Perancangan Prototype Solar Water Pump System.

ABSTRAK

Dewasa ini kebutuhan akan energi cenderung semakin bertambah, akan tetapi sumber energi konvensional tidak dapat mengimbanginya. Sumber energi alternatif yang cocok untuk dimanfaatkan dan dikembangkan di Indonesia adalah tenaga matahari. Salah satu contoh pemanfaatan tenaga matahari guna menjalankan pompa air dikenal dengan nama Solar Water Pump System.

Ada lima komponen utama dalam Solar Water Pump System, yaitu : solar panel, charge regulator, accu, inverter dan pompa air. Transformasi energi radiasi matahari menjadi energi listrik dapat dilakukan oleh solar cell. Charge regulator berguna untuk mengatur tegangan dan arus dari solar panel menuju accu agar accu terhindar dari overcharge. Untuk menyimpan energi yang dihasilkan solar panel, sistem memerlukan accu. Karena sistem menggunakan beban AC maka diperlukan inverter untuk mengubah sumber enegi DC yang tersimpan dalam accu menjadi energi AC.

Dalam perancangan prototype Solar Water Pump System ini, dijelaskan perhitungan spesifikasi minimum dari komponen sistem, perhitungan lama beban dapat beroperasi, waktu charge accu serta perhitungan besar tilt angle agar energi radiasi matahari yang diterima solar panel maksimum. Komponen yang direalisasikan yaitu: series regulator dan square wave inverter.

Dari data pengamatan, terlihat bahwa series regulator membutuhkan tegangan input minimum sebesar 15VDC agar series regulator dapat aktif. Series regulator akan memutuskan daya dari solar panel menuju accu jika tegangan accu melebihi 12,7VDC. Tegangan accu mencerminkan kondisi energi yang tersimpan dalam accu, pada saat “penuh” tegangan accu bernilai 12,7VDC. Pada square wave inverter, bentuk sinyal output dipengaruhi oleh jenis beban. Untuk beban resistif, bentuk sinyal output tetap square, tetapi untuk beban induktif, bentuk sinyal output rounded.

ABSTRACT

Nowadays, the need of energy tends to increase, but conventional energy resources cannot handled it. Alternative energy resources that suitable to use in Indonesia is solar energy. The example of solar energy application is to operate water pump that known as Solar Water Pump System.

There are five major components in Solar Water Pump System, that is: solar panel, charge regulator, lead acid battery, inverter and water pump. Transformation radiation energy into electrical energy can be performing with solar cell. Charge regulator used to regulate voltage and current from solar panel into lead acid battery in order to prevent lead acid battery from overcharge. To store the energy that produced by solar panel, system need a lead acid battery. Because system use AC load then need an inverter to transform DC energy resources that save in lead acid battery into AC energy.

In this prototype design of Solar Water Pump System, explained about calculation minimum of component system, calculation how long load can be operate, time for charge lead acid battery also calculation tilt angle magnitude so solar radiation energy that accepted by solar panel maximum. The component realized that is: series regulator and square wave inverter.

In observation seen, that series regulator needs minimum input voltage as much 15VDC in order to make series regulator active. Series regulator will cut a power from solar panel into lead acid battery if lead acid battery voltage over 12,7VDC. Lead acid battery voltage reflect energy condition that store in lead acid battery, when “full” lead acid battery voltage as much 12,7VDC. In square wave inverter, output signal form influenced with type of load. For resistive load, output signal form still square, but for inductive load, output signal form rounded.

DAFTAR ISI

halaman

LEMBAR PENGESAHAN SURAT PERNYATAAN

ABSTRAK………...…i

ABSTRACT……...……….ii

KATA PENGANTAR………...iii

DAFTAR ISI………...v

DAFTAR TABEL………..……….viii

DAFTAR GAMBAR……….…ix

DAFTAR RUMUS………...xii

DAFTAR LAMPIRAN………...xiv

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Masalah………...………….……….1

I.2 Identifikasi Masalah……….…..….………2

I.3 Tujuan……….……...…….2

I.4 Pembatasan Masalah………...…….…...2

I.5 Spesifikasi Komponen……….……….……...3

I.5 Sistematika penulisan ………3

BAB II LANDASAN TEORITIS II.1. Matahari………...………....…….4

II.1.1 Solar Radiation……….……….……..………...…………..5

II.1.2 Solar Altitude……….………...………...………….6

II.1.3 Global Radiation…………..………...………...10

II.1.4 Air Mass (AM)………...………11

II.1.5 Tilt Angle………...……….12

II.2 Solar Cell (Photovoltaic Cell)….……….…………...………13

II.2.1 Solar Electricity System………....………..13

II.2.2 P-N Junction………....………...16

II.2.3 Prinsip Kerja Solar Cell...19

II.2.4 Solar Cell Ideal...20

II.2.5 Real Solar Cell………..…..………25

II.2.6 Jenis Solar Cell………..…..………...28

II.2.7 Interkoneksi Solar Cell………...……...……….29

II.2.7.1 Koneksi Paralel………...……….……...………...29

II.2.7.2 Koneksi Seri……….………...…….……….30

II.3 Accu……….………...….…………....34

II.3.1 Jenis Accu………..…..…………...34

II.3.2 Reaksi Elektrokimia Accu……….…….…...………….36

II.3.3 Circuit Ekuivalen Accu………..………..…..…………38

II.3.4 Karakteristik Accu……….………….……...……….39

II.3.5 Kapasitas Accu………..……..……...42

II.3.6 Efisiensi Accu………...………...….………..44

II.3.7 Interkoneksi Accu……….….……...……..45

II.4 Charge Regulator (Charge Controller)………….………...………....47

II.5 Inverter Satu Phasa………..48

II.6 Pompa Air………..………..…………..…..52

BAB III PERANCANGAN PROTOTYPE III.1 Prototype Solar Water Pump System…………...………..…………....54

