TUGAS AKHIR DESAIN DAI\I INSTALASI SOII R HOME SYSTEMSO WP

  DESAIN DAN INSTALASI SOLAR HOME SYSTEM 50 Wp TUGAS AKHIR

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Jurusan Teknik Mesin Disusun Oleh:

  YOHANES ERWIN SUSANTO NIM : 035214045 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

  DESIGN AND INSTALLATION OF SOLAR HOME SYSTEM 50 Wp FINAL PROJECT

  Presented as Partial of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree

  In Mechanical Engineering By :

  Yohanes Erwin Susanto Student Number : 035214045 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

  

Intisari

  Energi matahari merupakan salah satu sumber energi alternatif yang saat ini banyak digunakan. Salah satu bentuk aplikasinya adalah Solar Home System (SHS). Perancangan ini dimaksudkan untuk memperoleh penyangga SHS yang mampu memberikan daya penyerapan yang efektif atau maksimal, dan juga memberikan kemudahan-kemudahan dalam perawatan, perbaikan, dan pengoperasian.

  Rangka penyangga modul surya terbuat dari plat siku dan pipa baja lunak. Ukuran plat siku yang digunakan tinggi dan lebar 2,9 cm dan tebal 2,4 mm, sedangkan untuk pipa baja lunak digunakan 2 tipe ukuran. Untuk pipa diameter kecil, diameter luarnya 2,7 cm, diameter dalam 2,1 cm, dan ketebalan 2,5 mm. Ukuran pipa diameter besar, diameter luar 3,4 cm, diameter dalam 2,7 cm dan ketebalan 3,4 mm.

  Hasil perancangan ini adalah sebuah rangka penyangga panel modul surya yang disesuaikan dengan tempat pemasangannya yaitu di lantai 3 gedung sebelah utara kampus STTL Gedongkuning Yogyakarta sehingga mampu memberikan kemudahan dalam pengoperasian, perbaikan, dan perawatan. Selain itu desain dudukan panel sel surya yang mampu memberikan daya penyerapan yang baik bila kemiringan dudukan panel sel surya 25° menghadap utara.

  

Abstract

  Solar energy is one alternative energy that is currently widely used. One application from this energy is a Solar Home System (SHS). The final project is intended to obtain SHS buffer capable of providing effective absorption power, and also provides easiness in maintenance, repair, and operation.

  The structure of solar modules was made from L steel and pipe steel. The size of L steel are 2.9 cm height and wide, and 2.4 mm thickness, while for steel pipes used 2 types of measures. For small diameter pipe, the outer diameter of 2.7 cm, 2.1 cm in diameter, and 2.5 mm thickness. Large diameter pipe size, outside diameter 3.4 cm, 2.7 cm in diameter and 3.4 mm thickness.

  The results of this design is the structure of solar modules it will be used on the third floor of STTL campus Gedongkuning Yogyakarta able to facilitate the operation, repair, and maintenance. The highest efficiency was reached in 25° inclination directed to the north.

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat yang telah dilimpahkan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul ”DESAIN DAN INSTALASI SOLAR HOME SYSTEM 50 .

  Wp”

  Penulisan laporan ini adalah untuk memenuhi salah satu persyaratan akademis di Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar- besarnya kepada:

  1. Romo Dr. Ir. Paulus Wiryono Priyotamtama S.J. M.Sc. selaku rektor Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Bapak Yosef Agung Cahyanta S.T.,M.T. selaku dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3. Bapak Budi Sugiharto S.T.,M.T. sebagai ketua program studi Teknik Mesin.

  4. Bapak Budi Setyahandana S.T.,M.T. selaku pembimbing satu Tugas akhir.

  5. Bapak Prof. Ir. Yohannes Sardjono APU selaku pembimbing dua Tugas akhir.

  6. Dosen – dosen Prodi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL……………………………………………………………...i

HALAMAN PERSETUJUAN………………………………………………….iii

HALAMAN PENGESAHAN…………………………………………………...iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA………………………......v

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA………………………………………………………………………......vi

  

INTISARI……………………………………………………………………….vii

ABSTRACT…………………………………………………………………….viii

KATA PENGANTAR…………………………………………………………...ix

DAFTAR ISI…………………………………………………………………......xi

DAFTAR LAMPIRAN………………………………………………………...xiv

DAFTAR GAMBAR………………………………………………………...….xv

DAFTAR TABEL…………………………………………………………......xvii

DAFTAR PERSAMAAN…………………………………………….....……xviii

BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang Masalah……………………………………………….1

  1.2 Tujuan Perancangan…………………………………………………...2

  1.3 Manfaat Perancangan………………………………………………….2

  1.4 Batasan Masalah……………………………………………………….3

  1.5 Sistematika Penulisan………………………………………………….3

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  2.1 Potensi Tenaga Surya………………………………………………….5

