33 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 ALAT PRAKTIKUM

BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 ALAT PRAKTIKUM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA
Sesuai pembahasan pada bab sebelumnya, dan dengan mengikuti tahapantahapan yang telah dicantumkan hasil akhir alat yang di maksud disajikan dalam
gambar berikut:
Gambar 4.1 Panel Surya Alat Praktikum PLTS
Gambar 4.2 Trainer Praktikum PLTS
33
4.2 MODUL PRAKTIKUM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA
4.2.1 MODUL 1 PENGUJIAN KARAKTERISTIK PANEL SURYA
A. TUJUAN PERCOBAAN
Pada percobaan modul 1 ini mahasiswa diharapkan mampu:
a) Melakukan pengujian karakteristik panel surya.
b) Menghitung tetapan faktor pengisian (fillfactor) dari suatu panel
surya.
B. URAIAN MATERI
1. Definisi
Secara harfiah, photovoltaic berasal dari dua kata photo dan volt, yang
mempunyai arti cahaya listrik. Sel yang mengubah radiasi sinar matahari
menjadi listrik disebut sebagai photovoltaic cell, solar cell atau sel surya.
Panel surya merupakan suatu kesatuan rangkaian yang terdiri atas beberapa
sel fotovoltaik yang dihubungkan secara seri, atau paralel, atau kombinasi
dari seri dan paralel.
2. Proses Konversi
Apabila suatu bahan semikonduktor misalnya bahan silikon yang
permukaannya mempunyai tipe berbeda yaitu tipe p dan tipe n diletakkan
di bawah sinar matahari, maka bahan silikon tersebut akan melepaskan
sejumlah kecil listrik yang biasa disebut efek fotolistrik.
Yang dimaksud efek fotolistrik adalah pelepasan elektron dari
permukaan metal yang disebabkan penumbukan cahaya. Efek ini
34
merupakan proses dasar fisis dari fotovoltaik merubah energi cahaya
menjadi listrik.
Cahaya matahari terdiri dari partikel-partikel yang disebut sebagai
foton (photons) yang mempunyai sejumlah energi yang besarnya
tergantung dari panjang gelombang pada solar spectrum.Pada saat photon
menumbuk sel surya maka cahaya tersebut akan dipantulkan, diserap dan
mungkin diteruskan. Cahaya yang diserap membangkitkan listrik.
Pada saat terjadinya tumbukan, energi yang dikandung oleh photon
ditransfer pada elektron yang terdapat pada atom sel surya yang merupakan
bahan semikonduktor. Dengan energi yang didapat dari photon, elektron
melepaskan diri dari ikatan normal bahan semikonduktor. Ketika elektron
melepaskan diri dari ikatannya, terbentuknya lubang (hole) pada bahan
semikonduktor
tersebut.
Pada
saat
sel
semikonduktor
tersebut
dihubungkan ke suatu rangkaian luar, maka elektron tersebut akan
menyatu kembali dengan hole nya dan menciptakan arus listrik yang
mengalir dalam rangkaian yang ada.
Proses konversi dari radiasi matahari ke listrik terjadi secara
langsung sebagaimana disajikan pada gambar berikut.
Gambar 4.3 Konversi Radiasi Sinar Matahari Menjadi Listrik
Tegangan listrik yang dihasilkan oleh sel surya berbasis silikon pada
umumnya sekitar 0,5 Volt. Jumlah sel yang dirangkai secara seri pada satu
panel surya umumnya 36 buah untuk sistem kerja sekitar 12 V-DC dan 72
35
buah untuk sistem kerja 24 V-DC. Daya yang dihasilkan bervariasi mulai
dari 10 hingga 300Wp, tergantung jumlah sel yang terangkai pada satu
panel. Umur teknis panel surya pada dasarnya sangat lama, sudah terbukti
lebih dari 25 tahun.
3. Jenis Sel Surya
a. Monokristal
Sel surya yang terdiri atas p-n Junction monokristal silikon atau yang
disebut juga monocrystalline PV, mempunyai kemurnian yang tinggi yaitu
99,999%. Efisiensi sel surya jenis silikon monokristal mempunyai efisiensi
konversi yang cukup tinggi yaitu sekitar 16 sampai 17%.
(a)
(b)
Gambar 4.4 (a) Sel Surya dan (b) Panel Surya Monokristal
b. Polikristal
Polycristalline PV atau sel surya yang bermateri polokristal
dikembangkan atas alasan mahalnya materi monokristal per kilogram.
Efisiensi konversi sel surya jenis silikon polikristal berkisar antara 12%
hingga 15%.
(a)
(b)
Gambar 4.5 (a) Sel Surya dan (b) Panel Surya Polikristal
36
c. Amorfous
Sel surya bermateri Amorphous Silicon merupakan teknologi
fotovoltaik dengan lapisan tipis atau thin film. Ketebalannya sekitar 10μm
(micron) dalam bentuk modul surya. Efisiensi sel dengan silikon amorfous
berkisar 6% sampai dengan 9%.
Gambar 4.6 Panel Surya Amorfous
4. Karakteristik Panel Surya
Sifat-sifat listrik dari panel surya biasanya diwakili oleh karakteristik
arus tegangannya, yang mana disebut juga kurva I-V (Gambar 4.5). Jika
sebuah panel surya dihubung singkat (Vmp = 0), maka arus hubung singkat
(Isc) mengalir. Pada keadaan rangkaian terbuka (Imp = 0), maka tegangan
panel disebut tegangan terbuka (Voc). Daya yang dihasilkan panel surya,
adalah sama dengan hasil kali arus dan tegangan yang dihasilkan oleh panel
surya.