III.2 Analisa Sistem………..……..……55

III.2.1 Spesifikasi Minimum Komponen………….……….………...…55

III.2.2 Perkiraan Lama Beban Beroperasi dan Lama Charge Accu…………56

III.2.3 Perhitungan Tilt Angle……….……..57

III.2 MOSFET sebagai Switch………...………...……….62

III.3 Series Regulator………..……...63

III.4 Square Wave Inverter……….66

BAB IV DATA PENGAMATAN

IV.1 Pengukuran Series Regulator……….68

IV.2 Pengukuran Square Wave Inverter……….…...69

IV.3 Lama Discharge Accu………...………71

IV.4 Lama Charge Accu………75

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1 Kesimpulan……….……….………....79

V.2 Saran………..……….….……79

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

halaman

Tabel II.1 Solar radiation beserta satuannya………...………...……5

Tabel II.2 Solar altitude untuk berbagai latitude selama solstice dan equinox……...……….………...9

Tabel II.3 Albedo untuk berbagai jenis permukaan bumi………...…………...10

Tabel II.4 Karakteristik Solar Electricity System………..16

Tabel II.5 Efisiensi maksimum solar cell………...……...…24

Tabel II.6 Tegangan open-circuit berdasarkan State of Charge…………..…...40

Tabel III.1 Tilt angle di Bandung selama periode solstice dan equinox…………58

Tabel IV.1 Pengukuran series regulator……….……68

Tabel IV.2 Pengukuran lama discharge accu……….71

Tabel IV.3 Perbandingan hasil perhitungan dan pengukuran discharge accu………..74

Tabel IV.4 Pengukuran lama charge accu……….75

Tabel IV.5 Perbandingan hasil perhitungan dan pengukuran charge accu………...78

DAFTAR GAMBAR

halaman

Gambar II.1 Spektrum radiasi matahari …….………...…...4

Gambar II.2 Nilai irradiance bulanan untuk berbagai latitude.………...…...7

Gambar II.3 Ilustrasi summer solstice dan winter solstice (atas) Ilustrasi vernal equinox dan autumnal equinox (bawah)…...…….8

Gambar II.4 Variasi lamanya matahari bersinar untuk berbagai latitude….………...…….8

Gambar II.5 Global radiation………..………..…….10

Gambar II.6 Irradiance pada siang hari yang cerah dengan kondisi AM1……….………..11

Gambar II.7 Tilt angle………..…………..……….…..…...13

Gambar II.8 Stand Alone / “Cabin” System…..………..………....14

Gambar II.9 Grid-Connected System…………..…..………...14

Gambar II.10 Back-Up System………..……….…...15

Gambar II.11 Hybrid System………..……….……..15

Gambar II.12 Cara kerja solar cell...20

Gambar II.13 Circuit ekuivalen untuk solar cell ideal...21

Gambar II.14 Simbol solar cell...21

Gambar II.15 Circuit ekuivalen solar cell - short-circuit...21

Gambar II.16 Circuit ekuivalen solar cell – open-circuit...22

Gambar II.17 Kurva karakteristik solar cell...22

Gambar II.18 Kurva karakteristik solar cell untuk variasi irradiance...23

Gambar II.19 Kurva daya dan Maximum Power Point...23

Gambar II.20 Circuit ekuivalen untuk real solar cell………...25

Gambar II.21 Kurva karakteristik solar cell untuk variasi temperatur..…………27

Gambar II.22 Jenis solar cell Silikon (a) Monocrystalline, (b) Polycrystalline, (c) Amorphous Silicon film……..………..28

Gambar II.23 Koneksi paralel solar cell……….………..29

Gambar II.24 Kurva karakteristik untuk konfigurasi paralel………....…………29

Gambar II.25 Parsial shading pada koneksi paralel……..…………..…….…...30

Gambar II.26 Koneksi seri pada solar panel………...……..30

Gambar II.27 Kurva karakteristik untuk koneksi seri………...31

Gambar II.28 Koneksi seri dengan dioda bypass…...………..……….31

Gambar II.29 Kurva karakteristik solar cell pada koneksi seri dengan satu cell shading…...……....………..32

Gambar II.30 Parsial shading pada koneksi seri……...………32

Gambar II.31 Kurva karakteristik solar cell pada koneksi seri dengan satu cell parsial shading……..….………...…….…...33

Gambar II.32 Kurva daya untuk parsial shading…………..………...……..…...33

Gambar II.33 Proses discharge dalam accu………...…………...37

Gambar II.34 Proses charge dalam accu………...…37

Gambar II.35 Circuit ekuivalen dasar dari accu………..………….….38

Gambar II.36 Circuit ekuivalen accu dengan memperhitungkan proses dinamik dan quasi statik…….…….………..…………...…39

Gambar II.37 Kurva karakteristik discharge……….…...……...…….41

Gambar II.38 Freezing accu sebagai fungsi State of Charge…….………...42

Gambar II.39 Koneksi paralel accu………...…….…………...46

Gambar II.40 Koneksi seri accu……….………...46

Gambar II.41 Koneksi seri-paralel accu………...….46

Gambar II.42 Series regulator………...……47

Gambar II.43 Shunt regulator………...……48

Gambar II.44 Simbol inverter………...…48

Gambar II.45 (a) Center tapped load (b) Center tapped supply (½ jembatan) (c) H-type bridge (jembatan penuh)…………...………...49

Gambar II.46 Proses pembentukan gelombang square pada H-type bridge………..49

Gambar II.47 Proses pembentukan gelombang square pada center tapped load dan center tapped supply….…………...50

Gambar II.48 Proses pembentukan gelombang modified sine wave pada H-type bridge…....…….………50

Gambar II.49 Sine wave inverter dengan step down converter………..……..…51

Gambar II.50 Tegangan output step down converter…..………..…51

Gambar II.51 High frequency transformator digabung dengan PWM H-type bridge inverter……….…………...……….51