  2.2 Sel Surya………………………………………………………………6

  2.3 Prinsip Kerja Sel Surya……………………………………………......7

  2.4 Solar Home System…………………………………………………....8

  2.5 Tahapan Instalasi Solar Home System……………………………….10

  2.7 Dasar Desain Perancangan…………………………………………...26

  2.8 Baja

  2.8.1 Tegangan Regangan…………………………………………....26

  2.8.2 Hukum Hooke………………………………………………….29

  2.8.3 Modulus Elastisitas…………………………………………….29

  2.8.4 Modulus Geser atau Modulus Kekakuan (G)…………………..31

  2.8.5 Hubungan Antara Modulus Young dan Modulus Kekakuan…..31

  2.8.6 Poisson Ratio (µ)…………………………………………….....32

  2.8.7 Kombinasi Tegangan……………………………………….......32

  BAB III METODE PERANCANGAN

  3.1 Diagram Alir Perancangan…………………………………………...33

  3.2 Deskripsi Bahan dan Alat………………………………………….....34

  3.3 Gambar dan Keterangan……………………………………………...36

  3.4 Perhitungan Kekuatan Rangka……………………………………….38

  3.5 Fungsi Rangka Penyangga………………………………………...…40

  3.6 Proses Desain dan Instalasi

  3.6.1 Langkah Awal Pelaksanaan…………………………………....40

  3.6.2 Tahapan Rancangan Penyangga………………………………..40

  3.6.3 Tahapan Persiapan Bahan dan Alat………………………….....41

  3.6.4 Tahap Akhir Instalasi…………………………………….…….42

  3.6.5 Pemeriksaan Akhir Instalasi…………………………………....45

  BAB IV PEMBAHASAN

  4.1 Penyangga Modul Surya……………………………………………..46

  4.2 Kemudahan Pengoperasian…………………………………………..47

  4.2.1 Kemudahan Perawatan………………………………..……..…47

  4.2.2 Kemudahan Perbaikan……………………...………………..…47

  4.2.3 Kekuatan Rangka Penyangga…………………..………………48

BAB V PENUTUP

  5.1 Kesimpulan…………………..……………………………………….49

  5.2 Saran……………………………………………………………….....49

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR LAMPIRAN

  Lampiran A : Gambar Penyangga Dalam AutoCAD 2008

  

DAFTAR GAMBAR

  BAB II Gambar 2.1. : Struktur Sel Surya Silikon Sambungan p-n………………….......7 Gambar 2.2. : Cara Kerja Sel Surya Silikon…………………………………....8 Gambar 2.3. : Sistem Penerangan Rumah………………………………………9 Gambar 2.4. : Hydrometer dan Cara Pembacaannya……………………….....18 Gambar 2.5. : Sistem Tenaga Surya Fotovoltaik Tunggal Sederhana (Small

  )....................................................21

  Stand Alone Solar PV System

Gambar 2.6. : Diagram Alir dari Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya

  Fotovoltaik (Grid Connected Solar PV System).........................22

Gambar 2.7. : Diagram Alir dari Kombinasi Sistem Pembangkit listrik Tenaga

  Surya dengan Generator (Hybrid Solar Electric AndGenerator

  Combinating System )……………………………………….......23

Gambar 2.8. : Sistem Tenaga Surya Fotovoltaik Pemasangan di Atas Atap

  (Roof Mounted Solar PV System)................................................23

Gambar 2.9 : Sistem Tenaga Surya Fotovoltaik Integrasi Atap (Roof Integrated

  Solar PV System )……………….................................................24

Gambar 2.10 : Sistem Tenaga Surya Fotovoltaik pemasangan Tiang Tunggal

  (Pole Mounted Solar PV System)................................................24

Gambar 2.11 : Sistem Tenaga Surya Pemasangan di Atas Tanah (Ground

  )………..............................................25

  Mounted Solar PV System

Gambar 2.12 : Diagram Alir dari Sistem Tenaga Surya Fotovoltaik Tunggal

  Lengkap (Complete Stand – Alone Solar System).......................25

Gambar 2.13 : Diagram Tegangan Regangan.....................................................27Gambar 2.14 : Digram Tegangan Regangan Beberapa Logam dan Karet..........28

  BAB III Gambar 3.1. : Skema Penyangga Modul Fotovoltaik........................................36 Gambar 3.2. : Membuat Dudukan Rangka Modul.............................................42

Gambar 3.4. : Pemasangan Alat Pengatur Energi Baterai (BCR)......................43Gambar 3.5. : Pemasangan Kabel BCR dengan Beban dan Klem Kabel..........44

  

DAFTAR TABEL

  BAB II Tabel 2.1. : Data Instalasi……………………………………………………..11 Tabel 2.2. : Kondisi kapasitas baterai (SOC), Spesific Gravity (SG) dan

  tegangan baterai asam timbal keadaan tanpa pembebanan/pengisian dengan SG awal elektolit 1.25-1.26...............................................17

Tabel 2.3. : Pemeriksaan Akhir.........................................................................20Tabel 2.4. : Sifat-sifat bahan Teknik pada 20º C...............................................30Tabel 2.5. : Harga E dan G................................................................................31Tabel 2.6. : Poisson Ratio..................................................................................32

  BAB III Tabel 3.1. : Komponen Tambahan Instalasi SHS..............................................34 Tabel 3.2. : Peralatan Instalasi SHS..................................................................35

  

DAFTAR PERSAMAAN

  BAB II Persamaan 2.1 : Tegangan…………………………………………………...27 Persamaan 2.2 : Regangan…………………………………………………...27 Persamaan 2.3 : Hukum Hooke……………………………………………...29 Persamaan 2.4 : Modulus Kekakuan (hubungan dengan Modulus Geser)......31 Persamaan 2.5 : Modulus Kekakuan (hubungan dengan Modulus Young)…31 Persamaan 2.6 : Poisson Ratio…………………………………………….....32 Persamaan 2.7 : Tegangan Tarik Maksimum………………………………..32 Persamaan 2.8 : Tegangan Tekan Maksimum……………………………….32 Persamaan 2.9 : Tegangan Geser Maksimum………………………………..32

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

  Kebutuhan akan energi yang berasal dari sumber daya alam saat ini semakin meningkat, sedangkan sumber daya alam semakin lama makin berkurang. Beberapa teknologi dikembangkan sebagai sumber energi alternatif untuk mengatasi kebutuhan energi dimasa depan.