P=VxI
(4.1)
Dengan :
P = Daya keluaran panel (Watt)
V = Tegangan kerja panel (Volt)
I = Arus kerja panel (Ampere)
37
Gambar 4.7 Kurva Arus-Tegangan Dari Sebuah Panel Surya
Apabila tegangan kerja dari panel digerakkan dari 0 sampai dengan
tegangan terbuka Voc, maka keluaran daya panel surya pertama kali
cenderung naik. Tetapi pada suatu tegangan kerja tertentu, daya keluaran
modul menurun secara drastis.Tegangan kerja dan arus panel surya yang
terjadi pada saat daya maksimum (Pmax) tercapai berturut-turut dinyatakan
sebagai Vm dan Im. Apabila pengukuran dilakukan pada radiasi 1000 W/m2
dan suhu 25 oC, maka daya maksimum (Pmax) yang dihasilkan oleh panel
disebut pula sebagai daya puncak (peak power) suatu panel surya dan
dinyatakan sebagai P peak.
Pmax = Im x Vm
(4.2)
Dengan :
Pmax
= Daya maksimum keluaran panel (Watt)
Vm
= Tegangan kerja panel pada daya maksimum (Volt)
Im
= Arus kerja panel pada daya maksimum (Ampere)
Catatan : Pada kondisi penyinaran 1000W/m2 dan temperatur 25°C,
maka Pmax = Ppeak
Kualitas fabrikasi panel surya dapat dilihat dari besaran suatu faktor
yang disebut sebagai fill-factor. Pada gambar 4.6, daya puncak suatu panel
surya dapat dibayangkan sebagai luasan hasil kali Im dan Vm. Sedangan daya
maksimum ideal dari suatu panel surya adalah luasan dari hasil kali ISC dan
38
VOC. Fill-factor dari suatu panel surya didefinisikan menurut persamaan 4.3
berikut :
FillFactor 
Im Vm
Isc  Voc
(4.3)
Gambar 4.8 Fill-factor
Sebagaimana disebutkan diatas, arus dari panel bergantung antara lain
pada tingkat radiasi dan temperatur. Gambar 4.9 menunjukkan hubungan
kurva I-V dari sebuah panel surya pada berbagai macam tingkat radiasi.
Kurva-kurva I-V pada berbagai macam temperatur sel ditunjukkan dalam
gambar 4.10.
Gambar 4.9 Kurva I-V Sebagai Fungsi Radiasi Matahari
39
Gambar 4.10 Kurva I-V Sebagai Fungsi Temperatur Sel
C. ALAT DAN BAHAN
Alat dan bahan yang dibutuhkan pada percobaan ini adalah:
- Panel surya
- Multimeter
- Resistor variabel
- Jamper secukupnya
D. RANGKAIAN PERCOBAAN
B e b a n R e s is tif
R Var
A /V
M u ltim e te r
P a n e l S u ry a
By: H AP& M M
Gambar 4.11 Rangkaian Pengukuran Voc dan Isc
E. LANGKAH KERJA
a. Siapkan alat dan bahan percobaan.
40
b. Rangkai alat dan bahan sesuai rangkaian.
c. Untuk mengukur Voc dan Isc :
- Atur potensiometer (RV) sehingga tegangan pada multimeter
bernilai nol (V=0). Catatlah arus yang terbaca pada amperemeter
sebagai ISC (arus singkat).
- Kemudian atur potersiometer (RV) sehingga arus pada
amperemeter bernilai nol (I=0). Catatlah tegangan yang terbaca
pada multimeter sebagai VOC (tegangan terbuka).
d. Ulangi pengukuran untuk berbagai pasangan nilai V dan I.
F. LEMBAR KERJA
Tabel 4.1 Lembar Kerja Karakteristik Panel Surya
Pengukuran
Voc (Volt)
Isc (Ampere)
1
…
*Buatlah kurva pasangan I-V, hitung nilai daya maksimum panel surya
dan fillfactor.
G. KESIMPULAN
Adapun kesimpulan……. dst.
41
4.2.1.1 HASIL PERCOBAAN
Tabel 4.2 Data Pengujian Karakteristik Panel Surya
Pengukuran
V (Volt)
I (Ampere)
1
20,1
0,01
2
19,4
0,15
3
18,74
0,26
4
1,22
0,46
Dengan data hasil pengukuran maka dapat digambarkan kurva I-V panel
surya yang diuji sebagai berikut:
Gambar 4.12 Kurva I-V Percobaan
Dari grafik diatas kita peroleh nilai Voc = 20,1 V dan Isc = 0,46 A.
Sedangkan Vm dan Im masing masing adalah tegangan dan arus pada titik
optimum seperti ditunjukkan gambar berikut:
42
Gambar 4.13 Luasan Maksimum Kurva I-V Percobaan
Dari gambar 4.13 nilai Vm dan Im berturut-turut 15 V dan 0,32 A.
Sehingga daya maksimum panel surya (Pm) adalah:
Pm = Vm . Im = 15 V . 0,32 A
= 4,8 W.
Setelah Vm dan Im diperoleh maka nilai fillfactor hasil percobaan adalah:
Fillfactor =
.
.
=
,
,
.
.
,
= 0,519
4.2.1.2 KESIMPULAN PERCOBAAN
Adapun kesimpulan yang dapat diperoleh adalah sebagai berikut :
1. Dari grafik data hasil pengukuran di peroleh nilai Vm = 15 V dan Im =
0,32 A .