Gambar II.52 Total Dynamic Head……...………..…………...…..…53

Gambar III.1 Diagram blok prototype Solar Water Pump System…….…….…54

Gambar III.2 Analisa spesifikasi komponen….………...…56

Gambar III.3 Ilustrasi variasi solar altitude di Bandung……….…59

Gambar III.4 Ilustrasi tilt angle di Bandung………....59

Gambar III.5 Peta sun hour untuk wilayah Asia pada bulan Desember………..60

Gambar III.6 Peta sun hour untuk wilayah Asia pada bulan Juni…….………...61

Gambar III.7 Simbol N-Channel MOSFET dan P-Channel MOSFET…...62

Gambar III.8 Prinsip kerja N-channel MOSFET sebagai switch…....………….62

Gambar III.9 Prinsip kerja P-channel MOSFET sebagai switch…..…………...63

Gambar III.10 Skema series regulator………..……….64

Gambar III.11 Skema square wave inverter………..………...……..66

Gambar III.12 Simbol logic inverter………..…………..…..…66

Gambar III.13 Rangkaian RC oscillator………..………..…67

Gambar III.14 Prinsip kerja C-MOSFET sebagai switch…..…………..……...67

Gambar IV.1 Sinyal clock series regulator…..……….…...69

Gambar IV.2 Perhitungan efisiensi inverter………...…………...….69

Gambar IV.3 Sinyal output square wave inverter………70

Gambar IV.4 Variasi tegangan inverter untuk lamanya waktu discharge accu………...………...…………72

Gambar IV.5 Variasi arus inverter untuk lamanya waktu discharge accu…………...………72

Gambar IV.6 Kurva tegangan accu untuk lamanya waktu discharge accu………...……73

Gambar IV.7 Variasi arus charge untuk lamanya waktu charge accu………….76

Gambar IV.8 Kurva tegangan accu untuk lamanya charge accu………..77

Gambar V.1 Diagram blok Solar Water Pump System dengan LVD…….….…80

DAFTAR RUMUS

halaman

Rumus II.1 Hukum Wien………....………...4

Rumus II.2 Hukum Stefan–Boltzmann……….………….5

Rumus II.3 Jarak bumi-matahari……….…………...………6

Rumus II.4 Declination………...…..………..………...7

Rumus II.5 Solar altitude……….………...……...8

Rumus II.6 Air Mass (AM)…..……….………...…12

Rumus II.7 Irradiance fungsi Air Mass (AM)…………...……….….12

Rumus II.8 Presentase irradiance………..………..……12

Rumus II.9 Tilt angle…………...……….………...……12

Rumus II.10 Arus dioda...19

Rumus II.11 Arus solar cell ideal………...………20

Rumus II.12 Arus solar cell short-circuit...21

Rumus II.13 Tegangan solar cell open-circuit...22

Rumus II.14 Fill Factor...24

Rumus II.15 Daya output maksimum solar cell...24

Rumus II.16 Efisiensi solar cell…………...………..……..………..24

Rumus II.17 Arus solar cell real…..………..25

Rumus II.18 Tegangan open circuit sebagai fungsi temperatur.….………...……26

Rumus II.19 Efisiensi solar cell sebagai fungsi temperatur..…...…..……..……..27

Rumus II.20 Tegangan terminal accu………..…….…...…..38

Rumus II.21 Arus accu………...……….……39

Rumus II.22 Equilibrium voltage ……….……….39

Rumus II.23 Peukert’s equation……….……43

Rumus II.24 Peukert exponent………...44

Rumus II.25 Efisiensi accu………..………...……..…….44

Rumus II.26 Coulombic efficiency (Conversion efficiency)…….………...44

Rumus II.27 Voltage efficiency………..…………...…..44

Rumus II.28 Total vertical lift…...………...………..…….52

Rumus II.29 Total Dynamic Head (TDH)……….…...………...…….52

Rumus III.1 Arus yang diambil dari accu………….………..…………..…56

Rumus III.2 Lama beban discharge dengan DOD 100%...56

Rumus III.3 Lama beban discharge dengan DOD tertentu………...……57

Rumus III.4 Kapasitas accu yang terpakai………57

Rumus III.5 Lama charge accu…...………..57

Rumus III.6 Fix tilt angle……….……….………...…....61

Rumus III.7 Frekuensi RC oscillator...……….…...….67

Rumus IV.1 Efisiensi inverter………..………..……...69

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A Inverse Square Law Lampiran B Solar Costant Lampiran C Air Mass (AM) Lampiran D Persentase Irradiance Lampiran E Sejarah Solar Cell

Lampiran F Kurva Solar Cell untuk Variasi Resistansi Seri dan Resistansi Paralel Lampiran G Jenis Solar Cell

Lampiran H Perbandingan Teknik Memompa Lampiran I Annual Global Solar Radiation Lampiran J Dokumentasi

LAMPIRAN A

Lampiran A – Inverse Square Law

INVERSE SQUARE LAW

Intensitas radiasi merupakan fungsi dari jarak, dimana intensitas radiasi akan semakin berkurang dengan bertambahnya jarak tempuh sesuai dengan rumus berikut ini 2 4 r P A P I sun sun sun sun ⋅ Π ⋅ = =

• Besar intesitas radiasi pada jarak r = d ⇒ _{1 2}

4 d P A P I sun sun sun sun ⋅ Π ⋅ = =

• Besar intesitas radiasi pada jarak r = nd ⇒

( )

2 2 4 nd P A P I sun sun sun sun ⋅ Π ⋅ = =

karena radiasi berasal dari sumber yang sama (daya matahari sama), maka intensitas radiasi pada jarak r = nd terhadap referensi intensistas radiasi pada jarak r=d dengan besarnya jarak pada titik acuan yang sama adalah sebagai berikut :

( )

( )

2 1

2

24 nd I 4 d

I_sun ⋅Π⋅ = _sun ⋅Π⋅

( )

( )

2 1 2 2 4 4 sun sun I nd d I × ⋅ Π ⋅⋅Π⋅ =

_sun2 1₂ I_sun1 n

I = ×

Dari persamaan diatas terlihat bahwa intensitas radiasi berbanding terbalik dengan kuadrat dari jarak yang dikenal dengan nama Inverse Square Law

