BAB II LANDASAN TEORI

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 SEJARAH PERKEMBANGAN
Sel surya atau solar cell merupakan divais semikonduktor sebagai pengubah energi
cahaya matahari menjadi energi listrik secara langsung, sel surya inipun dikenal juga
dengan istilah sel photovoltaic.
Photovoltaic terdiri atas photo
dan voltaic. Photo
berasal dari bahasa
yunani phos yang berarti cahaya. Sedangkan voltaic diambil dari nama Alesandro
Volta (1745-1827), seorang pelopor dalam pengkajian mengenai listrik.
Saat ini sel surya diproduksi secara komersil untuk penyediaan tenaga listrik
khususnya di daerah-daerah terpencil. Salah satu teknologi yang relatif murah untuk
menghasilkan sel surya dari bahan silicon baik kristal tunggal maupun multikristal
adalah menggunakan teknologi screen printing, dimana teknologi ini biasa
digunakan untuk membuat komponen hybrid film tebal.
2.2 KOMPONEN UTAMA SEBUAH SOLAR HOME SISTEM (SHS)
Sebagai sebuah sistem solar home system seperti dapat dilihat pada gambar 2.1
terdiri atas subsistem sebagai berikut:
a. Modul Fotovoltaik.
b. Baterai.
c. Alat Elektronik Pengontrol Baterai(controller).
d. Inverter(controller).
e. Beban.
Modul
surya
controle
r
b
Beban
+
-
Baterai
Gambar 2.1 Sebuah Solar Home Sistem.
2.3 FOTOVOLTAIK (MODUL SURYA)
Sel surya merupakan divais semikonduktor yang dapat mengubah secara langsung
energi cahaya matahari yaitu berupa partikel-partikel photon menjadi energi listrik.
Struktur sel surya merupakan komponen semikonduktor yang dibagun dalam
bentuk persambungan silicon tipe-n dan tipe-p, lapisan anti-refleksi, kontak atas
berupa grid dan bawah untuk menghubungkan pertemuan tipe-p dan tipe-n ini ke
rangkaian beban luar. Struktur sel surya ini juga terkadang ada yang berbentuk
persambungan n-p-p+, struktur dalam bentuk ini disebut Back Suface Filed (BSF)[1].
Apabila cahaya metahari menumbuk permukaan divais atau menebus hingga
persambungan p-n, maka akan terjadi proses generasi pasangan electron dan hole,
dimana kedua pasangan ini akan terjadi kumpulan masing-masing pada daerah tipe-n
dan tipe-p sebagai pembawa arus negatif dan positif. Jika kedua tipe-p dan tipe-n
dihubungkan dengan sebuah kontak atau terminal dan diantara kedua terminal ini
diletakkan sebuah beban, maka akan terjadi adanya aliran electron sebagai pembawa
muatan minoritas dari silicon tipe-p menuju tipe-n dan hole pembawa muatan
minoritas dari silicon tipe-n ke tipe-p akan ditarik oleh medan listrik ini, maka akan
terjadi aliran diri sisi p ke sisi n dan sebaliknya. Oleh karena itu, cahaya matahari
akan membangkitkan arus listrik yang mengalir dari sell surya ini ke beban yaitu
berupa lampu akan menyala, seperti yang dapat dilihat pada gambar 2.2.
sury
a
Kotak metal(-)
Lapisan
ARC
Silicon tipen
Pn-junction
-
-
+
+
Silicon tipep
+
Kontak metal
(+)
Gambar 2.2 Struktur sel surya
2.3.1 Prinsip-Prinsip Kerja Semikonduktor
2.3.1.1 Semikonduktor silicon
Silikon adalah salah satu bahan semikonduktor yang banyak digunakan dalam
pembuatan komponen mikro elektronika dan pembuatan sell surya. Bahan silicon
yang biasa digunakan adalah berbentuk kristal tunggal atau multikristal.
Pada susunan berkala, unsure silicon-(Si) berada pada golongan IVA, dengan
kulit terluarnya (elektron valensi) ditempati oleh 4 elektron.