2. Daya maksimum (Pm) panel surya = 4,8 W.
3. Fillfactor = 0,519.
43
4.2.2 MODUL 2 PENGUJIAN PENGISIAN BATERAI
A. TUJUAN PERCOBAAN
Pada percobaan modul 2 ini mahasiswa diharapkan mengetahui
perbandingan pengisian arus listrik pada baterai dengan menggunakan 1
panel surya, 2 panel surya, 3 panel surya, dan 4 panel surya selama masingmasing 5 menit pengisian.
B. URAIAN MATERI
Tegangan listrik yang dihasilkan oleh sel surya berbasis silikon
umumnya sekitar 0,5 V. Jumlah sel yang dirangkai secara seri pada satu
panel surya umumnya 36 buah untuk sistem kerja sekitar 12 V-DC dan 72
buah untuk sistem kerja 24 V-DC. Daya yang dihasilkan bervariasi mulai
dari 10 hingga 300Wp, tergantung jumlah sel yang terangkai pada satu
panel.Tetapi seperti yang dijelaskan tentang proses konversi pada Modul I,
arus dari panel bergantung antara lain pada tingkat radiasi dan temperatur
dri penyinaran matahari. Semakin baik penyinaran matahari maka semakin
baik pula tegangan dan arus listrik yang dibangkitkan sebuah panel surya.
Untuk trainer praktikum Pembangkit Listrik Tenaga Surya kali ini
menggunakan 4 buah panel surya 10 WP dengan mempunyai karakteristik
sebagai berikut :
- Tipe
: Monocristalin
- Daya maksimum (Pm)
: 10 Wp
- Tegangan terbuka (Voc)
: 21,5 V
- Arus hubung singkat (Isc)
: 0,68 A
- Tegangan maksimum (Vmp)
: 17,00 V
44
- Arus Maksimum (Imp)
: 0,59 A
- Tegangan maksimum sistem
:1000V
- Ukuran panel
: 396 x 289 x 23 mm
- Test condition
: Am 1,5 1000 W/m2 25oC
C. ALAT DAN BAHAN
Alat dan bahan yang dibutuhkan pada percobaan ini adalah:
- 4 unit Panel surya
- 1 unit Charge Controller
- Multimeter
- Baterai/aki
D. RANGKAIAN PERCOBAAN
+
P a n e l S u ry a
-
C h a rg e
C o n t r o lle r /
BCU
+
+
-
V /A
M u lt im e t e r
By: H AP&M M
B a te ra i
Gambar 4.14 Rangkaian Pengujian Pengisian Baterai
E. LANGKAH KERJA
Lakukan percobaan sesuai urutan langkah berikut:
a. Persiapkan alat dan bahan percobaan.
b. Rangkai alat dan bahan sesuai rangkaian.
45
c. Pastikan baterai dalam keadaan low atau kosong (< 11,1 V).
d. Ukur Voc panel surya yang akan digunakan untuk men-charge
baterai.
e. Lakukan pengisian (menggunakan 1 panel).
f. Ukur, catat perubahan tegangan dan arus pada baterai terhadap
waktu pengisian dengan selang waktu 1 menit selama 5 menit
pengisian.
g. Kuras tegangan yang telah terisi pada baterai sampai sama dengan
besar tegangan sebelum dilakukan pengisian.
h. Lakukan pengisian menggunakan 2, 3, dan 4 panel surya seperti
langkah pengisian menggunakan 1 panel surya.
F. LEMBAR KERJA
Tabel 4.3 Lembar Kerja Pengukuran Baterai Menggunakan …. Panel Surya
No
Jumlah Panel :
Voc 1:
t (Menit)
V (Volt)
1
0
…
…
6
5
Voc 2: -
Voc 3: -
Voc 4: -
I (Ampere)
*Buatkan grafik tegangan dan arus dari percobaan yang telah
dilakukan
G. KESIMPULAN
Adapun kesimpulan……. dst.
46
4.2.2.1 HASIL PERCOBAAN
Tabel 4.4 Data Hasil Pengukuran Baterai Menggunakan 1 Panel Surya
No
Jumlah Panel : 1
Voc 1: 20,1 V
Voc 2: -
Voc 3: -
Voc 4: -
t (Menit)
V (Volt)
I (Ampere)
1
0
11,06 V
26 A
2
1
11,16 V
26,5 A
3
2
11,19 V
26,5 A
4
3
11,25 V
26,5 A
5
4
11,30 V
26,5 A
6
5
11,37 V
26,5 A
(a) Tegangan
(b) Arus
Gambar 4.15 Grafik Pengisian Baterai Menggunakan 1 Panel Surya
47
Tabel 4.5 Data Hasil Pengukuran Baterai Menggunakan 2 Panel Surya
No
Jumlah Panel : 2
Voc 1: 20,1 V
Voc 2:19,8 V
Voc 3: -
Voc 4: -
t (Menit)
V (Volt)
I (Ampere)
1
0
11,06 V
26 A
2
1
11,72 V
27,5 A
3
2
11,92 V
27,5 A
4
3
12,00 V
27,5 A
5
4
12,06 V
27,5 A
6
5
12,08 V
27,5 A
V
20
10 11,06
0
11,72
11,92
12,00
12,06
1
2
3
4
12,08
5 t(Menit)
(a) Tegangan
(b) Arus
Gambar 4.16 Grafik Pengisian Baterai Menggunakan 2 Panel Surya
48
Tabel 4.6 Data Hasil Pengukuran Baterai Menggunakan 3 Panel Surya
No
Jumlah Panel : 3 Voc 1: 20,3 V Voc 2: 20,0 V Voc 3: 18,8 V Voc4: t (Menit)
V (Volt)
I (Ampere)
1
0
11,06 V
26 A
2
1
12,12 V
27,5 A
3
2
12,24 V
27,5 A
4
3
12,34 V
27,5 A
5
4
12,40 V
27,5 A
6
5
12,45 V
27,5 A
(a) Tegangan
(b) Arus
Gambar 4.16 Grafik Pengisian Baterai Menggunakan 3 Panel Surya
49
Tabel 4.7 Data Hasil Pengukuran Dengan Menggunakan 4 Panel Surya
No Jumlah Panel : Voc 1: 20,2 Voc 2: 19,6 Voc 3: 18,4 Voc 4:19,3
4
V
V
V
V
t (Menit)
V (Volt)
I (Ampere)
1
0
11,06 V
26 A
2
1
12,21 V
27,5 A
3
2
12,27 V
27,5 A
4
3
12,30 V
27,5 A
5
4
12,32 V
27,5 A
6
5
12,34 V
27,5 A
(a) Tegangan
(b) Arus
Gambar 4.16 Grafik Pengisian Baterai Menggunakan 4 Panel Surya
4.2.2.2 KESIMPULAN PERCOBAAN
Adapun kesimpulan yang dapat diperoleh adalah sebagai berikut:
50
1. Dari data pengujian dan grafik bahwa semakin banyak panel surya yang
dipakai untuk mengisi, pengisisan pada baterai semakin baik.