LAMPIRAN B

Lampiran B – Solar Constant

SOLAR CONSTANT

[22]

Nilai solar constant dapat dihitung dengan menganggap matahari sebagai

blackbody, yaitu sebagai berikut :

daya pada orbit bumi = daya pada permukaan matahari

So . Aearth orbit = I sun surface . Asun surface

So = Isun surface . Asun surface / Aearth orbit

So = esun. σ . (Tsun surface)4 . 4Π(Rsun)2 / 4Π(Rearth orbit)2

So = 1 .5,67 x 10-8.(5762)4.(6,95 x 108/1,49 x 1011)2

So = 1360 Wm-2

dengan So : solar constant (Wm-2)

Aearth orbit : luas permukaan orbit bumi (m2)

Isun surface : intensitas radiasi pada permukaan matahari (Wm-2) Asun surface : luas permukaan matahari (m2)

esun : emisivitas matahari = 1, karena black body

σ : konstanta Stefan–Boltzmann (5,67 x 10-8 Wm-2K-4)

Tsun surface : temperatur absolut permukaan matahari (K) Rsun : radius matahari (m)

Rearth orbit : radius orbit bumi (m)

LAMPIRAN C

Lampiran C – Air Mass (AM)

AIR MASS (AM)

Dari gambar diatas terlihat pada kondisi optimum (1) irradiance tegak lurus dengan permukaan atmosfer sehingga irradiance menempuh jarak terpendek dengan ketebalan atmosfer sebesar d. Sedangkan untuk kondisi yang tidak optimum (2), dimana terbentuk sudut sebesar φ terhadap kondisi optimum, irradiance menempuh jarak n kali dari jarak optimum d. Nilai n menunjukan besarnya ketebalah optik atmosfer untuk sembarang kondisi terhadap referensi ketebalan optik atmosfer saat kondisi optimum yang lebih dikenal dengan nama Air Mass (AM). Air Mass (AM) dapat dihitung dengan rumus berikut ini :

d'=n×d

d d n

AM = = '

φ cos

1 =

φ

css

AM =

keterangan :

' cos

d d

= φ

LAMPIRAN D

Lampiran D – Persentase Irradiance

PERSENTASE IRRADIANCE

Dari gambar diatas terlihat, pada kondisi (1) irradiance tegak lurus dengan permukaan solar panel, diperlukan luas permukaan sebesar A1(PxL1) agar dapat menerima semua irradiance. Sedangkan pada kondisi (2) untuk irradiance membentuk sudut sebesar φ terhadap permukaan solar cell, diperlukan luas permukaan sebesar A2 (PxL2). Untuk solar cell dengan lebar sebesar L1, maka intensitas radiasi yang diterima permukaan solar cell dengan sudut φ dapat dihitung dengan rumus berikut ini:

% 100 2 1 % = × A A Intensitas

(

)

(

)

100%

2 1 × ×× = L P L P 100% 2 1 × = L L

=

( )

sinϕ ×100% keterangan : 2 1 sin L L = ϕ D-1

LAMPIRAN E

Lampiran E – Sejarah Solar Cell

SEJARAH SOLAR CELL

[6, 11, 20]

Tahun Peristiwa

1839

Photovoltaic effect ditemukan oleh fisikawan Perancis Alexandre Edmond Becquerel ketika bereksperimen dengan sel elektrolit pembentuk 2 elektrode besi.

1877 W.G. Adams dan R.E. Day menemukan photovoltaic effect dalam zat padat Selenium.

1883

Solar cell pertama kali dibuat oleh Charles Fritts yang melapisi semikonduktor Selenium dengan lapisan tipis emas untuk membentuk junction. Devais ini memiliki efisiensi 1%.

1904 Wilhelm Hallwachs membuat junction solar cell dari tembaga dan tembaga oksida.

1918

Jan Czochralski, ilmuwan Polandia menemukan metoda pembentukan single crystalline Silikon yang dikenal dengan nama Czochralski Method.

1932 Audobert dan Stora menemukan photovoltaic effect pada Cadmium-Selenide (CdS), material solar cell yang masih digunakan saat ini. 1946 Russel Ohl membuat hak paten atas solar cell modern

1950 Bell Laboratories memproduksi solar cell untuk aktivitas luar angkasa. 1953 Gerald Pearson memulai riset tentang Lithium-Silikon solar cell.

1954

AT&T memperkenalkan solar cell Silikon pertama dengan efisiensi sekitar 6% yang dikembangkan oleh 3 peneliti Amerika yaitu Daryl Chapin, Calvin Fuller dan G.L. Pearson di Bell Laboratories.

1955 Hoffman Electronics membuat solar cell komersil dengan efisiensi 2%. 1957 Hoffman Electronics membuat solar cell dengan efisiensi 8%.

1958

T.Mandelkorn,U.S. Signal Corps Laboratories membuat P-N junction Silikon solar cell yang lebih kuat terhadap dampak radiasi dan sesuai untuk luar angkasa.

Hoffman Electronics membuat solar cell dengan efisiensi 9%.

Lampiran E – SejarahSolar Cell

Vanguad I, satelit komunikasi pertama berdaya solar cell diluncurkan dengan 0,1 W, 100 cm2solar panel.

Hoffman Electronics membuat solar cell komersil dengan efisiensi 10%.

1959

1960 Hoffman Electronics membuat solar cell dengan efisiensi 14%. 1962 Satelit komunikasi Telstar berdaya solar cell.

1963 Perusahaan Sharp memproduksi solar panel Silikon.

1967 Soyuz I pesawat luar angkasa berawak pertama berdaya solar cell. 1971 Salyut I berdaya solar cell.

1973 Skylab berdaya solar cell.

David Carlson dan Christopher Wronski dari RCA Laboratories membuat amorphous Silikon solar cell pertama dengan efisiensi sekitar 1,1%.

1976

Institute of Energy Conversion di University of Delaware mengembangkan solar cell thin film pertama menggunakan teknologi Cu2S/CdS dengan efisiensi lebih dari 10%.