  Sumber energi alternatif adalah sumber energi yang dapat diperbaharui. Salah satunya adalah solar home system (SHS). Teknologi yang memanfaatkan energi matahari untuk diubah menjadi listrik.

  Sistem ini digunakan untuk sistem listrik di pedesaan. Dalam penggunaan SHS biasanya ditempatkan diatap rumah sehingga dapat memperoleh radiasi matahari secara langsung tanpa ada halangan. Untuk memperoleh keluaran yang maksimal dari SHS, modul surya harus dipasang miring dengan sudut minimal 15º yang merupakan standar pemasangan SHS. Untuk pemasangan SHS, modul fotovoltaik dengan komponen lain harus memiliki jarak yang dekat agar keluaran yang didapat bisa maksimal.

  Dalam penelitian ini penulis merancang dudukan/penyangga modul fotovoltaik yang bisa diubah sudut kemiringan modul surya dengan sudut maksimal 60º. Dudukan yang dibuat dari bahan pipa besi dan plat siku yang banyak ditemui di toko-toko bangunan maupun bengkel las. Dalam pemasangan modul surya dengan baterai 4 m. Beban yang dipakai adalah 3 buah lampu TL. Modul surya ini dirancang dan dipasang di lantai 3 (gedung sebelah utara) kampus STTL Gedongkuning Yogyakarta.

  1.2 Tujuan Perancangan

  Adapun tujuan dari perancangan adalah sebagai berikut :

  1. Mendesain dudukan modul surya yang mampu memberikan daya penyerapan yang baik.

  2. Mendesain dudukan dan komponen-komponen modul surya yang mudah dijangkau sehingga memberikan kemudahan dalam pengoperasian, perbaikan dan perawatan.

  1.3 Manfaat Perancangan

  Perancangan yang dilakukan diharapkan dapat memberikan manfaat, antara lain :

  1. Dapat dipergunakan sebagai referensi pada perancangan selanjutnya.

  2. Memberi masukan atau data untuk pengembangan desain dan instalasi yang simpel dan ekonomis.

  1.4 Batasan Masalah

  Perancangan ini dibatasi pada lingkup : • Bahan dudukan/penyangga modul surya dari pipa dan plat besi.

• Hanya satu perancangan yang dibuat.
• Perancangan yang dibuat mampu mengakomodasi perubahan kemiringan modul surya setiap 5º dan sudut maksimal yang digunakan 60º.
• Perancangan dan instalasi dibuat dan disesuaikan dengan tempat pemasangan modul surya di lantai 3 gedung sebelah utara kampus STTL Gedongkuning Yogyakarta.
• Dudukan/penyangga modul surya didesain untuk mengakomodasi massa modul surya seberat 5 Kg.
• Beban yang dipakai adalah 3 buah lampu TL dan variasi jarak yang dipakai adalah 0.5 m, 3 m dan 5 m.

  1.5 Sistematika Penulisan

  Penulisan Tugas Akhir ini akan dibagi dalam beberapa bagian, yaitu :

  1. Bab I membahas mengenai latar belakang, tujuan, manfaat perancangan, batasan masalah dan sistematika penulisan.

  2. Bab II membahas mengenai tinjauan pustaka yang berisi potensi tenaga surya, sel surya, prinsip kerja sel surya, jenis-jenis sel surya, solar home

  system , instalasi SHS, dan mengenai baja.

  3. Bab III membahas mengenai metode perancangan yang berisi skema perancangan, bahan yang digunakan, alat-alat yang digunakan.

  4. Bab IV membahas mengenai hasil perancangan dan pembahasan yang berisi analisa data.

  5. Bab V membahas mengenai kesimpulan dan saran yang diambil dari analisa dari data yang ada.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Potensi Tenaga Surya

  Sinar matahari yang tiba di permukaan bumi mempunyai sifat sebagai gelombang dan partikel energi (foton), dan radiasi matahari yang merupakan sejumlah foton yang dipancarkan per satuan luas pada waktu tertentu, dengan mudah diubah menjadi energi panas, energi kimiawi, dan energi listrik melalui konversi fotovoltaik oleh sel surya.

  Penyinaran matahari maksimum yaitu radiasi matahari yang jatuh langsung pada suatu permukaan bidang (daya per satuan luas) tegak lurus menghadap matahari dapat terjadi pada daerah-daerah yang dekat dengan khatulistiwa di permukaan bumi seperti di Indonesia, besaran ini biasa diukur

  2

  dalam Watt permeter persegi (W/m ), sedangkan ukuran dari energi surya yang diterima didaerah tertentu pada suatu perioda waktu tertentu dan merupakan jumlah dari penyinaran matahari dalam sehari yang biasa disebut insolasi diukur

  2 dalam satuan kiloWatt jam permeter persegi perhari (kWh/m per hari).