2. Kualitas penyinaran sangat mempengaruhi pengisian baterai.
4.2.3 MODUL 3 PENGUJIAN CHARGE CONTROLLER
A. TUJUAN PERCOBAAN
Pada percobaan modul 3 ini mahasiswa diharapkan mampu
melakukan pengujian kerja Charge controller.
a. Tegangan pengisian berlebih (overcharge voltage).
b. load reconnect voltage.
c. Underdischarge voltage.
d. Proteksi hubung singkat.
e. Proteksi kesalahan polaritas.
B. URAIAN MATERI
1. Fungsi Umum Charge Controller
Proses pengisian arus listrik dengan panel surya ke baterai tidak
sama dengan pengisi baterai konvensional (battery charger) yang
menggunakan listrik. Hal ini disebabkan karena arus listrik yang dihasilkan
panel suryabisa besar, bisa juga kecil tergantung dari penyinaran/radiasi
matahari. Proses pengisian akan berlangsung selama ada radiasi
matahari, tidak melihat apakah baterai tersebut sudah penuh atau
belum.
Sebagaimana diuraikan diatas hal ini bisa membahayakan dan
mempercepat kerusakan baterai. Oleh karena itu, diperlukan alat yang
51
mampu mengendalikan baik pengisian arus listrik kedalam baterai ketika
baterai sudah penuh, maupun menghentikan pengurasan listrik dari baterai
pada saat baterai telah kosong.
Fungsi Charge Controller pada umumnya:
1. Mengatur transfer energi dari modul PV  baterai  beban, secara
efisien dan semaksimal mungkin.
2. Mencegah baterai dari overcharge dan underdischarge.
3. Membatasi daerah tegangan kerja baterai.
4. Menjaga/memperpanjang umur baterai.
5. Mencegah beban berlebih dan hubung singkat.
6. Melindungi dari kesalahan polaritas terbalik.
7. Memberikan informasi kondisi sistem pada pemakai.
a. Tegangan Maksimum Pengisian Baterai (Overcharge)
Overcharge adalah suatu pengisian (charging) arus listrik kedalam
baterai (Accu) secara berlebihan. Apabila pengisian dilakukan dengan alat
charger yang biasa dikenal dipasaran, maka pengisian akan berhenti sendiri
jika arus dari charging battery sudah mencapai angka nol (tidak ada arus
pengisian lagi), dimana ini berarti baterai sudah penuh.
Pemutusan arus pengisian baterai dilakukan pada saat baterai telah
terisi penuh. Hal ini dapat dipantau (diketahui) melalui pengukuran
tegangan baterai, yaitu baterai dikatakan penuh jika tegangan baterai (untuk
sistem 12V) telah mencapai sekitar antara 13,8 s/d 14,5 V. Baterai akan
mengeluarkan gelembung-gelembung gas jika tegangan baterai telah
mencapai sekitar antara 14,5 s/d 15,0 V. Oleh karena itu apabila tegangan
baterai teleh mencapai sekitar 13,8–14,5 V, maka pengisian arus listrik
tersebut harus segera diputuskan.
52
Pemutusan arus pengisian pada umumnya dilakukan secara elektronik
oleh alat atau sistem kontrol charge controller yang secara otomatis akan
memutuskan pengisian arus listrik jika baterai telah mencapai tegangan
untuk kondisi penuh tersebut. Pemutusan arus ini adalah untuk mencegah
agar tidak terlalu sering terjadi “gassing” pada baterai yang akan
menyebabkan penguapan air baterai dan korosi (karatan) pada grid baterai.
b. Underdischarge
Underdischarge adalah pengurasan (pengeluaran/pelepasan) arus
listrik dari baterai secara berlebihan sehingga baterai menjadi kosong. Dapat
dijelaskan lebih jauh disini yaitu charge controller pada sistem PLTS,
berbeda dengan cut-out yang ada pada mobil atau motor dimana cut-out
tidak mempunyai sistem kontrol untuk memutuskan pengeluaran arus yang
terus menerus apabila baterai telah mencapai kondisi minimum (kosong).
Hal ini dapat dimengerti tentunya karena apabila mobil tersebut hidup, maka
akan selalu terjadi pengisian arus listrik kedalam baterai oleh Dynamo
Ampere sehingga baterai tidak pernah kosong sekalipun baterai dipakai
untuk menyalakan lampu, A/C, tape-radio, dan lain lain.