1980

Center for Photovoltaic Engineering pada University of New South Wales membuat Silikon solar cell dengan efisiensi 20%.

1985

1989 Reflective solar concentrator pertama kali digunakan pada solar cell. Photoelectrochemical cell (dye-sensitized cell/graetzel cell) pertama kali ditemukan.

1991

NREL mengembangkan GaInP/GaAs dengan 2 terminal concentrator merupakan solar cell pertama dengan efisiensi 30%.

1994

National Center for Photovoltaic memperkenalkan dye-sensitized cell dengan efisiensi 11%.

1996

Dikenal Grid Connected System sebagai sektor pertumbuhan solar cell yang terpesat.

akhir 1990-an

Solar panel dapat mengubah sekitar 17% dari energi radiasi yang datang menjadi energi listrik.

2005

LAMPIRAN F

KURVA SOLAR CELL untuk VARIASI

Lampiran F - Kurva Solar Cell untuk Variasi Resistansi Seri dan Resistansi Paralel

KURVA SOLAR CELL untuk VARIASI

RESISTANSI SERI dan RESISTANSI PARALEL

Kurva solar cell untuk variasi resistansi seri

Kurva solar cell untuk variasi resistansi paralel

LAMPIRAN G

Lamp ir an G – Je n is S o lar C el l Refine 1 1 2 3 3 4 4 5 6 7 4 4 4 8 Remarks

P+-n-n+

500x concentration MIS, active area semicrystalline, MIS edge-supported growth

silicon on ceramic ITO/semicrystalline

EFG (ribbon) roller quenching a-SiC / a-Sip-i-n

MIS p-i-n

n+-p-p+ homojunction AlGaAs / GaAs

Area (cm2)

2 2 0,4 2,8 2,8 4 5 11,4 45 0,04 1,1 0,73 1,2 0,5 1,5 η 16,8 18,3 17,6 18,3 13,3 13,8 10,5 11,5 11,4 5 10,1 6,6 6,4 20 18,2 FF 0,796 0,754 0,75 0,806 0,76 0,74 0,76 0,79 0,778 0,63 0,676 0,57 0,66 0,81 0,81

JSC (mA/cm2) 34,3 1380 15000 36,5 32,7 31,9 24,2 28,1 26,2 15 17,8 13,1 11,1 25 28

VOC (V) 0,622 0,731 0,783 0,621 0,540 0,585 0,572 0,522 0,561 0,50 0,84 0,880 0,878 0,97 0,93

JENIS SOLAR CELL

[3]

Material Silikon Silikon Silikon Silikon Silikon Silikon Silikon Silikon Silikon Silikon Amorphous Si Amorphous Si Amorphous Si GaAs GaAs G -1

L am p ira n G – J eni s S ol ar Ce ll Refine 8 9 4 4 4 4 4 4 4 10 10 10 11 4 4 Remarks

AlGaAs / GaAs, 10x AlGaAs / GaAs, 100x

CLEFT on Ge coated Si

tandem cell CVD thin film, MIS solution ion-exchange

16% C, 84% Zn evaporation 20% Cd, 80% Zn

thin film electrodeposition single crystal InP

PEC PEC Area (cm2)

1,5 - 0,5 0,1 4,0 9 1 1 1 - - - 0,23 - - η 23 21 17 12 16,5 8,5 9,2 10,2 9,4 10,6 10,5 8 12,5 11,5 10,2 FF 0,85 - 0,78 0,63 0,74 0,67 0,71 0,75 0,63 0,631 - - 0,71 0,64 0,57 JSC (mA/cm2)

270 - 23 24,4 10,8 22,7 24,8 22,8 38 39 - - 15 24,8 22,6 VOC (V) 1,05 - 0,95 0,76 2,05 0,56 0,52 0,6 0,4 0,431 - 0,79 0,63 0,66 0,72

JENIS SOLAR CELL

[3]

Material GaAs GaAs GaAs GaAs AlGaAs / GaAs

GaAS Cu2S / CdS

Cu2S / ZnCdS

CuInSe2 / CdS

CuInSe2 / CdZnS

CdS / CdTe CdS / CdTe CdS / InP

InP WSe2

G

L am p ira n G – J eni s S ol ar Ce ll Refine 4 4 4 12 12 4 12 12 Remarks PEC

CdTe electrodeposition, electrodeposition

- -

Mg / Zn3P2, thin film

- -

Area (cm2)

- 0,02 1 0,01 6 1 0,12 1 η 9,4 8,6 6,5 5,0 4,8 4,3 3,3 0,7 FF 0,56 0,64 0,48 0,45 0,63 0,55 0,43 0,25

JSC (mA/cm2)

25 18,7 23,8 20 13 18 19 1,9 VOC (V) 0,65 0,723 0,57 0,6 0,59 0,48 0,41 1,2

JENIS SOLAR CELL

[3]

Material

MoSe2

CdTe CdSe CdSe / ZnSe / Au

CuTe /CdTe

merocyanine / Al

CuInS / CuInS2

Zn3P2

G

LAMPIRAN H

Lampiran H – Perbandingan Teknik Memompa

PERBANDINGAN TEKNIK MEMOMPA

[2]

Teknik

Memompa Keuntungan Kekurangan

Hand Pump

• biaya rendah

• teknologi yang sederhana • perawatan mudah

• debit rendah

• menghabiskan waktu dan energi secara tidak produktif

• tidak ekonomis

Diesel & Gasoline Pump

• biaya awal rendah • portable

• mudah dipasang dan digunakan

• membutuhkan perawatan dan penggantian suku cadang • perawatan sering tidak memadai

sehingga kurang handal dan dapat mengurangi usia pakai

• bahan bakar cenderung mahal dan persediaannya tidak dapat diandalkan • menghasilkan noise, debu dan asap.