Silicon sebagai bahan semi konduktor memiliki sifat-sifat listrik yang berada
di antara bahan isolator dan konduktor. Pada temperatur mutlak nol kelvin (OK)
kristal silicon bersifat sebagai isolator karena tidak terdapat electron pembawa
muatan yang bebas. Dan bila temperatur dinaikan hingga suhu kamar, maka ikatan
elektron kovalen yang terbentuk itu akan pecah terurai, sehingga akan ada electron
yang bebas. Oleh karena itulah pada kondisi ini dimungkinkan terjadi konduksi.
Bahan kristal silicon murni ini atau belum diberi atom-atom pengotor disebut
semikonduktor intrinsic.
2.3.1.2 Semikonduktor silicon tipe-n dan tipe-p
Penambahan atom pengotor ke dalam kristal silicon disebut dengan istilah doping.
Bahan-bahan pengotor yang biasa digunakan dalam proses pembuatan silicon tipe-n
dan tipe-p ini misalnya atom boron-(B) dan Phospor-(P). Semikonduktor yang sudah
diberi bahan pengotor ini disebut sebagai bahan semikonduktor ekstrinsik tipe-p dan
tipe-n.
2.3.1.3 Persambungan tipe-n dan tipe-p
Persambungan bahan semikonduktor ektrinsik tipe-p dan tipe-n dikenal dengan
istilah pn-juntion yang merupakan struktur atau bangunan dasar dalam semua
komponen elektronika berbasis semikonduktor, sebagai contoh diode dan sel surya
(photovoltaic cell), menunjukkan sebuah persambungan tipe-p dan tipe-n dengan
kondisi hubung terbuka.
Sebuah pn-junction merupakan penggabungan secara metalurgi dari bahan
semikonduktor disambungkan, maka akan terjadi proses difusi muatan dari daerah
berkonsentrasi tinggi ke daerah berkonsentrasi rendah, hole dari daerah tipe-p yang
memiliki konsentrasi rendah melewati persambungan (junction) dan sebaliknya
electron yang berkonsentrasi tinggi dari daerah tipe-n akan berdisfusi ke daerah
berkonsentrasi rendah yaitu daerah tipe-p.
2.3.2 Teknologi Proses Pembuatan Sel Surya Dengan Screen Printing teknologi
Teknologi thick film merupakan teknologi pembuatan komponen-komponen dan
rangkaian elektronika terintegrasi Hybrida (IC-Hybrid) yang berbasis substrat
keramik. Pada teknologi thick film, tebal lapisan biasanya dibuat dengan orde 10
sampai 25 mikrometer sedangkan untuk thin film, lapisan dibuat dengan ketebalan
sampai 1 mikrometer. Beberapa keuntungan dari teknologi thick film ini adalah
disain dan realisasi murah, kehandalan tinggi, disain sangat kompak dengan disipasi
panas cukup baik. Keuntungan yang dapat diambil dari penggunaan teknologi thick
film dalam pembuatan divais sel surya ini meliputi investasi peralatannya cukup
rendah, hasil produksi cukup tinggi.
Proses screen printing dan pembakaran atau sintering (firing) merupakan
proses yang utama dalam teknologi thick film ini.
.
2.3.3 Tahapan Proses Pembuatan Sel Surya Dengan Screen Printing
Proses-proses utama dalam pembuatan divais sel surya ada 3 (tiga) tahap yaitu[1]:
a. Pembentukan pn-junction.
b. Pembuatan Kontak metal.
c. Pelapis anti refleksi.
Tahapan proses tersebut akan dijelaskan secara singkat pada bagian berikut:
a. Pembentukan pn-junction meliputi:
Persiapan wafer silikon. Bahan silikon yang banyak digunakan dalam
pembuatan sel surya adalah silikon dari tipe-p. Persiapan wafer silikon
merupakan
proses
pencucian
silikon
dari
bahan-bahan
kontaminan.
Kontaminan pada wafer silikon berbentuk partikel atau lapisan.
Dalam proses pencucian ini dilakukan dengan sistem etsa permukaan wafer
dan sekaligus pembentukan struktur piramida pada permukaan substrat.
Struktur piramida berfungsi sebagai penjebak sinar matahari yang datang ke
permukaan substrat agar tidak dipantulkan langsung oleh permukaan substrat.