Dalam sistem PLTS tidak ada Dynamo Ampere dan hanya
tergantung dari radiasi matahari. Apabila baterai tersebut dipakai terus
menerus untuk menyalakan beban (lampu, tape-radio, dll) terutama pada
malam hari, hal ini akan menyebabkan baterai berangsur-angsur mulai
menuju kosong dan apabila tidak ada penambahan arus listrik kedalam
baterai tersebut. Jika pemakaian beban cukup besar dan terus menerus atau
tidak dibatasi baterai akan menjadi kosong. Kondisi ini disebut sebagai
underdischarge.
Untuk mencegah terjadinya underdischarge, maka digunakan alat atau
sistem kontrol elektronik pada charge controller yang secara otomatis akan
memutuskan atau menghentikan pengeluaran arus listrik dari baterai
tersebut. Hal ini dapat diketahui dari tegangan baterai, jika tegangan baterai
53
telah mencapai sekitar11,4 s/d 11,7 volt. Oleh karena itu apabila tegangan
baterai teleh mencapai sekitar 11,4 – 11,7 volt, maka penggunaan arus listrik
dari baterai harus dihentikan atau hubungan beban ke baterai harus segera
diputuskan. Tegangan ini juga dikenal sebagai load disconnect voltage,
yaitu tegangan dimana beban akan diputus dari sistem.
Hal ini adalah untuk mencegah apabila baterai terlalu sering
mencapai kondisi kosong akan menyebabkan sulfasi baterai sehingga
baterai akan cepat menjadi rusak.
c. Load Reconnect Voltage
Daerah tegangan kerja baterai adalah daerah tegangan dimana sistem
PLTS masih mampu menyalakan beban. Untuk Sistem tegangan 12 V, maka
daerah tegangan kerja baterai adalah antara 11,4 V-14,5 V.
Biasanya dalam pemakaian sehari-hari harus diusahakan agar
pemakaian beban jangan sampai menyebabkan tenganan baterai mencapai
11,4 V, karena apabila mencapai titik tegangan tersebut, beban akan segera
dimatikan secara otomatis. Untuk pemakaian beban sehari-hari sebaiknya
lihat contoh cara pemakaian beban seperti yang disajikan pada perancangan
sistem
Adapun grafik turun dan naik tegangan baterai terhadap pemakaian
beban dan pengisian arus listrik melalui panel surya dapat digambarkan
seperti gambar berikut.
Gambar 4.19 Grafik Tegangan Baterai Harian
54
d. Proteksi Hubung Singkat
Hubung singkat terjadi akibat adanya hubungan langsung antara
polaritas positif (+) dengan polaritas negatif (-) dari suatu sumber
tegangan. Dalam hal ini terminal positif beban dan terminal negatif
beban pada charge controller juga merupakan suatu sumber tegangan yang
akan mensuplai daya listrik ke beban.
Kemungkinan hubung singkat tersebut dapat saja terjadi akibat
terhubungnya terminal positif dan negatif beban pada charge controller
melalui suatu benda logam yang bersifat sebagai konduktor atau mungkin
juga terjadi hubungan langsung antara kabel positif dengan kebel negatif
pada kabel yang menuju beban. Pada kondisi hubung singkat ini terjadi arus
yang sangat besar, maka apabila charge controller tidak dilindungi dengan
proteksi hubung singkat, tentunya akan terjadi kerusakan pada komponen
elektronik yang ada didalam charge controller tersebut.
Untuk sistem yang sederhana perlindungan hubung singkat ini dapat
dilakukan dengan menggunakan sikring pengaman (fuse), tetapi untuk
sistem yang di dalamnya terdapat komponen elektronik yang sensitif sekali
terhadap pengaruh arus hubung singkat maka diperlukan suatu rangkaian
elektronik khusus yang mampu memberi perlindungan terhadap terjadinya
hubung singkat.
Pada umumnya rangkaian elektronik untuk proteksi hubung singkat
ini adalah sama dengan rangkaian elektronik untuk proteksi arus beban
lebih. Untuk charge controller yang mempunyai kapasitas arus output
maksimum yang cukup besar, kejadian hubung singkat harus dihindari
secepat mungkin, karena apabila hubung singkat ini kejadiannya cukup
lama, maka ada kemungkinan komponen elektronik yang ada didalam
charge controller rusak juga.
e. Proteksi Polaritas
Polaritas terbalik dapat terjadi pada :
55
- Terbaliknya hubungan antara panel surya dengan charge controller.
- Terbaliknya hubungan antara baterai dengan charge controller.
- Terbaliknya hubungan antara charge controller dengan beban.
Charge controller biasanya mempunyai perlindungan terhadap
kerusakan sebagai akibat terjadinya polaritas terbalik untuk hubungan
panel surya-charge controller (butir 1) dan polaritas terbalik untuk
hubungan baterai–charge controller (butir 2), sedangkan untuk hubungan
charge controller–beban, proteksi polaritas terbaliknya berada pada
beban yang bersangkutan.
Perlindungan terhadap polaritas terbalik untuk hubungan panel surya–
charge controller adalah dilakukan dengan memberikan suatu BlockingDiode, yang sekaligus merupakan pencegahan arus balik reverse
current dari baterai menuju panel surya, sedangkan perlindungan
polaritas terbalik untuk hubungan baterai–charge controller, harus
dilengkapi dengan beberapa tambahan komponen atau rangkaian
elektronik.