Wind Pump

• tidak membutuhkan bahan bakar fosil sehingga tidak menimbulkan polusi • awet

• perawatan sukar • biaya perbaikan mahal • sukar mencari suku cadang • instalasi sukar dan membutuhkan

peralatan khusus

• sangat sensitif terhadap kecepatan angin • membutuhkan tempat terbuka

Solar Water

Pump

• perawatan mudah • ramah lingkungan • tidak membutuhkan

bahan bakar fosil • pemasangan mudah • dapat diandalkan • awet

• sistem modular

• biaya awal besar

• output rendah saat cuaca mendung

LAMPIRAN I

Lampiran I –Annual Global Solar Radiation

ANNUAL GLOBAL SOLAR RADIATION

[22]

LAMPIRAN J

Lampiran J - Dokumentasi

DOKUMENTASI

series regulator

square wave inverter

Bab I Pendahuluan

BAB I

PENDAHULUAN

Pada bab ini akan dibahas mengenai latar belakang masalah, identifikasi masalah, tujuan, pembatasan masalah, spesifikasi komponen dan sistematika penulisan

I.1 Latar Belakang Masalah

Dewasa ini kebutuhan akan energi cenderung semakin bertambah, akan tetapi sumber energi utama saat ini adalah bahan bakar fosil yang merupakan sumber energi tak terbaharukan. Seiring dengan bertambahnya waktu, bahan bakar fosil akan semakin berkurang dan akhirnya habis sehingga dibutuhkan sumber energi alternatif sebagai pengganti bahan bakar fosil.

Salah satu sumber energi alternatif yang cocok untuk dimanfaatkan dan dikembangkan di Indonesia adalah tenaga matahari. Hal tersebut didasari atas fakta bahwa Indonesia terletak di daerah khatulistiwa sehingga dianugrahi paparan sinar matahari yang lebih banyak dan relatif konstan sepanjang tahun.

Tenaga matahari merupakan sumber energi yang luar biasa banyak dan berlimpah namun belum dimanfaatkan secara optimal. Tenaga matahari dapat digunakan untuk berbagai tujuan salah satunya untuk menghasilkan listrik yang disebut sebagai solar electricity. Solar electricity mempunyai kelebihan yaitu ramah lingkungan karena tidak menimbulkan polusi.

Sekarang solar electricity banyak digunakan untuk memenuhi kebutuhan

listrik rumah tangga seperti pompa air. Hal tersebut lebih dikenal dengan nama Solar Water Pump System. Solar Water Pump System dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan air di daerah terisolir yang belum mendapatkan pelayanan listrik PLN. Sedangkan untuk daerah perkotaan, Solar Water Pump System dapat digunakan untuk menghemat biaya listrik maupun sebagai cadangan energi listrik pada saat PLN tidak beroperasi. Oleh karena itu diperlukan perancangan Solar Water Pump System yang baik agar dapat memaksimalkan energi listrik yang didapat.

Bab I Pendahuluan 2

I.2 Identifikasi Masalah

Permasalahan dalam tugas akhir ini adalah :

1) Bagaimana merealisasikan prototype Solar Water Pump System?

2) Bagaimana menghitung spesifikasi minimum dari komponen prototype Solar

Water Pump System?

3) Bagaimana mengukur lama beban dapat beroperasi dan lama charge accu?

4) Bagaimana menentukan besar tilt angle yang paling efektif untuk kota

Bandung?

I.3 Tujuan

Adapun tujuan tugas akhir ini adalah :

1) Merealisasikan prototype Solar Water Pump System.

2) Menghitung spesifikasi minimum dari komponen prototype Solar Water Pump

System.

3) Mengukur lama beban dapat beroperasi dan lama charge accu. 4) Menentukan besar tilt angle yang paling efektif untuk kota Bandung.

I.4 Pembatasan Masalah

Pembatasan masalah tugas akhir ini adalah :

1) Solar panel disimulasikan dengan regulatedDCpower supply. 2) Charge regulator yang direalisasikan berupa series regulator.

3) Accu berjenis starter batteries dengan spesifikasi 12VDC, 5Ah, C/10.

4) Inverter yang direalisasikan berupa inverter satu phasa 12VDC–220VAC dengan gelombang output square wave.

5) Beban berupa pompa air aquarium dengan daya 20 W, tegangan input 220VAC

Bab I Pendahuluan 3

I.5 Spesifikasi Komponen

Komponen yang direalisasikan pada Tugas Akhir ini adalah :

1) Charge regulator berjenis series regulator 12VDC yang dilengkapi dengan

HVD (High Voltage Disconnect) untuk memproteksi accu terhadap

overcharge.

2) Inverter satu phasa berjenis square wave inverter 12VDC – 220VAC dengan

frekuensi 50 Hz

I.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan tugas akhir ini disusun menjadi lima bab, yaitu sebagai berikut :

• BAB I PENDAHULUAN

Bab ini membahas mengenai latar belakang masalah, identifikasi masalah, tujuan, pembatasan masalah, spesifikasi komponen dan sistematika penulisan

• BAB II LANDASAN TEORITIS

Bab ini membahas mengenai matahari, solar cell (photovoltaic cell), accu, charge regulator (charge controller), inverter satu phasa dan pompa air

BAB III PERANCANGAN PROTOTYPE

Bab ini membahas mengenai prototype Solar Water Pump System, analisa

sistem, MOSFET sebagai switch, series regulator dan square wave inverter

• BAB IV DATA PENGAMATAN

Bab ini membahas mengenai pengukuran series regulator, pengukuran square

wave inverter, lama discharge accu dan lama charge accu

• BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini merupakan bab penutup yang berisi kesimpulan dari Tugas Akhir dan

saran untuk pihak yang akan menyempurnakan topik Solar Water Pump

Bab V Kesimpulan dan Saran

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini akan dibahas mengenai kesimpulan dari tugas akhir dan saran untuk

pihak yang akan menyempurnakan topik Solar Water Pump System.

V.1 Kesimpulan

Berdasarkan perancangan dan pengamatan prototype Solar Water Pump

System dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1) Prototype Solar Water Pump System telah berhasil disimulasikan.