Screen printing. Proses percetakan (printing) merupakan kunci utama dalam
teknologi thick film seperti telah disebutkan di atas, dimana fungsi dari proses
percetakan adalah untuk memindahkan bahan pasta melalui suatu pola tertentu
yang dibentuk di atas screen, ke atas substrat yang diinginkan.
o
Screen memiliki fungsi sebagai masker untuk pola gambar yang
diinginkan, serta juga berfungsi sebagai penentu seberapa banyak dan tebal
pasta yang akan dipindahkan ke substrat.
o
Rakel (squeegee) berfungsi untuk menekan pasta dari screen ke
substrat. Bahan rakel yang biasa digunakan untuk proses printing terbuat
dari bahan neopren, polyrethen dan viton dengan kekerasan bahan sekitar 50
sampai 70 duro meter. Bentuk yang banyak digunakan adalah bentuk
persegi dengan sudut kemiringan 60 derajat dan 45 derajat. Seperti dapat
dilihat pada gambar 2.3.
Gerakan
squeege
45
Pasta
o
Screen
Gambar 2.3 Squeege
o
Bahan pasta merupakan bahan yang akan dilapiskan atau akan
diletakkan di atas permukaan substrat. Bahan aktif dari pasta yang banyak
digunakan untuk jalur-jalur konduktor pada rangkaian thck film adalah Ag,
Ag/Al atau Pd/Ag. Sedangkan dalam proses pembuatan sel surya dengan
teknologi screen printing ini, pasta yang digunakan berupa pasta phosphor(P) untuk difusi, titanium dioksida(TiO2) sebagai bahan anti-refleksi dan
Ag, Al, Al/Ag dan Ag/Pd adalah pasta untuk membentuk sistem kontak.
Proses difusi. Pada proses ini dilakukan pencetakan bahan pasta yang berisi
atom-atom phospohor sebagai pembentuk persambungan tipe-n. Pasta
phosphor ini dicetak ke seluruh permukaan substrat silikon bagian atas. Pasta
yang tercetak di permukaan bagian atas substrat ini selanjutnya dikeringkan
pada sebuah oven dengan temperatur antara 100o C sampai dengan 150 o C agar
bahan-bahan pelarut pasta ini menguap.
Kemudian substrat dimasukkan ke dalam conveyor belt furnance dengan
temperatur puncak 900oC hingga 925oC. Proses pembakaran ini dimaksudkan
agar atom-atom phosphor tersebut berdifusi ke dalam substrat silikon dan
membentuk pertemuan tipe-n dan tipe-p. Sheet resistansi yang diharapkan pada
permukaan substrat silikon untuk divais sel surya ini adalah berkisar antara 20
Ω/square sampai 50 Ω/square.
b. Pembuatan kontak metal. Pembuatan kontak metal dalam sebuah sel surya terdiri
atas 2 (dua) jenis kontak yaitu yang pertama kontak atas adalah kontak yang
dibentuk pada daerah silikon tipe-n, berupa jalur-jalur konduktor membentuk
seperti pencabangan (finger) yang berinduk pada jalur utama yang disebut sebagai
busbar. Kontak atas hanya menutupi daerah permukaan yang akan terkena cahaya
matahari sekitar 5 persen hingga 10 persen. Kontak metal yang kedua yaitu
kontak bawah yang menghubungkan daerah silicon tipe-p dengan terminal
luarnya. Pada bagian ini seluruh permukaan tertutup oleh lapisan kontak ini.
Proses dilakukan dalam pembuatan kontak metal adalah mencetak pola finger
seperti yang telah disebutkan di atas, silikon dengan bahan pasta Ag, kemudian
pasta tersebut dikeringkan pada temperatur 120o C sampai 150o C dan dibakar
atau firing pada temperatur puncak antara 700o C hingga 800o C. Sedangkan untuk
kontak belakang yang menggunakan bahan pasta Al atau Al/Ag pembakaran
dilakukan pada temperatur puncak sekitar 640o C hingga 670o C.
c. Pelapisan bahan anti refleksi. Lapisan bahan anti-refleksi ini dibuat dari pasta
yang memiliki komponen aktifnya berupa bahan oksida yaitu TiO 2 – (titanium
dioksida). Seluruh permukaan bagian atas silikon dicetak dengan bahan antirefleksi. Kemudian seperti proses lainya dilanjutkan dengan pengeringan pada
temperatur 100o C sampai 120o C dan dibakar pada temperatur puncak antara 400o
C hingga 550o C.
