bab ii dasar teori - perpustakaan digital...

51
6 BAB II DASAR TEORI 2.1 Solar Cell Solar cell adalah suatu elemen aktif yang mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik. Pada umumnya solar cell memiliki ketebalan 0.3 mm yang berupa irisan bahan semi konduktor dengan kutub (+) positif dan kutub (-) negatif. Apabila cahaya jatuh pada kedua kutub tersebut, maka akan terjadi beda tegangan yang menghasilkan energi listrik yang berarus DC. Prinsip dasar pembuatan solar cell merupakan proses photovoltaic (efek yang dapat mengubah langsung cahaya matahari menjadi energi listrik, prinsip ini ditemukan oleh Bacquerel berkebangsaan Perancis pada tahun 1839). (http://www.panelsurya.com, Panel Surya Pembangkit Tenaga Surya, 2010) Gambar 2.1 Solar Cell Sensor Cahaya Matahari. Sumber: www.panelsurya.com, 2010 2.1.1 Prinsip Kerja Solar Cell Apabila sinar matahari mengenai solar cell, foton-foton cahaya akan menekan sambungan antara semikonduktor tipe p dan tipe n, sehingga elektron- elektron solar cell mendapat tambahan energi dan terjadilah pasangan-pasangan elektron bebas dan hole. Pasangan elektron dan hole tersebut terkumpul pada dua kutub yang berbeda sehingga terdapat beda potensial antara kedua kutub. Jika solar cell tersebut dihubungkan dengan beban luar, maka akan terjadi aliran dari p ke n melalui beban. Efisiensi solar cell berkisar 10 – 15 %, pada temperatur kerja 40° C. Tegangan solar cell berkisar 0.5 – 1 volt per cell, dengan daya 1 Watt.

Upload: tranlien

Post on 30-Jan-2018

219 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

6

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Solar Cell

Solar cell adalah suatu elemen aktif yang mengubah cahaya matahari menjadi

energi listrik. Pada umumnya solar cell memiliki ketebalan 0.3 mm yang berupa

irisan bahan semi konduktor dengan kutub (+) positif dan kutub (-) negatif.

Apabila cahaya jatuh pada kedua kutub tersebut, maka akan terjadi beda tegangan

yang menghasilkan energi listrik yang berarus DC. Prinsip dasar pembuatan solar

cell merupakan proses photovoltaic (efek yang dapat mengubah langsung cahaya

matahari menjadi energi listrik, prinsip ini ditemukan oleh Bacquerel

berkebangsaan Perancis pada tahun 1839).

(http://www.panelsurya.com, Panel Surya Pembangkit Tenaga Surya, 2010)

Gambar 2.1 Solar Cell Sensor Cahaya Matahari. Sumber: www.panelsurya.com, 2010

2.1.1 Prinsip Kerja Solar Cell

Apabila sinar matahari mengenai solar cell, foton-foton cahaya akan

menekan sambungan antara semikonduktor tipe p dan tipe n, sehingga elektron-

elektron solar cell mendapat tambahan energi dan terjadilah pasangan-pasangan

elektron bebas dan hole. Pasangan elektron dan hole tersebut terkumpul pada dua

kutub yang berbeda sehingga terdapat beda potensial antara kedua kutub.

Jika solar cell tersebut dihubungkan dengan beban luar, maka akan terjadi aliran

dari p ke n melalui beban. Efisiensi solar cell berkisar 10 – 15 %, pada temperatur

kerja 40° C. Tegangan solar cell berkisar 0.5 – 1 volt per cell, dengan daya 1

Watt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 2: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

7

Gambar 2.2 Solar Cell Dalam Keseimbangan (Tanpa Iluminasi).

Gambar 2.3 Solar Cell Pada Saat Mendapat Iluminasi.

2.1.2 Proses Konversi

Berdasarkan prinsip kerja solar cell di atas, proses konversi cahaya

matahari menjadi energi listrik dihasilkan karena adanya bahan material berupa

semikonduktor yang menyusun solar cell. Lebih tepatnya semikonduktor itu

tersusun dari dua jenis yaitu jenis n dan jenis p.

(http://www.panelsurya.com, Panel Surya Pembangkit Tenaga Surya, 2010)

Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang memiliki

kelebihan elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n = negatif). Sedangkan

semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut dengan p ( p =

positif) karena kelebihan muatan positif. Caranya, dengan menambahkan unsur

lain ke dalam semikonduktor, maka kita dapat mengontrol jenis semikonduktor

tersebut, sebagaimana diilustrasikan pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.4 Ilustrasi Semikonduktor Pada Solar Cell. Sumber: www.panelsurya.com, 2010

Pada solar cell dibuatkan dua jenis semikonduktor. Hal ini dimaksudkan

untuk meningkatkan konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan

sambungan p

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 3: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

8

panas semikonduktor alami (disebut dengan semikonduktor intrinsik). Elektron

maupun hole memiliki jumlah yang sama. Jika terjadi kelebihan elektron atau hole

dapat meningkatkan daya hantar listrik maupun panas dari sebuah semikoduktor.