2) Spesifikasi minimum dari komponen prototype Solar Water Pump System

• inverter : 12VDC - 220VAC, 50Hz, Pinverter > 20W

• charge regulator : 12VDC, 0,5A dan

• solar panel : VMPP > 15VDC, IMPP≤ 0,5A

3) Prototype Solar Water Pump System dapat mengoperasikan beban dengan

accu discharge sebesar 20%C selama 20 menit. Untuk charge accu sebesar

20%C dibutuhkan waktu 4 jambila menggunakan arus sebesar 0,3125A.

4) Besarnya fixtilt angle untuk kota Bandung adalah 15° FN.

V.2 Saran

Topik Solar Water Pump System sebaiknya disempurnakan dengan cara

merealisasikan :

1) Charge regulator yang lebih “cerdas”, dimana charge regulator dapat

menyesuaikan tegangan dan arus charge dengan kondisi accu sehingga proses

charge accu menjadi lebih cepat. Charge regulator juga sebaiknya dilengkapi

dengan LVD (Low Voltage Disconnect) yang dapat secara otomatis

memproteksi accu dari deep discharge sehingga kerusakan accu dapat

diminimalkan dan usia accu menjadi lebih awet.

Bab V Kesimpulan dan Saran 80

2) Inverter jenis modified sine wave maupun sine wave karena kualitas sinyalnya lebih baik daripada square wave, lebih sesuai untuk berbagai macam beban dan efisiensinya lebih baik.

Gambar V.1 Diagram blok Solar Water Pump System dengan LVD

3) Solar tracker yang berfungsi untuk mengikuti arah pergerakan matahari sepanjang hari, sehingga sudut yang dibentuk solar panel dan irradiance mendekati 90°. Realisasi solar tracker bertujuan untuk memaksimalkan penerimaan irradiance sepanjang harinya, sehingga secara otomatis daya yang dihasilkan solar panel akan meningkat dan kinerja sistem akan lebih baik sepanjang hari.

DAFTAR PUSTAKA

1. Fay . Williams , The handbook of photovoltaic application , Fairmont

Press, Inc , Atlanta,Georgia , 1986

2. Hilger . Adam , Applications of photovoltaics , R Hill , Philadelphia , 1989

3. Hu . Chenming & Richard M.White , Solar cells from basic to advanced

systems , Mc Graw-Hill, Inc , USA , 1983

4. J.M.D Murphy . ME.,Ph.D.,C.Eng.,M.I.E.E. , Thyristor control of ac

motors , Pergaman Press Oxford , New York , 1973

5. M.El-Wakil . M. , Power plant technology , Mc Graw-Hill, Inc , Singapore , 1985

6. Mostavan . Aman , Teknik energi surya , Jurusan Teknik Fisika-ITB ,

Bandung , 1986

7. http://www.eere.energy.gov/solar/cfm/faqs/third_level.cfm/name=Photovo

ltaics/cat=The%20Basics

8. http://www.electricityforum.com/solar-electricity.html

9. http://www.en.wikipedia.org/wiki/Car_battery

10. http://www.en.wikipedia.org/wiki/Lead-acid_battery

11. http://www.en.wikipedia.org/wiki/Solar-cell

12. http://www.energi.lipi.go.id/utama.cgi?bacaforum&berita&1067815107

13. http://www.greenenergy.org.uk

14. http://www.interq.or.jp/japan/se-inoue/e_ckt30.htm

15. http://www.kyocerasolar.com

16. http://www.mpoweruk.com/leadacid.htm

17. http://www.mrsolar.com/Merchant2/merchant.mvc?Store_Code=MSOS&

Screen=faq16

18. http://www.mysolar.com/mysolar/pv/solarelectricity.asp

19. http://www.physicalgeography.net/fundamentals/6f.html

20. http://www.powerlight.com/solar/

22. http://www.re.e-technik.uni-kassel.de/photos/documents/29-SKRIPT_Photovoltaic.pdf

23. http://www.smartgauge.co.uk/peukert.html

24. http://www.solar-electric.com/Solar_Panels/solar_electric_panels.htm

25. http://www.solarexpert.com/pvtypes.html

26. http://www.solarnavigator.net/battery_charging.htm 27. http://www.solarnavigator.net/lead_acid_batteries.htm 28. http://www.solorb.com/elect/solarcirc/scc3/

29. http://www.somers.k12.ny.us/SHS/Sun/Irrad/Irradiation.html

Bab I Pendahuluan 2

I.2 Identifikasi Masalah

Permasalahan dalam tugas akhir ini adalah :

1) Bagaimana merealisasikan prototype Solar Water Pump System?

2) Bagaimana menghitung spesifikasi minimum dari komponen prototype Solar Water Pump System?

3) Bagaimana mengukur lama beban dapat beroperasi dan lama charge accu? 4) Bagaimana menentukan besar tilt angle yang paling efektif untuk kota

Bandung?

I.3 Tujuan

Adapun tujuan tugas akhir ini adalah :

1) Merealisasikan prototype Solar Water Pump System.

2) Menghitung spesifikasi minimum dari komponen prototype Solar Water Pump System.

3) Mengukur lama beban dapat beroperasi dan lama charge accu. 4) Menentukan besar tilt angle yang paling efektif untuk kota Bandung.

I.4 Pembatasan Masalah

Pembatasan masalah tugas akhir ini adalah :

1) Solar panel disimulasikan dengan regulated DC power supply. 2) Charge regulator yang direalisasikan berupa series regulator.

3) Accu berjenis starter batteries dengan spesifikasi 12VDC, 5Ah, C/10.

4) Inverter yang direalisasikan berupa inverter satu phasa 12VDC–220VAC dengan gelombang output square wave.

5) Beban berupa pompa air aquarium dengan daya 20 W, tegangan input 220VAC dan frekuensi kerja 50 Hz.

Bab I Pendahuluan 3

I.5 Spesifikasi Komponen

Komponen yang direalisasikan pada Tugas Akhir ini adalah :

1) Charge regulator berjenis series regulator 12VDC yang dilengkapi dengan HVD (High Voltage Disconnect) untuk memproteksi accu terhadap overcharge.