Tebal lapisan setelah proses pembakaran, diharapkan mencapai 800A sampai
1000 A (Andstrom) hasil yang diperoleh berupa lapisan berwarna biru transparan.
Dalamproses isolasi ini biasanya dilakukan untuk menghindari adanya pengaruh
parasitic yang ditimbulkan oleh setiap tahapan dalam proses pembuatan sel surya,
karena akan menyebabkan perubahan pada karakteristik listrik sel surya. Proses
isolasi yang banyak digunakan untuk tahap ini adalah sistem etsa pemotongan
dengan menggunakan diamond cutter atau laser scribing.
Saat ini penerapan sel surya sebagai solar home system (SHS) yang
memanfaatkan teknologi fotovoltaik digunakan untuk penyediaan tenaga listrik
khususnya untuk daerah-daerah terpencil di Indonesia.
Dengan revolusi teknologi, sel surya juga dapat dibuat dengan menggunakan
bahan inorganik seperti Metal-free phtalocyanime-(Pc) yang merupakan bahan
organik phtalocyanime yang memiliki struktur molekul tanpa ada ikatan dengan
logam yang dicampur dengan bahan polyvinilacetat-(PVA) dengan struktur
komplek. Desain tersebut biasa dilakukan dengan menggunakan teknik
pemendapan bahan thin film seperti metal organic, chemical vapour deposition,
molecular beam epitaxy, spin-coating, dan lain-lain
2.4 BATERAI
Baterai adalah sebuah subsistem penyimpanan energi dc yang dihasilkan oleh modul
fotovoltaic. Penentuan kapasitas baterai untuk solar home sistem ditentukan oleh
kondisi radiasi lokasi serta sejumlah dan jenis modul fotovoltaic yang digunakan.
Untuk aplikasi solar home sistem dapat juga digunakan baterai mobil (accu). Baterai
khusus yang digunakan bagi sistem pembangkit listrik fotovoltaic individual
menggunakan baterai sekunder sel timah hitam dan NiCd (nikel-cadmium), dari jenis
vented atau sealed.
Kapasitas dari sebuah baterai merupakan besarnya energi listrik dalam
Ampere-jam (Ah) yang terisi penuh pada satu kondisi penuh. Kapasitas suatu baterai
dapat di spesifikasikan sebagai berikut :
a. Kapasitas aktual (Ca) yaitu jumlah besaran listrik dalam Ampere-jam (Ah) yang
dapat dikeluarkan dari sebuah sel atau baterai untuk suatu kondisi operasi tertentu
yaitu laju pelepasan muatan, temperatur, kondisi muatan awal, umur, dan
tegangan akhir.
b. Kapasitas nominal (Cnom) adalah jumlah besaran listrik dalam Ampere-jam (Ah)
yang dinyatakan oleh manufaktur sebagai kapasitas yang dapat diberikan dalam
keadaan penuh dan pada kondisi khusus (laju pelepasan, tegangan akhir, dan
temperatur).
Sel dan baterai skunder yang digunakan dalam sistem fotovoltaik dapat
berupa vented (Flooded) dan valve regulated, dan pada umumnya dipasarkan dalam
kondisi Di-charge dan terisis elektrolit. Drychage dikosongkan hanya untuk baterai
sel timah hitam, Di-charge dan dikosongkan serta Drychage dan terisi hanya baterai
nikel-kadmium-NiCd.
Baterai yang digunakan dalam sistem modul fotovoltaik
secara umum
terbagi dalam 2 jenis yaitu baterai primer dan baterai skunder.
2.4.1 Baterai Primer
Jika konduktor yang tidak sama ditempatkan dalam larutan-penghantar yang akan
bereaksi secara kimia dengan salah satu konduktor, maka akan dihasilkan daya gerak
listrik antara kedua konduktor. Konduktor tersebut disebut elektroda dan larutannya
disebut elektrolit.
