkan oleh suatu sumber cahaya dalam satu detik.
d. Flux cahaya spesifik = lumenwatt
e. Steradian. Misalkan dari permukaan sebuah bola gambar 3.1 dengan jari-jari r
ditentukan suatu bidang dengan luas r
2
. Kalau ujung suatu jari-jari kemudian menjalani tepi bidang itu, maka sudut ruang yang dipotong dari bola oleh jari-jari ini disebut satu
ster adian. Karena luas permukaan bola sama dengan 4πr
2
, maka di sekitar titik tengah bola dapat diletakkan 4π sudut ruang yang masing-masing sama dengan satu steradian.
f. Intensitas cahaya candela = flux cahaya persatuan sudut ruang steradian yang
dipancarkan ke suatu arah tertentu. Intensitas cahaya diketahui melalui Persamaan 3.1 di bawah ini.
28