2) Inverter satu phasa berjenis square wave inverter 12VDC – 220VAC dengan frekuensi 50 Hz

I.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan tugas akhir ini disusun menjadi lima bab, yaitu sebagai berikut :

• BAB I PENDAHULUAN

Bab ini membahas mengenai latar belakang masalah, identifikasi masalah, tujuan, pembatasan masalah, spesifikasi komponen dan sistematika penulisan • BAB II LANDASAN TEORITIS

Bab ini membahas mengenai matahari, solar cell (photovoltaic cell), accu, charge regulator (charge controller), inverter satu phasa dan pompa air

BAB III PERANCANGAN PROTOTYPE

Bab ini membahas mengenai prototype Solar Water Pump System, analisa sistem, MOSFET sebagai switch, series regulator dan square wave inverter • BAB IV DATA PENGAMATAN

Bab ini membahas mengenai pengukuran series regulator, pengukuran square wave inverter, lama discharge accu dan lama charge accu

• BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini merupakan bab penutup yang berisi kesimpulan dari Tugas Akhir dan saran untuk pihak yang akan menyempurnakan topik Solar Water Pump System.

Bab V Kesimpulan dan Saran

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini akan dibahas mengenai kesimpulan dari tugas akhir dan saran untuk pihak yang akan menyempurnakan topik Solar Water Pump System.

V.1 Kesimpulan

Berdasarkan perancangan dan pengamatan prototype Solar Water Pump System dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1) Prototype Solar Water Pump System telah berhasil disimulasikan.

2) Spesifikasi minimum dari komponen prototype Solar Water Pump System • inverter : 12VDC - 220VAC, 50Hz, Pinverter > 20W

• charge regulator : 12VDC, 0,5A dan

• solar panel : VMPP > 15VDC, IMPP≤ 0,5A

3) Prototype Solar Water Pump System dapat mengoperasikan beban dengan accu discharge sebesar 20%C selama 20 menit. Untuk charge accu sebesar 20%C dibutuhkan waktu 4 jambila menggunakan arus sebesar 0,3125A. 4) Besarnya fixtilt angle untuk kota Bandung adalah 15° FN.

V.2 Saran

Topik Solar Water Pump System sebaiknya disempurnakan dengan cara merealisasikan :

1) Charge regulator yang lebih “cerdas”, dimana charge regulator dapat menyesuaikan tegangan dan arus charge dengan kondisi accu sehingga proses charge accu menjadi lebih cepat. Charge regulator juga sebaiknya dilengkapi dengan LVD (Low Voltage Disconnect) yang dapat secara otomatis memproteksi accu dari deep discharge sehingga kerusakan accu dapat diminimalkan dan usia accu menjadi lebih awet.

Bab V Kesimpulan dan Saran 80

2) Inverter jenis modified sine wave maupun sine wave karena kualitas sinyalnya lebih baik daripada square wave, lebih sesuai untuk berbagai macam beban dan efisiensinya lebih baik.

Gambar V.1 Diagram blok Solar Water Pump System dengan LVD

3) Solar tracker yang berfungsi untuk mengikuti arah pergerakan matahari sepanjang hari, sehingga sudut yang dibentuk solar panel dan irradiance

mendekati 90°. Realisasi solar tracker bertujuan untuk memaksimalkan penerimaan irradiance sepanjang harinya, sehingga secara otomatis daya yang dihasilkan solar panel akan meningkat dan kinerja sistem akan lebih baik sepanjang hari.

DAFTAR PUSTAKA

1. Fay . Williams , The handbook of photovoltaic application , Fairmont Press, Inc , Atlanta,Georgia , 1986

2. Hilger . Adam , Applications of photovoltaics , R Hill , Philadelphia , 1989 3. Hu . Chenming & Richard M.White , Solar cells from basic to advanced

systems , Mc Graw-Hill, Inc , USA , 1983

4. J.M.D Murphy . ME.,Ph.D.,C.Eng.,M.I.E.E. , Thyristor control of ac motors , Pergaman Press Oxford , New York , 1973

5. M.El-Wakil . M. , Power plant technology , Mc Graw-Hill, Inc , Singapore , 1985

6. Mostavan . Aman , Teknik energi surya , Jurusan Teknik Fisika-ITB , Bandung , 1986

7. http://www.eere.energy.gov/solar/cfm/faqs/third_level.cfm/name=Photovo ltaics/cat=The%20Basics

8. http://www.electricityforum.com/solar-electricity.html 9. http://www.en.wikipedia.org/wiki/Car_battery

10. http://www.en.wikipedia.org/wiki/Lead-acid_battery 11. http://www.en.wikipedia.org/wiki/Solar-cell

12. http://www.energi.lipi.go.id/utama.cgi?bacaforum&berita&1067815107 13. http://www.greenenergy.org.uk

14. http://www.interq.or.jp/japan/se-inoue/e_ckt30.htm 15. http://www.kyocerasolar.com

16. http://www.mpoweruk.com/leadacid.htm

17. http://www.mrsolar.com/Merchant2/merchant.mvc?Store_Code=MSOS&

Screen=faq16

18. http://www.mysolar.com/mysolar/pv/solarelectricity.asp 19. http://www.physicalgeography.net/fundamentals/6f.html 20. http://www.powerlight.com/solar/

22. http://www.re.e-technik.uni-kassel.de/photos/documents/29-SKRIPT_Photovoltaic.pdf

23. http://www.smartgauge.co.uk/peukert.html

24. http://www.solar-electric.com/Solar_Panels/solar_electric_panels.htm 25. http://www.solarexpert.com/pvtypes.html

26. http://www.solarnavigator.net/battery_charging.htm 27. http://www.solarnavigator.net/lead_acid_batteries.htm 28. http://www.solorb.com/elect/solarcirc/scc3/

29. http://www.somers.k12.ny.us/SHS/Sun/Irrad/Irradiation.html 30. http://www.vonwentzel.net/Battery/00.Glossary/