Semikonduktor intrinsik yang dimaksud ialah silikon (Si). Semikonduktor

jenis p, biasanya dibuat dengan menambahkan unsur boron (B), aluminum (Al),

gallium (Ga) atau Indium (In) ke dalam Si. Unsur-unsur tambahan ini akan

menambah jumlah hole. Sedangkan semikonduktor jenis n dibuat dengan

menambahkan nitrogen (N), fosfor (P) atau arsen (As) ke dalam Si. Dari sini,

tambahan elektron dapat diperoleh. Sedangkan, Si intrinsik sendiri tidak

mengandung unsur tambahan. Usaha menambahkan unsur tambahan ini disebut

dengan doping yang jumlahnya tidak lebih dari 1 % dibandingkan dengan berat Si

yang hendak di-doping.

(http://www.panelsurya.com, Panel Surya Pembangkit Tenaga Surya, 2010)

Dua jenis semikonduktor n dan p ini jika disatukan akan membentuk

sambungan p-n atau dioda p-n (istilah lain menyebutnya dengan sambungan

metalurgi / metallurgical junction) yang dapat digambarkan sebagai berikut.

Proses 1: semikonduktor belum disambung

Gambar 2.5 Semikonduktor Jenis n(Elektron) Yang Belum Disambung. Sumber: www.panelsurya.com, 2010

Gambar 2.6 Semikonduktor Jenis p (Proton) Yang Belum Disambung. Sumber: www.panelsurya.com, 2010

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 4: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

9

Proses 2: Sesaat setelah dua jenis semikonduktor disambung.

Dapat dilihat, terjadi perpindahan elektron-elektron dari semikonduktor n

menuju semikonduktor p, dan perpindahan hole dari semikonduktor p menuju

semikonduktor n. Perpindahan elektron maupun hole ini hanya sampai pada

jarak tertentu dari batas sambungan awal.

Gambar 2.7 Semikonduktor Setelah Disambung. Sumber: www.panelsurya.com, 2010

Proses 3: Elektron dari semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor

p yang mengakibatkan jumlah hole pada semikonduktor p akan berkurang.

Daerah ini akhirnya berubah menjadi lebih bermuatan positif.

Pada saat yang sama. hole dari semikonduktor p bersatu dengan elektron yang ada

pada semikonduktor n yang mengakibatkan jumlah elektron di daerah ini

berkurang. Daerah ini akhirnya lebih bermuatan positif.

Gambar 2.8 Daerah Deplesi (Depletion Region). Sumber: www.panelsurya.com, 2010

Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion

region) ditandai dengan huruf W. Elektron maupun hole yang ada pada daerah

deplesi disebut dengan pembawa muatan minoritas (minority charge carriers)

karena keberadaannya di jenis semikonduktor yang berbeda.

Dikarenakan adanya perbedaan muatan positif dan negatif di daerah deplesi, maka

timbul dengan sendirinya medan listrik internal E dari sisi positif ke sisi negatif,

yang mencoba menarik kembali hole ke semikonduktor p dan elektron ke

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 5: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

10

semikonduktor n. Medan listrik ini cenderung berlawanan dengan perpindahan

hole maupun elektron pada awal terjadinya daerah deplesi (nomor 1 di atas).

Gambar 2.9 Keseimbangan Semikonduktor p Dan n. Sumber: www.panelsurya.com, 2010

Proses 5: adanya medan listrik mengakibatkan sambungan pn berada pada titik

setimbang, yakni saat di mana jumlah hole yang berpindah dari semikonduktor p

ke n dikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik kembali kearah

semikonduktor p akibat medan listrik E. Begitu pula dengan jumlah elektron yang

berpindah dari smikonduktor n ke p, dikompensasi dengan mengalirnya kembali

elektron ke semikonduktor n akibat tarikan medan listrik E. Dengan kata lain,

medan listrik E mencegah seluruh elektron dan hole berpindah dari

semikonduktor yang satu ke semiikonduktor yang lain. Pada sambungan p-n

inilah proses konversi cahaya matahari menjadi listrik terjadi.

Untuk keperluan solar cell, semikonduktor n berada pada lapisan atas

sambungan p yang menghadap kearah datangnya cahaya matahari, dan dibuat jauh

lebih tipis dari semikonduktor p, sehingga cahaya matahari yang jatuh ke

permukaan solar cell dapat terus terserap dan masuk ke daerah deplesi dan

semikonduktor p.

Gambar 2.10 Proses Penyerapan Cahaya Matahari Pada Solar Cell. Sumber: www.panelsurya.com, 2010

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 6: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

11

Ketika sambungan semikonduktor ini terkena cahaya matahari, maka

elektron mendapat energi dari cahaya matahari untuk melepaskan dirinya dari

semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor. Terlepasnya elektron ini

meninggalkan hole pada daerah yang ditinggalkan oleh elektron yang disebut

dengan fotogenerasi elektron-hole (electron-hole photogeneration) yakni,

terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat cahaya matahari.