  Energi dari radiasi matahari yang tiba dipermukaan atmosfir dapat

  2

  mencapai harga konstanta surya sebesar 1350 W/m dan hal ini akan berlangsung terus menerus sepanjang tahun. Perlu diketahui bahwa tidak semua energi tersebut dapat mencapai permukaan bumi, ada sebagian energi yang diserap dan dipantulkan oleh atmosfir, sehingga ketika mencapai permukaan bumi energi

  

2

  maksimumnya hanya tinggal 1000W/m yang umumnya terjadi ketika langit sedang cerah.

  Radiasi matahari yang jatuh di permukaan bumi dapat dibagi atas 2 jenis yaitu :

  1. Radiasi langsung dari matahari yang biasanya terjadi ketika langit cerah.

  2. Radiasi tidak langsung ( diffuse) yang biasanya terjadi ketika langit tertutup awan atau debu yang menyerap dan menyebarkan radiasi matahari sehingga mengurangi intensitasnya ketika mencapai bumi.

2.2 Sel Surya

  Sel surya merupakan perangkat semikonduktor yang terdiri dari diode tipe p-n (p-n junction) yang mampu mengubah energi cahaya (foton) menjadi energi listrik. Perubahan energi ini biasa disebut dengan efek fotovoltaik. Efek ini ditemukan oleh Becquerel pada tahun 1839 pada saat Alexandre-Edmond Becquerel mendeteksi adanya tegangan foto ketika sinar matahari mengenai elektroda pada larutan elektrolit. Efek fotovoltaik di observasi dalam selenium padat dan produksi pertama dari selenium sel pada tahun 1877. Sel surya pertama kali dijelaskan oleh Charles Fritts pada 1883 yang melapisi semikonduktor selenium dengan lapisan emas yang sangat tipis untuk membentuk junction. Era modern dalam pembuatan sel surya dimulai pada 1954 pada saat Bell Laboratories bereksperimen dengan semikonduktor dan menemukan bahwa silicon yang didoping dengan beberapa bahan memiliki sensitivitas yang sangat tinggi terhadap surya sekitar 82 % dan efisiensi lab dan komersil berturut-turut yaitu 24,7% dan 15%.

2.3 Prinsip Kerja Sel Surya

  Prinsip kerja sel surya silikon adalah berdasarkan konsep semikonduktir p- n junction. Sel terdiri dari lapisan semikonduktor doping-n dan doping-p yang membentuk p-n junction, lapisan anti refleksi, dan substrat logam sebagai tempat mengalirnya arus dari lapisan tipe-n (elektron) dan tipe-p (hole) seperti pada Gambar 2.1.

  Keterangan :

  a. Kolektor arus b.Lapisan logam bagias atas

  c. Lapisan anti refleksi

  d. Sambungan pn

  e. Substrat logam

Gambar 2.1. Struktur Sel Surya Silikon Sambungan p-n.

  Semikonduktor tipe-n bisa didapatkan dengan mendoping silikon dengan unsur dari golongan V sehingga terdapat kelebihan elektron valensi dibanding atom sekitar sedangkan semikonduktor tipe-p diperoleh dengan doping oleh golongan III sehingga elektron valensinya kurang satu dari atom sekitar. Daerah yang ditinggalkan elektron ini disebut dengan hole. Ketika kedua material tersebut mengalami kontak maka kelebihan elektron dari tipe-n akan berdifusi ke tipe-p sehingga area doping-n akan bermuatan positif sedangkan area doping-p akan bermuatan negatif. Medan elektrik yang terjadi antara keduanya mendorong elektron kembali ke daerah-n dan hole ke daerah-p. Pada proses ini terbentuklah p-n junction.

  Ketika junction disinari, foton yang mempunyai energi sama atau lebih besar dari lebar pita energi material tersebut akan menyebabkan eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi dan akan meninggalkan hole pada pita valensi. Elektron dan hole ini dapat bergerak dalam material sehingga menghasilkan pasangan elektron-hole. Apabila ditempatkan hambatan pada terminal sel surya, maka elektron dari area-n akan kembali ke area-p sehingga menyebabkan perbedaan potensial dan arus akan mengalir. Skema cara kerja sel surya silikon ditunjukkan pada Gambar 2.2.

  Keterangan :

  a. Cahaya sebagian diterima, diteruskan, dipantulkan. b.Elektroda permukaan (-) c.Lapisan anti refleksi d.Silikon tipe n (P+) e.Silikon tipe p (B-) f.Elektroda lapisan bawah (+) Gambar 2.2. Cara Kerja Sel Surya Silikon.

2.4 Solar Home System

  Pembangkit listrik yang mempergunakan konversi fotovoltaik dalam memanfaatkan energi surya atau lebih umum dikenal sebagai Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). PLTS yang cukup besar penerapannya saat ini di Indonesia adalah sistem penerangan rumah desentralisasi, atau biasa dikenal disingkat SHS. SHS termasuk salah satu dari aplikasi sistem PLTS untuk pelistrikan desa sebagai sistem penerangan rumah secara individual atau desentralisasi yang terdiri dari komponen-komponen utama yaitu:

  1. Modul fotovoltaik sebagai catudaya yang menghasilkan energi listrik dari masukan sejumlah energi matahari.

  2. Baterai sebagai penyimpan dan pengkondisian energi.

  3. Alat pengatur energi baterai (BCR) sebagai alat pengatur otomatis (menjaga kehandalan sistem).

  4. Beban listrik seperti lampu TL (DC), saklar radio atau televisi.

  Secara garis besar rangkaiannya dapat dilihat pada Gambar 2.3. Sistem Penerangan Rumah.