C. ALAT DAN BAHAN
Alat dan bahan yang dibutuhkan pada percobaan ini adalah:
- 4 unit Panel Surya
- 1 unit Charge Controller
- 3 buah Multimeter
- Beban (DC atau AC)
- Baterai/aki
56
D. RANGKAIAN PERCOBAAN
+
-
P a n e l S u ry a
+
C h a rg e
C o n t r o lle r /
B C U
+
V
-
-
B eb an
D C
V /A
M u lt im e t e r
B y : H A P& M M
B a te ra i
Gambar 4.20 Pengujian Charge Controller
E. LANGKAH KERJA
Lakukan percobaan sesuai urutan langkah berikut:
a. Persiapkan alat dan bahan percobaan.
b. Rangkai alat dan bahan sesuai rangkaian.
c. Pastikan baterai dalam keadaan low atau kosong (< 11,1 V).
d. Lakukan pengisian (sebaiknya menggunakan 1 panel surya
sebelum load reconnect voltage diperoleh).
e. Lakukan pengukuran dan catat tegangan pada baterai saat lampu
DC menyala dengan sendirinya sebagai load reconnect voltage.
f. Catat tegangan maksimum pengisian (overcharge) baterai saat
lampu kontrol baterai pada charge controller berwarna hijau dan
berkedip.
g. Setelah
keadaan
maksimum
pengisian
diperoleh,
lakukan
pengurasan tegangan baterai sampai lampu DC padam dengan
sendirinya. Catat tegangan pada baterai sebagai underdischarge
voltage/load disconnect voltage.
57
h. Lakukan pengujian proteksi hubung singkat dan polaritas terbalik
sesuai petunjuk pada uraian di atas.
Keterangan: Untuk pengujian proteksi hubung singkat dan polaritas terbalik
dapat mengakibatkan rusaknya charge controller.
F. LEMBAR KERJA
Tabel 4.8 Lembar Kerja Pengujian Charge Controller
Merek charge controller
Tipe charge controller
- Shunt
-
- Series
-
- MPPT
-
- PWM
-
Load Reconnect Voltage
Volt
Overcharge voltage
Volt
Under-discharge Voltage
Volt
Overload protection
□OK, □ Not OK
Proteksi polaritas
□OK, □ Not OK
G. KESIMPULAN
Adapun kesimpulan……. dst.
58
4.2.3.1 HASIL PERCOBAAN
Tabel 4.9 Data Hasil Pengujian Charge Controller
Merek charge controller
EP Solar EPRC
Tipe charge controller
- Shunt
-
- Series
-
- MPPT
-
- PWM
√
Load Reconnect Voltage
12,45
Volt
Overcharge voltage
13,00
Volt
Under-discharge Voltage
11,32
Volt
Overload protection
√OK, □ Not OK
Proteksi polaritas
√OK, □ Not OK
4.2.3.2 KESIMPULAN PERCOBAAN
Adapun kesimpulan yang dapat diperoleh adalah sebagai berikut:
1. Pada pengujian ini, charge controller berfungsi dengan baik sebagai
pengatur, juga sebagai protector pada PLTS.
2. Dari pengujian yang dilakukan Load reconnect voltage pada saat
tegangan baterai 12,45V.
3. Overcharge voltage pada tegangan baterai 13,00 V.
4. Overcharge voltage tergantung pada kapasitas baterai yang digunakan.
5. Underdischarging voltage pada saat tegangan baterai 11,32V.
59
6. Charge controller ini berfungsi sebagai proteksi hubung singkat dan
kesalahan polaritas.
4.2.4 MODUL 4 PENGUJIAN INVERTER
A. TUJUAN PERCOBAAN
Pada percobaan modul 4 ini mahasiswa diharapkan mampu
melakukan pengujian kerja Inverter DC-AC.
B. URAIAN MATERI
Inverter didalam PLTS berfungsi untuk mengubah arus searah (direct
current – DC) yang dibagkitkan oleh sistem modul fotovoltaik dan baterai
menjadi arus bolak balik (alternating current – AC), sehingga PLTS dapat
digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik sebagaimana disediakan oleh
pembangkit konvensional (diesel genset dan PLN).
1. Gelombang Output
Berdasarkan
bentuk
gelombang
yang
dihasilkan,
inverter
diklasifikasikan menjadi 3 macam:
a. Gelombang Kotak
Bentuk gelombang yang dihasilkan diilustrasikan pada gambar 18.
Gambar 4.21 Gelombang Kotak
60
Efisiensi konversi pada square wave inverter (inverter gelombang
kotak) dapat dikatakan tinggi (dapat mencapai 98%) dan pada umumnya
sangat murah. Tetapi, inverter jenis ini tidak direkomendasikan untuk
peralatan yang menggunakan motor listrik, karena tidak efisien, sering
menimbulkan bunyi dan menyebabkan motor panas.
b. Kotak Termodifikasi
Jenis inverter yang sering digunakan dan dipasarkan adalah inverter
yang menghasilkan gelombang bentuk kotak yang dimodifikasi. Disamping
harganya yang relatif murah juga efisiensinya yang masih mendekati
inverter gelombang kotak.
Meskipun demikian, inverter jenis ini bisa menimbulkan noise yang
bisa menganggu sebagian peralatan elektronik. Bahkan sama sekali tidak
berfungsi jika digunakan untuk peralatan yang menggunakan fungsi timer
seperti charger baterai, light dimmer, dsb.
Gambar 4.22 Gelombang Kotak Termodifikasi
Peralatan yang mampu menggunakan inverter jenis ini misalnya:
komputer, bor dan gergaji listrik, microwave, kulkas, kipas angin, pompa,
dan beberapa beban motor kecil lainnya.
c.
Sinus Murni
Inverter jenis ini mampu menghasilkan listrik yang sama dengan
listrik jaringan PLN yang tentunya lebih handal dan tidak menghasilkan
gangguan noise. Bahkan kualitasnya seringkali lebih baik dari listrik PLN.