Gaya gerak listrik atau ggl yang dihasilkan dalam setiap sel tergantung pada
bahan elektroda dan elektrolit yang digunakan. Sebagai contoh, jika elektroda yang
digunakan adalah seng-(Zinc) dan timah dan kemudian ditempatkan dalam larutan
asam sulfat-(H2SO4), maka ggl yang ditimbukan sebesar 0,5 Volt; elektroda seng
dan air raksa-oksida dalam kalium hidroksida menghasilkan ggl sebesar 1.35 volt ;
sedangkan elektroda seng dengan mengandung dioksida dalam larutan kaliumhidroksida dihasilkan ggl 1,5 volt. Pada waktu lampau, banyak kombinasi bahan
yang digunakan untuk elektroda dan elektrolit sel primer. Sel primer yang pertama
memiliki larutan elektrolit yang dapat tumpah dan tidak dapat dibawa sehingga
memiliki kesukaran dalam penggunaannya, sekarang ini sel kering merupakan
baterai primer yang paling banyak digunakan karena mudah dibawa dan ukurannya
yang kompak.
Secara umum baterai primer ini dikenal dengan baterai kering dan yang
paling banyak digunakan, yaitu sel karbon-seng, alkaline, air raksa-oksida, dan
perak-oksida.
Sel karbon-seng adalah baterai kering yang hingga sekarang masih
digunakan, dengan ggl yang dihasilkkan sebesar 1,5 volt. Jenis ini digunakan oleh
sebagian pabrik sebagai sel tugas berat (heavy duty).
Sel alkaline menggunakan elektroda negatif dari seng berbubuk dan elektroda
positif dari mangan-dioksida serta larutan elekrolit dari seng berbubuk dan elektroda
positif dari mangan-dioksida serta larutan elektrolit dari kalium hidroksida. Jenis ini
mempunyai tegangan rangkaian terbuka sebesar 1.5 Volt dengan tahanan-dalam yang
rendah serta dapat digunakan untuk menggantikan sel karbon-seng jika diperlukan
arus besar dan umur yang lebih panjang. Sel alkaline biasa mempunyai energi total
50 sampai dengan 100 persen lebih besar dari sel karbon-seng yang sama.
Sel air raksa-oksida dan perak-oksida mempunyai kemampuan yang rendah
jadi pada pemakaian kontinue yang sama. Sel jenis ini kerap kali dirancang untuk
memenuhi kebutuhan tertentu dan tidak untuk pemakaian umum. Penggunaannya
antara lain adalah untuk alat bantu pendengaran, arloji, pengukur pencahayaan foto
elektrik dan instrument. Keduanya dibuat dalam bentuk datar seperti “kancing”.
Secara elektrokimia keduanya mengunakan seng sebagai elektroda negatif dan
kalium-hidroksida sebagai elektrolitnya. Sel air raksa-oksida mempunyai tegangan
rangkaian terbuka sebesar 1.35 Volt sedangkan sel perak-oksida memiliki ggl sebesar
1.6 Volt.
Baterai primer ini adalah baterai yang hanya sekali digunakan dan tidak dapat
diisikan kembali.
2.4.2 Baterai Skunder
Baterai skunder atau yang dikenal dengan sel skunder atau penyimpanan (storage
cell) adalah sel yang keadaan fisik dan kondisi kimiawi dari elektroda dan
elektrolitnya dapat disimpan kembali dengan cara mengisi kembali selskunder
tersebut. Dalam penggunaannya terdapat 2 (dua) macam sel skunder yaitu lead-acid
dan nickel-cadmium dimana kedua jenis ini merupakan sel skunder yang
direkomendasikan untuk dapat digunakan dalam solar home system. Bagian-bagian
baterai sekunder dapat dilihat pada gambar 2.4.
Gambar 2.4 Bagian-bagian baterai (accu)
a. Baterai asam timbal (lead Acid battery). Elektroda positif dari tipe ini adalah
timbale-proksida-(PbO2) dan timbale murni-(Pb) sebagai elektroda negatif serta
larutan asam-sulfat-(H2SO4) sebagai elektrolitnya. Jika sel mencatu arus ke beban
atau mengosongkan, terjadi reaksi kimia yang membentuk timbale-sulfat-(PbO4)
dan pada kedua plat terbentuk air-(H2O) dalam elektrolit. Setelah sejumlah energi
tertentu diambil dari sel, kedua plat telah diubah menjadi bahan yang sama dan sel
tidak lagi menghasilkan ggl. Untuk pengisian sel, arus pengisian dilakukan
melalui sel dalam arah yang berlawanan.