  Keterangan :.

  a.

  Modul surya .

  b. Alat pengatur energy baterai (BCR). c.Baterai. d.Televisi. e.Radio. f.Lampu TL 3 buah. g.Stop Kontak. h.Inverter merubah arus DC jadi AC.

Gambar 2.3. Sistem Penerangan Rumah.

  Kemampuan energi yang dapat dibangkitkan oleh sebuah modul fotovoltaik pada SHS sangat tergantung dari kondisi radiasi matahari yaitu diatas dan nilai ekonomis dari sistem ini, BPP Teknologi merekomendasikan bahwa untuk SHS di pedesaan minimal dibutuhkan: ¾ 1 Modul fotovoltaik kapasitas 50 Wp. ¾ 1 Baterai 70 Ah, 12 V. ¾ 1 Alat pengatur energi baterai (BCR), 6 A, 12 V. ¾ 3 Lampu TL beserta inverter 12 V DC, total daya 18 W. ¾ 1 Stop kontak untuk televisi atau radio/tape.

2.5 Tahapan Instalasi Solar Home System

  Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan sebelum melakukan tahapan instalasi SHS yaitu : f. Mempersiapkan peralatan dan bahan-bahan yang diperlukan.

  g. Melakukan pengecekan situasi rumah yaitu: memeriksa kedudukan dan posisi kuda-kuda atap rumah untuk memilih peletakan struktur penyangga agar mendapatkan titik yang paling efisien dilihat dari jarak bentangan kabel menuju beban dan tidak menyebabkan kebocoran pada penempatan lubah di atap. Selain itu, modul fotovoltaik juga tidak mengalami bayangan sepanjang siang hari yang mungkin ditimbulkan oleh pohon/bangunan lain yang terletak di sekitar rumah.

  h.

  Agar tidak terjadi kesalahan pada perlakuan atau pemasangan awal dari baterai yang dapat menyebabkan kerusakan ataupun berkurangnya usia teknis, maka perlu dipersiapkan dan diperhatikan beberapa ketentuan dari segi merek maupun dari segi kapasitas nominal, memeriksa kondisi fisik kontainer baterai, memeriksa kondisi cairan di dalam baterai (kering tidak terisi, kering terisi atau basah terisi), dan memeriksa SG ( specific gravity) larutan elektrolit yang akan dipakai ( SG 1.25 atau 1.26). i. Mempersiapkan dan memeriksa kabel yang akan dipakai sesuai dengan yang telah ditetapkan, serta menyeragamkan ketentuan pemakaian warna kabel, agar ada kesamaan dalam pemasangan seperti contohnya warna merah untuk koneksi polaritas (+) dan hitam untuk polaritas (-). Selain itu perlu untuk mempersiapkan dan menggunakan sepatu kabel atau terminal kabel pada setiap pemasangan dan penyambungan kabel. j. Memeriksa kondisi peralatan SHS yang akan digunakan seperti pada tabel berikut :

Tabel 2.1. Data Instalasi k. Menyiapkan kursus/pelatihan dan petunjuk mengenai SHS untuk para pemakai maupun pengurus/pengelola system.

  Agar mempercepat dan mempermudah dalam pelaksanaanya ada beberapa tahapan yang perlu dilakukan, yaitu:

  I. Pemasangan Modul Fotovoltaik dan Struktur Penyangga ¾ Menentukan letak tiang penyangga dan sesuaikan dengan ukuran panjang tiang yang ada.

  ¾ Mengikat tiang penyangga dengan kuda-kuda atap pada titik yang telah ditentukan dengan menggunakan klem pengikat sehingga kedudukannya kokoh. ¾ Merakit modul fotovoltaik pada bingkai penyangganya, dan pasangkan ke tiang penyangga.

  ¾ Mengarahkan modul fotovoltaik sehingga menghadap ke arah yang paling optimum mendapat radiasi matahari.

  ¾ Menyambungkan kabel dari terminal kabel (junction box) di modul fotovoltaik ke BCR dan masukkan kabel tersebut ke dalam tiang penyangga (lihat cara menyambungkan jaringan kabel di II. Pemasangan Jaringan Kabel).

  ¾ Menutup lubang tempat pemasukan tiang penyangga pada atap dengan II. Pemasangan Jaringan Kabel ¾ Memasang kabel di modul fotovoltaik untuk polaritas (+) dengan kabel warna merah dan polaritas (-) dengan kabel warna hitam. Kabel yang keluar dari junction box jangan menggantung panjang, dan seluruhnya terbungkus isolasi/lapisan tahan cuaca. Masukkan jalur kabel tersebut ke dalam tiang penyangga dan usahakan tidak ada sambungan kabel. ¾ Memasang kabel-kabel dari BCR yang menghubungkan seluruh lampu melewati plafon rumah dengan rapi, dan kemudian sambungkan dengan saklarnya, selanjutnya pasanglah stop kontak beserta kabelnya pada tempat yang sesuai dan usahakan jarak antar paku/klem pada rank plafon maupun pada dinding kurang dari 50 cm. ¾ Menyambung kabel-kabel ke terminal BCR sesuai dengan aturan seperti pada pemasangan BCR sesuai dengan aturan seperti pada pemasangan

  BCR di IV. Pemasangan Alat Pengatur Energi Baterai.