Hal ini membuatnya cocok untuk peralatan elektronik yang sensitif,
termasuk charger baterai, motor dengan kecepatan bervariasi, serta
peralatan audio/visual.
61
Gambar 4.23 Gelombang Sinus Murni
2. Klasifikasi Penggunaan Inverter
Didalam PLTS penggunaan inverter dapat dibagi menjadi tiga
kategori utama, yaitu:
a. Grid Inverter (Kisi)
Merupakan inverter yang langsung mengkonversikan arus searah dari
modul
fotovoltaik
menjadi
arus
bolak-balik,
dan
langsung
dipasok/terhubung ke jaringan PLN. Inverter ini pada umumnya tidak
dilengkapi dengan baterai.
b. Stand-alone Inverter (Berdiri Sendiri)
Merupakan inverter yang pada umumnya mengkonversikan arus
searah yang berasal dari baterai. Arus modul fotovoltaik digunakan untuk
mengisi baterai terlebih dahulu sebelum dikonversikan menjadi arus bolakbalik. Sesuai namanya, inverter ini pada umumnya dipergunakan untuk
penyediaan listrik secara isolated atau pulau.
c. Inverter Khusus
Inverter untuk aplikasi khusus pada dasarnya merupakan suatu
inverter yang dirancang untuk suatu aplikasi spesifik atau diintegrasikan
kedalam suatu sistem pemakaian. Inverter untuk aplikasi spesifik yang
utama adalah inverter yang dirancang untuk keperluan penggerak pompa air.
Inverter ini tidak menggunakan baterai, sehingga inverter langsung
menghubungkan Panel Surya langsung ke pompa air (direct coupling).
Selain itu inverter yang di integrasikan dengan peralatan sedemikian
rupa sehingga peralatan AC tersebut dapat langsung bekerja dengan
62
tegangan DC. Pemakaian terbanyak untuk jenis inverter ini adalah untuk
keperluan catudaya lampu neon (tubular lamp – TL).
C. ALAT DAN BAHAN
Alat dan bahan yang dibutuhkan pada percobaan ini adalah:
- Baterai/Aki
- 4 buah Multimeter
- Inverter DC-AC
- Beban 220 Volt A.
D. RANGKAIAN PERCOBAAN
Gambar 4.24 Rangkaian Pengujian Inverter
E. LANGKAH KERJA
Lakukan percobaan sesuai urutan langkah berikut:
a. Persiapkan alat dan bahan percobaan.
b. Rangkai alat dan bahan sesuai rangkaian.
c. Pastikan baterai dalam keadaan full atau penuh.
d. Hidupkan Inverter dan semua beban AC.
e. Lakukan pengukuran dan catat tegangan, arus input dan output
Inverter.
63
F. LEMBAR KERJA
Tabel 4.10 Lembar Kerja Pengujian Inverter
Pengujian
Input (DC)
V (Volt)
I (Ampere)
Output (AC)
V (Volt)
I (Ampere)
1
…
G. KESIMPULAN
Adapun kesimpulan……. dst.
4.2.4.1 HASIL PERCOBAAN
Tabel 4.11 Data Hasil Pengujian Inverter
Pengujian
Input (DC)
Output (AC)
V (Volt)
I (Ampere)
V (Volt)
I (Ampere)
1
12,08 V
27,0 A
238 V
0,49 A
2
11,96 V
26,5 A
238 V
0,49 A
3
11,59 V
25,9 A
238 V
0,49 A
4.2.4.2 KESIMPULAN PERCOBAAN
Adapun kesimpulan yang dapat diperoleh adalah sebagai berikut :
64
1. Dari data pengukuran diatas, besar tegangan dan arus input pada inverter
tidak mempengaruhi daya output inverter kecuali baterai sudah dalam
kondisi over low.
2. Terjadi kelebihan tegangan output yang seharusnya 220 V AC tapi saat
pengukuran terbaca 238 V AC pada alat ukur. Hal ini dapat disebabkan
oleh kesalahan pemgukuran.
4.2.5 MODUL 5 DAYA TAHAN BATERAI
A. TUJUAN PERCOBAAN
Pada percobaan modul 5 ini mahasiswa diharapkan mampu:
a. Mengetahui lama daya tahan baterai tanpa proses pengisian.
b. Mengetahui pengaruh besar beban terhadap daya tahan baterai.
B. URAIAN MATERI
Investasi PLTS pada dasarnya sangat mahal, karenanya agar dayaguna
dari PLTS tinggi dan bersaing dengan pembangkit listrik tenaga disel
(PLTD), PLTS harus mampu bekerja secara efisien dan handal. Suatu PLTS
dengan kapasitas 100 Wp akan menghasilkan listrik sekitar 350 Wh perhari. Listrik ini akan termanfaatkan dengan baik apabila digunakan peralatan
yang efisien dan memiliki kehandalan yang tinggi.
Agar pemakaian energi PLTS menjadi efektif, pengelolaan bebannya
harus optimal, yaitu:
 Menggunakan peralatan listrik yang memiliki efisiensi dan
kehandalan yang tinggi
65
 Titik kerja beban sesuai dengan titik kerja optimum PLTS. Hal ini
akan sangat penting untuk PLTS yang tidak menggunakan baterai
seperti PLTS untuk pompa air dengan skema direct coupling.