Elektrolit baterai asam-timbal adalah larutan asam-sulfat dalam air. Dalam baterai
yang digunakan untuk pekerjaan yang stasioner, yang mungkin digunakan dalam
larutan elektrolit dalam volume besar, berat-jenis (specific gravity) dalam keadaan
terisi penuh 1.210 sampai 1.225. Dalam baterai yang mudah dibawa-bawa seperti
yang digunakan untuk mobil atau pesawat terbang dengan ruang dan berat
terbatas, berat-jenisnya berkisar antara 1.265 sampai 1.300 jika terisi penuh.
Iklim dan temperatur tempat baterai tersebut dioperasikan juga merupakan faktor
untuk menentukan berat jenis yang digunakan.
Penurunan berat-jenis dari keadaan terisi penuh ke keadaan kosong berubah
menurut volume elektrolitnya dengan penurunan sebesar 0.030 untuk volume
elektrolit yang besar dan 0.145 untuk volume yang lebih kecil, seperti penggunaan
pada mobil. Berat-jenis elektrolit sel juga berubah terhadap temperatur. Setiap
kenaikan temperatur sebesar 30F
(F=farhenheit) ekivalen dengan penurunan
berat-jenis 0.001 atau sebaliknya.
Kapasitas baterai bergantung pada jumlah, rancangan, ukuran plat dan banyaknya
elektrolit. Banyaknya energi yang dapat diberikan oleh setiap baterai yang terisi
penuh juga bergantung pada beberapa variabel, seperti laju pengosongan,
temperatur dan berat-jenis elektrolit. Sebagai contoh baterai yang digunakan pada
mobil diberikan 2 (dua) ukuran untuk menyatakan karakteristik daya baterai, yaitu
nilai prestasi engkol dingin (could crangking performance rating) adalah ukuran
kemampuan baterai untuk mencatu beban listrik mobil dalam keadaan gagalnya
sistem pengisisan, yang didefinisikan sebagai lamanya waktu dalam menit dari
sebuah baterai 800F (26,70C) dapat dikosongkan pada 25 Ampere dan tegangan
setiap selnya terpelihara 1.75 Volt atau lebih. Jika sebuah baterai mobil
penumpang 6 sel, 12 Volt mempunyai prestasi engkol dingin sebesar 450 Ampere,
maka ukuran prestasi kapasitas cadangan sebesar 138 menit.
b. Baterai nickel-cadmium (NiCd). Baterai nickel-cadmium-alkaline yang biasa
disebut baterai nickel-cadmium merupakan baterai yang sangat andal dan tahan
lama, dimana bahan aktif terpenting dalam elektroda positifnya adalah nickel
hidroksida dan elektroda negatifnya adalah cadmium hidroksida dengan kalium
hidroksida sebagai elektrolitnya.
Tegangan pengosongan rata-rata setiap sel dari baterai nickel-cadmium adalah
1.32 Volt. Tetapi tegangan setiap sel dapat mencapai 1.40 Volt sampai 1.44 Volt
jika sel dijaga pada keadaan terisi penuh oleh alat pengisi. Baterai nickel-cadmium
memiliki karakteristik antara lain biaya pemeliharaan yang rendah, umur (life
time) yang panjang, dan andal pada kondisi kerja yang berat. Baterai ini dapat
dibiarkan dalam kondisi tak terpakai dalam waktu yang lama dalam setiap
keadaan muatan tanpa menjadi aus. Sel tertutup dan baterai mempunyai harapan
hidup lebih dari 300 sampai 500 kali pengisian dan pengosongan pada kondisi
kerja normal. Dan untuk sel-berlubang, harapan hidup dapat mencapai lebih dari
2000 kali dalam daur kerjanya.
Kondisi pengisian berlebih meningkatkan produksi gas yang menyebabkan
konsumsi air yang tinggi pada sel jenis vented. Pada sel timah hitam valve
regulated, kodisi pengisian berlebih akan menyebabkan peningkatan emisi gas
dan produksi panas. Secara khusus tegangan sel maksimum dibatasi sampai 2.4
Volt untuk baterai sel timah hitam dan 1.55 Volt untuk baterai nickel-cadmium.
Beberapa regulator mengakomodasi kemungkinan batas tegangan ini terlewati
beberapa saat untuk mengakomodasi proses ekualisasi atau boost charge.