  III. Pemasangan Baterai dan Kotak Baterai ¾ Menentukan letak kotak baterai dan pasang penyangganya hingga kokoh, usahakan agar letaknya di tempat yang mempunyai sirkulasi udara yang baik dan tidak terjangkau oleh anak kecil. ¾ Seandainya baterai yang diterima dalam keadaan kering dan belum diisi dengan larutan elektrolit, buka tutup ventilasi (6 buah) dan isi semua sel

  ¾ Dalam pengisian awal baterai (charging) sampai penuh yaitu ketika arus pengisian dari catudaya otomatis DC power supply 20 A ke baterai mencapai kurang dari 0.5 A. Hal ini menyebabkan gelembung gas yang cukup banyak di dalam larutan elektrolit dan tegangan baterai mencapai sekitar 14.0 V. Jika catu daya tersebut ternyata tidak tersedia, maka pengisian awal dapat dilakukan dengan menggunakan modul fotovoltaik setelah sistem terpasang lengkap selama kurang lebih 3 hari tanpa beban lampu atau beban lainnya dihidupkan.

  ¾ Dilakukan pemeriksaan terhadap SG baterai dan tegangan baterai, sehingga dapat dipastikan bahwa baterai terpasang betul-betul dalam kondisi penuh dan dalam kondisi baik. ¾ Memasang terminal kabel di kedua ujung kutub baterai. ¾ Menyiapkan kabel untuk hubungan dari baterai ke BCR dengan tanpa ada sambungan.

  IV. Pemasangan Alat Pengatur Energi Baterai (BCR) Setelah BCR terpasang dengan kokoh ditembok atau kotaknya yang diusahakan tidak terlalu jauh dari baterai dan modul fotovoltaik, dan setelah semua instalasi selesai dipasang, baru dilakukan koneksi/penyambungan semua kabel yang menuju BCR secara urut yaitu:

  ¾ Menhghubungkan kabel baterai ke terminal baterai di BCR, dan perlu perhatikan polaritas kabel (+) untuk terminal (+) dan kabel (-) untuk

  ¾ menghubungkan kabel modul fotovoltaik ke terminal PV di BCR, dan perhatikan polaritasnya ¾ menghubungkan kabel dari kotak distribusi beban ke terminal beban di

  BCR, dan perhatikan polaritasnya ¾ Memeriksa sekali lagi bahwa semua penyambungan kabel telah terkoneksi dengan baik dan kuat dan setiap ujung kabel telah menggunakan sepatu kabel

  V. Pemeriksaan Akhir Pemeriksaan akhir dilakukan untuk mengetahui apakah komponen- komponen sistem berfungsi dengan baik sesuai dengan spesifikasi teknis yang terdapat pada pada rujukan teknis dari modul fotovoltaik, baterai maupun BCR. Untuk dapat mengisi lembaran kerja pemeriksaan akhir seperti yang tercantum pada Tabel 2.2. Pemeriksaan Akhir, maka disusun prosedur pemeriksaan akhir sebagai berikut: 1) Pengukuran Kinerja Modul Fotovoltaik

  Kinerja modul fotovoltaik mencakup pengukuran arus hubungan singkat (Isc) dan pengukuran tegangan terbuka (Voc) yang diukur pada saat sinar matahari bersinar terang tanpa terhalang awan.

  Pengukuran arus hubungan singkat dilakukan dengan melepaskan kabel modul fotovoltaik di terminal BCR, dan menghubungkan kedua ujung kabel menunjukkan harga arus hubungan singkat (Isc) dari modul fotovoltaik tersebut.

  Pengukuran tegangan terbuka (Voc) dilakukan hampir sama dengan pengukuran Isc yaitu menggantikan amperemeter dengan voltmeter dan menghubungkannya pada kedua ujung kabel yang terbuka. Perlu ditambahkan bahwa pada pengukuran pencatatan kedua hasil pengukuran tersebut di atas dilakukan bersamaan dengan pengukuran radiasi matahari yang diukur dengan piranometer. Jika hasil pengukuran Isc dan Voc modul fotovoltaik serta radiasi

  2

  matahari tersebut di konversikan secara linier ke harga radiasi 1000 W/m dan kemudian membandingkannya dengan spesifikasi teknis pada data rujukan modul fotovoltaik dan hasilnya tidak menyimpan lebih besar dari 5%, maka kondisi modul fotovoltaik tersebut masih baik.

  Untuk memeriksa arus dan tegangan pengisian dari modul fotovoltaik ke baterai, maka hubungkan voltmeter secara paralel dengan modul fotovoltaik (hubungkan kabel merah modul fotovoltaik (+) dengan kabel positif voltmeter (+) dan kabel hitam modul fotovoltaik (-) dengan kabel negatif/com (-) voltmeter) dan hubungkan amperemeter secara seri dengan modul fotovoltaik (hubungkan kabel merah modul fotovoltaik (+) dengan kabel (+) amperemeter dengan terminal kabel PV (+) di BCR, dan kabel hitam modul fotovoltaik (-) dengan terminal kabel PV (-) di BCR). Kemudian ukur dan catat tegangan dan arusnya untuk beberapa kali pengukuran sehingga mendapatkan suatu harga yang maksimum. Jika harga tegangan maksimum menunjukkan lebih kecil dari 13.2 V, dan harga arus pengisian lebih besar dari 0.8 Isc modul fotovoltaik, maka pengisian dapat