 Penggunaan energi secara efektif dan menganut asas demand side
management (DSM)
Sebagai contoh, didalam hal penerangan saat ini, para konsumen dapat
memilih untuk menggunakan lampu yang memiliki efisiensi tinggi, seperti
compact fluorescent lamp (CFL). Jenis lampu CFL juga dikenal sebagai
energy saving lamp (ESL). Perkembangan tertakhir didalam sistem
pencahayaan adalah mulai digunakannya (meskipun masih terbatas untuk
beberapa keperluan) jenis penerangan yang menggunakan light emitting
diode (LED). Dibandingkan dengan lampu pijar 100 W, maka kuat cahaya
lampu pijar ini setara dengan lampu jenis CFL dengan daya 20 W atau LED
dengan daya 5 W.
Tetapi dengan penggunaan inverter pada PLTS akan dapat
memberikan pilihan lain kepada konsumen untuk dapat memanfaatkan arus
listrik pada PLTS tidak hanya untuk kebutuhan penerangan. Di sisi lain
pemanfatan inverter akan dengan cepat menguras arus listrik yang di simpan
di dalam baterai.
C. ALAT DAN BAHAN
Alat dan bahan yang dibutuhkan pada percobaan ini adalah:
- Inverter
- Multimeter
- Baterai/aki
- Beban: - 2 buah lampu 9 W
- 1 buah lampu 10 W
66
- 1 buah solder 80 W
- 1 buah lampu DC 10 W
D. RANGKAIAN PERCOBAAN
+
In v e r t e r
+
-
-
Beban AC
V /A
M u lt im e t e r
B a te ra i
By: H AP&M M
Gambar 4.25 Rangkaian Pengujian Daya Tahan Baterai
E. LANGKAH KERJA
Lakukan percobaan sesuai urutan langkah berikut:
a. Persiapkan alat dan bahan percobaan.
b. Rangkai alat dan bahan sesuai rangkaian.
c. Pastikan baterai tidak dalam keadaan low (> 12,00 V).
d. Ukur, catat perubahan tegangan dan arus pada baterai pada selang
waktu 1 menit selama 10 menit dengan daya beban yang berbeda.
F. LEMBAR KERJA
Tabel 4.12 Lembar Kerja Pengukuran Dengan Beban ….
No
Beban …..
t (Menit)
1
0
…
…
11
10
V (Volt)
I (Ampere)
67
G. KESIMPULAN
Adapun kesimpulan……. dst.
4.2.5.1 HASIL PERCOBAAN
Tabel 4.13 Data Hasil Pengukuran Dengan Beban 9 W
No
Beban 9 Watt AC
t (Menit)
V (Volt)
I (Ampere)
1
0
12,25 V
27,5 A
2
1
12,12 V
27,3 A
3
2
12,11 V
27,3 A
4
3
12,11 V
27,2 A
5
4
12,09 V
27,0 A
6
5
12,09 V
27,0 A
7
6
12,08 V
27,0 A
8
7
12,08 V
27,0 A
9
8
12,08 V
27,0 A
10
9
12,08 V
27,0 A
11
10
12,07 V
27,0 A
68
Tabel 4.14 Data Hasil Pengukuran Dengan Beban 18 W
No
Beban 18 Watt AC
t (Menit)
V (Volt)
I (Ampere)
1
10
12,04 V
27,0 A
2
11
12,03 V
27,0 A
3
12
12,03 V
27,0 A
4
13
12,02 V
27,0 A
5
14
12,02 V
27,0 A
6
15
12,02 V
27,0 A
7
16
12,02 V
27,0 A
8
17
12,01 V
27,0 A
9
18
12,01 V
27,0 A
10
19
12,00 V
26,5 A
11
20
12,00 V
26,5 A
69
Tabel 4.15 Data Hasil Pengukuran Dengan Beban 28 W
No
Beban 28 Watt AC
t (Menit)
V (Volt)
I (Ampere)
1
20
11,97 V
26,5 A
2
21
11,96 V
26,5 A
3
22
11,96 V
26,5 A
4
23
11,96 V
26,5 A
5
24
11,95 V
26,5 A
6
25
11,94 V
26,5 A
7
26
11,94 V
26,5 A
8
27
11,94 V
26,0 A
9
28
11,94 V
26,0 A
10
29
11,93 V
26,0 A
11
30
11,93 V
26,0 A
70
Tabel 4.16 Data Hasil Pengukuran Dengan Beban 108 W
No
Beban 108 Watt AC
t (Menit)
V (Volt)
I (Ampere)
1
30
11,86 V
26,0 A
2
31
11,85 V
26,0 A
3
32
11,83 V
26,0 A
4
33
11,83 V
26,0 A
5
34
11,82 V
26,0 A
6
35
11,81 V
26,0 A
7
36
11,80 V
26,0 A
8
37
11,78 V
26,0 A
9
38
11,77 V
26,0 A
10
39
11,77 V
26,0 A
11
40
11,77 V
26,0 A
71
Tabel 4.17 Data Hasil Kerja Pengujian Beban 108 W AC + TLF 10 W DC
No
Beban 108 Watt AC + 10 Watt DC
t (Menit)
V (Volt)
I (Ampere)
1
40
11,75 V
26,0 A
2
41
11,74 V
26,0 A
3
42
11,72 V
26,0 A
4
43
11,71 V
26,0 A
5
44
11,69 V
26,0 A
6
45
11,67 V
26,0 A
7
46
11,65 V
26,0 A
8
47
11,64 V
26,0 A
9
48
11,63 V
25,9 A
10
49
11,61 V
25,9 A
11
50
11,59 V
25,9 A
4.2.5.2 KESIMPULAN PERCOBAAN
Adapun kesimpulan yang dapat diperoleh adalah sebagai berikut:
a. Jumlah daya terpakai sangat mempengaruhi daya tahan atau pengurasan
arus pada baterai.
Dapat diperkirakan baterai dapat bertahan 2 jam pemakaian bengan beban
40- 60 W.
72