Kompensasi temperatur harus digunakan jika terjadi penyimpangan kurang lebih
100C dari standar 200C.
2.4.3 Penyimpanan Baterai
Dalam hal penyimpanan baterai harus memperhatikan rekomendasi dari manufaktur,
seperti yang dijelaskan pada tabel 2.1.
Tabel 2.1 Julat temperatur kondisi lingkungan penyimpanan baterai.
Baterai yang berisi elektrolit dan bermuatan, memerlukan pengisian ulang
secara periodik. Kapasitas dapat berkurang sesuai dengan kondisi temperatur dan
kelembaban lingkungan selama penyimpanan.
a. Pengantur muatan baterai. Pengisian berlebih tidak akan meningkatkan jumlah
Periode Penyimpanan Baterai
Julat
Tipe Baterai
Kelembaban
Dengan
Tanpa
Elektrolit
Elektrolit
Temperatur
Sel Timah
-20°C s/d 40°C
‹95%
1-2 tahun
Sampai 6 bulan
Hitam
(dry charge)
Nikel –
-40°C s/d 50°C
‹95%
Sampai 6 bulan 1-5 tahun (drained)
Kadmium
energi yang tersimpan dalam baterai, bahkan pengisian berlebih ini akan
mengakibatkan konsumsi air yang berlebihan pada baterai jenis vented sehingga
memperpendek interval perawatan.
Lebih jauh lagi pada baterai tipe VRLA akan mengering, sehingga akan
kehilangan kapasitasnya sama sekali ataupun terjadi overheating.
Pengisian berlebih dapat dikontrol dengan cara menggunakan charge controller
yang sesuai. Parameter controller harus memperhatikan efek dari desain modul
fotovoltaik, beban, temperatur dan besaran-besaran pembatas bagi suatu baterai.
Baterai vented sel timah hitam atau nikel-cadmium harus mempunyai elektrolit
yang cukup untuk mencakup paling tidak periode antara perawatan yang telah
direncanakan. Pengisian berlebih pada baterai harus betul-betul dikontrol untuk
mendapatkan umur yang optimum.
b. Proteksi pelepasan muatan berlebih. Baterai sel timah hitam harus diproteksi
terhadap pelepasan muatan berlebih untuk menghindari kehilangan kapasitas yang
disebabkan oleh proses sulfatisasi permanen. Hal ini dapat dilakukan dengan
pemutus tegangan rendah yang bekerja otomatis jika tegangan akhir dilampaui.
Kapasitas baterai dalam aplikasi fotovoltaik dapat dilihat pada table 2.2.
Tabel 2.2 Kapasitas baterai
Kapasitas Arus
2.5
Periode
Tegangan Akhir (Volt) per sel
(Ah)
(A)
Pelepasan (H) Sel Timah Hitam Nikel-Cadmium
C240
I240
240
1.9
1
C120
I120
120
1.85
1
C20
I20
20
1.85
1
C10
I10
10
1.8
1
C5
I5
5
1.75
1
ALAT ELEKTRONIK PENGONTROL BATERAI
Alat elektronik pengontrol baterai atau sering disebut dengan Battery Charge
regulator (BCR) merupakan subsistem yang sangat penting dalam sebuah Solar
home system. Dalam sistem pembangkit listrik fotovoltaik individual (stand alone),
BCR digunakan untuk menyesuaikan catu daya listrik yang dihasilkan oleh modul
fotovoltaik dengan karakteristik baterai sel timah hitam dengan membatasi gasing
yang berlebihan dan pembentukan sulfat berlebihan (sulfat irreversible) melalui:
a. Penurunan arus pengisian dari modul fotovoltaik, yaitu dengan membatasi
tegangan tertentu supaya tidak dilampaui (dengan batas atas).
b. Membatasi DOD dengan pemutus arus otomatis ke rangkaian beban, pada saat
tegangan baterai turun di bawah tegangan tertentu (tegangan batas bawah).
Alat ini mempunyai 4 fungsi utama yaitu:
a. Melindungi baterai dari kondisi pengisian berlebih (over-charge).
b. Melindungi baterai dari kemungkinan pembebanan berlebih (over-discharge).
c. Melindungi sistem dari kemungkinan rusak akibat terjadinya hubung singkat pada
beban.
d. Serta mencegah arus balik dari baterai ke modul fotovoltaik.