2) Pengukuran Kinerja Baterai

Tabel 2.2. Kondisi kapasitas baterai (SOC), Spesific Gravity (SG) dan tegangan

  baterai asam timbal keadaan tanpa pembebanan/pengisian dengan SG awal elektolit 1.25-1.26 Kondisi SOC Spesific Gravity Tegangan 12 V

  Kondisi penuh 1.265

  12.70 Kapasitas 75% 1.225

  12.60 Kapasitas 50% 1.190

  12.45 Kapasitas 25% 1.155

  12.20 Kondisi kosong 1.120

  11.70 Dengan asumsi bahwa terdapat hubungan yang linier antara SG dari elektrolit baterai dengan tegangan terbuka baterai seperti terlihat pada Tabel 2.2. diatas, maka status kapasitas baterai pada saat pengukuran dapat diketahui. Adapun prosedur pengukurannya adalah sebagai berikut:

  a) Untuk mengamankan BCR terlebih dahulu lepaskan kabel modul fotovoltaik di terminal BCR, kemudian kabel baterai di terminal/kutub- kutub baterai.

  b) Agar mendapatkan hasil yang baik, maka tunggu satu sampai tiga jam kemudian buka ke enam buah tutup ventilasinya dan ukur SG larutan elektrolit baterai dari masing-masing selnya menggunakan hydrometer seperti pada Gambar 2.4. Hydrometer dan cara pembacaanya.

  c) Mengukur tegangan baterai dengan voltmeter yang dapat memberikan ketelitian pembacaan sebesar 0.01 volt. d) Jika perlu lakukan pengukuran tersebut di atas beberapa kali untuk mendapatkan harga yang maksimum.

  Keterangan :

  a. Kapasitas baterai 100% b.Kapasitas baterai 25%

  c. Cara mengukur harga specific gravity(SG) dengan hydrometer, untuk mengetahui kapasitas baterai.

Gambar 2.4. Hydrometer dan Cara Pembacaannya

  3) Pemeriksaan Kinerja BCR Pemeriksaan kinerja BCR dilakukan dengan melihat besarnya tegangan di masing-masing terminal, tegangan jatuh antara terminal-terminalnya, kemampuan

  BCR terhadap variasi beban, dan pengaruh hubungan singkat di terminal beban.

  Pengukuran tegangan pada ketiga terminal BCR dilakukan dengan menggunakan voltmeter pada saat tanpa beban di siang hari. Jika tegangan di terminal modul fotovoltaik (PV) lebih besar dari tegangan di terminal baterai dan juga lebih besar dari tegangan di terminal beban, maka BCR sudah berfungsi dengan baik

  Untuk melihat mutu dan kualitas BCR yang digunakan, maka perlu diukur tegangan jatuh PV-baterai atau selisih antara tegangan terminal PV (-) dan menggunakan voltmeter. Jika tegangan jatuh ini lebih kecil dari 0.6 V, maka BCR tersebut cukup baik. Selain itu perlu juga dilihat tegangan jatuh baterai-beban (-) dengan terminal baterai (+) dan tegangan terminal beban (+) yang dilakukan pada saat arus beban sekitar 1A atau dua buah lampu TL dinyalakan. Jika tegangan jatuh ini lebih kecil dari 70 mV per ampere beban, maka BCR tersebut cukup baik

  Untuk melihat kemampuan maksimum dari BCR, maka hidupkan semua beban bersamaan, jika kapasitas BCR sesuai dengan spesifikasi teknisnya (6A), maka tidak akan terjadi pemutusan beban oleh BCR.

  Untuk melihat kemampuan BCR dalam mengatasi terjadinya hubungan singkat, maka hubungkan terminal (+) dengan (-) pada terminal beban dengan memakai kabel yang sesuai, jika proteksi hubungan singkat bekerja dengan baik, maka BCR akan segera berfungsi kembali setelah terjadi pemutusan beban oleh BCR.

  Pada prinsipnya setiap BCR harus mempunyai blocking diode, untuk melihat fungsinya dapat dilakukan dengan cara melepaskan kabel dari modul fotovoltaik di terminal BCR dan kemudian menghubungkan amperemeter di kedua ujung terminal tersebut, jika arus yang mengalir lebih kecil dari 4mA, maka berarti blocking diode di BCR masib berfungsi dengan baik.

  Setelah selesai pelaksanaan instalasi sebaiknya segera dilengkapi data-data instalasi pada tabel 2.1 dan gambar instalaturnya serta periksa kembali semua peralatan yang telah digunakan

Tabel 2.3. Pemeriksaan akhir.

2.6 Jenis-Jenis Solar Electric System

  Dalam pemasangan modul surya ada beberapa tipe-tipe pemasangan dan penggabungan dengan energi alternatif lainnya atau dengan tenaga generator, yaitu sebagai berikut :

1. Sistem Tenaga Surya Fotovoltaik Tunggal Sederhana (Small Stand Alone

  Solar PV System) Jenis instalasi ini contohnya seperti pemasangan yang penulis pakai.

  Karena hanya ada 1 modul surya yang digunakan. Sistem pada instalasi ini ditunjukkan seperti pada Gambar 2.5. Diagram Alir dari Sistem Tenaga Surya Fotovoltaik Sederhana Tunggal (Small Stand Alone Solar PV System).

  Sederhana (Small Stand Alone Solar PV System).

  2. Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Fotovoltaik (Grid Connected

  Solar PV System)

  Sistem ini menghasilkan daya listrik yang besar karena digunakan sebagai listrik di rumah. Sistem instalasi ini ditunjukkan seperti pada

Gambar 2.6. Diagram Alir dari Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Fotovoltaik (Grid Connected Solar PV System).Gambar 2.6. Diagram Alir dari Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Fotovoltaik (Grid Connected Solar PV System).

  3. Kombinasi Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Generator (Hybrid Solar Electric And Generator Combinating System)

  Jenis sistem ini dikenal sebagai Grid Connected Hybrid Generation System atau Hybrid Solar Electric And Generator Combinating System.

  Instalasi tipe ini merupakan gabungan antara modul fotovoltaik (PV) dan generator. Dapat dilihat seperti pada gambar 2.7dibawah ini.

Gambar 2.7. Diagram Alir dari Kombinasi Sistem Pembangkit listrik Tenaga

  Surya dengan Generator (Hybrid Solar Electric AndGenerator Combinating System).

4. Sistem Tenaga Surya Fotovoltaik Pemasangan Di Atap (Roof Mounted

  Solar PV System)

  Keterangan : Sistem tenaga surya fotovoltaik pemasangan di atap yang digunakan sebagai salah satu sumber listrik seperti gambar 2.8 disebelah kiri.

Gambar 2.8. Sistem Tenaga Surya Fotovoltaik Pemasangan di Atas Atap (Roof Mounted Solar PV System).

  5. Sistem Tenaga Surya Fotovoltaik Integrasi Atap (Roof Integrated Solar

  PV System)

  Keterangan : Sistem tenaga surya fotovoltaik integrasi atap (berfungsi sebagai atap) yang digunakan pada rumah yang ditunjukkan pada gambar 2.9 disebelah kiri.

Gambar 2.9. Sistem Tenaga Surya Fotovoltaik Integrasi Atap (Roof Integrated Solar PV System).

  6. Sistem Tenaga Surya Fotovoltaik pemasangan Tiang tunggal (Pole

  Mounted Solar PV System)

  Sistem tenaga surya fotovoltaik tipe ini biasa digunakan di daerah kutub untuk menghindari penumpukan salju diatas panel surya dan agar mudah dibersihkan dari salju seperti yang ditunjukan pada gambar 2.10 dibawah ini.

Gambar 2.10. Sistem Tenaga Surya Fotovoltaik pemasangan Tiang Tunggal (Pole Mounted Solar PV System).

  7. Sistem Tenaga Surya Fotovoltaik Pemasangan di Atas Tanah (Ground

  Mounted Solar PV System)

  Keterangan : Sistem ini digunakan untuk didaerah gurun, untuk menghindari dari panas tanah dan badai gurun jg agar mudah dibersihkan seperti yang ditunjukkan gambar 2.11 disebelah kiri.

Gambar 2.11. Sistem Tenaga Surya Pemasangan di Atas Tanah (Ground Mounted Solar PV System).

  8. Sistem Tenaga Surya Fotovoltaik Tunggal Lengkap (Complete Stand –

  Alone Solar System)

Gambar 2.12. Diagram Alir dari Sistem Tenaga Surya Fotovoltaik Tunggal Lengkap (Complete Stand – Alone Solar System).

  2.7 Dasar Desain Perancangan

  Dasar perancangan solar home system pada penelitian ini mengarah pada fungsi dari dudukan/penyangga modul surya yang mampu ditempatkan di kampus Sekolah Tinggi Teknik Lingkungan Yogyakarta di gedung sebelah utara lantai 3. Fungsi dari dudukan/penyangga modul surya ini adalah untuk membuat dudukan/penyangga yang mampu mengakomodasi kebutuhan modul surya untuk menerima radiasi matahari secara maksimal. Untuk karena itu dibuat desain modul surya yang mampu mengakomodasi kenaikan kemiringan modul surya setiap 5

  ˚ dengan sudut minimal 15˚ sampai dengan sudut modul surya 60˚. Sudut

  15 ˚ adalah sudut yang direkomendasikan untuk pemasangan modul surya. Selain tingkat kemiringan dudukan modul surya, penulis juga membuat dudukan/penyangga modul surya yang bisa diputar untuk mengakomodasi arah datangnya sinar matahari yang diterima modul surya. sistem kerja dari dudukan/penyangga modul surya ini dilakukan secara manual.

  2.8 Baja

2.8.1. Tegangan Regangan

  Bahan-bahan logam biasanya diklasifikasikan sebagai bahan liat (ductile) atau bahan rapuh (brittle). Bahan liat mempunyai gaya regangan (tensile strain) relatif besar sampai dengan titik kerusakan (misal baja atau aluminium) sedangkan bahan rapuh mempunyai gaya regangan yang relatif kecil sampai dengan titik yang sama. Batas regangan 0,05 sering dipakai untuk garis pemisah diantara kedua kelas bahan ini. Besi cor dan beton merupakan contoh bahan rapuh.

  Rumus untuk menghitung tegangan dan regangan adalah sebagai berikut :

  gaya ( F )

  Tegangan ( σ) = ................................................2.1

  luaspenamp ang ( A ) L − L

  1 ∆ L

  Regangan ( ε) = = ..........................................................2.2

  L L σ E F

  C B D A O ε