Gambar 2.11 Proses Fotogenerasi Pada Solar Cell. Sumber: www.panelsurya.com, 2010

Cahaya matahari dengan panjang gelombang (dilambangkan dengan

simbol “lambda” pada gambar atas ) yang berbeda, membuat fotogenerasi pada

sambungan pn berada pada bagian sambungan pn yang berbeda pula.

Spektrum merah dari cahaya matahari yang memiliki panjang gelombang

lebih panjang, mampu menembus daerah deplesi hingga terserap di

semikonduktor p yang akhirnya menghasilkan proses fotogenerasi di sana.

Spektrum biru dengan panjang gelombang yang jauh lebih pendek hanya terserap

di daerah semikonduktor n.

(http://www.panelsurya.com, Panel Surya Pembangkit Tenaga Surya, 2010)

Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan pn terdapat medan listrik E,

elektron hasil fotogenerasi tertarik ke arah semikonduktor n, begitu pula dengan

hole yang tertarik ke arah semikonduktor p.

Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka

elektron akan mengalir melalui kabel. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan ke

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 7: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

12

kabel, lampu tersebut menyala dikarenakan mendapat arus listrik, dimana arus

listrik ini timbul akibat pergerakan elektron.

Gambar 2.12 Proses Konversi Energi Matahari Menjadi Listrik. Sumber: www.panelsurya.com, 2010

Pada umumnya, untuk memperkenalkan cara kerja solar cell secara umum,

ilustrasi di atas menjelaskan segalanya tentang proses konversi cahaya matahari

menjadi energi listrik.

2.1.2.1 Efek Perubahan Intensitas Cahaya

Apabila energi cahaya yang diterima solar cell berkurang atau

intensitasnya melemah, maka besar tegangan dan arus listrik yang dihasilkan juga

akan menurun.

Grafik 2.1. Efek Perubahan Intensitas Sumber : Strong, Steven J, The Solar Electric House, p.58, 2000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 8: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

13

2.1.2.2 Efek Perubahan Temperatur Pada Solar Cell

Solar cell akan beroperasi secara maksimum jika temperatur sel tetap

normal (pada 250 C), kenaikan temperatur lebih tinggi dari temperatur normal

pada solar cell tegangan Voc akan melemah.

Grafik 2.2. Efek Perubahan Temperatur Sumber: Strong, Steven J, The Solar Electric House, p.58, 2000

Pengoperasian solar cell agar didapatkan nilai yang maksimum juga tergantung

pada faktor-faktor antara lain

1. Orientasi dari rangkaian modul surya ke arah matahari secara optimum adalah

penting agar panel dapat menghasilkan energi maximum. Sebagai guidline: untuk

lokasi yang terletak di belahan Utara latitude, maka panel sebaiknya

diorientasikan ke Selatan.

2. Tilt Angle (sudut orientasi Matahari) Mempertahankan sinar matahari jatuh ke

sebuah permukaan modul surya secara tegak lurus akan mendapatkan energi

maximum ± 1000 W/m².

2.1.2.3 Proses Energi Listrik

Sebuah solar cell dalam menghasilkan energi listrik (energi sinar matahari

menjadi photon) tidak tergantung pada besaran luas bidang Silikon, dan secara

konstan akan menghasilkan energi berkisar ± 0.5 volt — max. 600 mV pada 2

amp, dengan kekuatan radiasi solar matahari 1000 W/m² = ”1 Sun” akan

menghasilkan arus listrik (I) sekitar 30 mA/cm² per solar cell. Pada grafik I-V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 9: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

14

Curve dibawah yang menggambarkan keadaan sebuah solar cell beroperasi

secara normal. Solar cell akan menghasilkan energi maximum jika nilai Vm dan

Im juga maximum. Sedangkan Isc adalah arus listrik maximum pada nilai volt =

nol; Isc berbanding langsung dengan tersedianya sinar matahari. Voc adalah volt

maximum pada nilai arus nol; Voc naik secara logaritma dengan peningkatan sinar

matahari, karakter ini yang memungkinkan solar cell untuk mengisi accu.

(http://www.panelsurya.com, Panel Surya Pembangkit Tenaga Surya, 2010)

Grafik 2.3.Kurva I-V.

Sumber: Strong, Steven J, The Solar Electric House, p.58, 2000

2.1.3 Perhitungan

2.1.3.1 Efisiensi konversi energi

Tegangan yang dibangkitkan tergantung pada luas solar cell yang

digunakan. Jika dihitung, efisiensi konversi energi adalah sebagai berikut:

Efisiensi =

............................. (2.1)

Keterangan :V= tegangan yang dibangkitkan

I = arus solar cell

P = rapat daya matahari yang jatuh pada solar cell

a = luas solar cell

Rumus konversi energi di atas dapat ditulis sebagai berikut:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 10: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

15

Efisiensi = Fi.Is.Vo ........................................ (2.2) P.a

Keterangan :

Fi = faktor isi

Is = arus hubung singkat

Vo = tegangan tanpa beban

P = rapat daya matahari yang jatuh pada solar cell

a = luas solar cell

2.1.3.2 Perhitungan Kapasitas Daya Modul Solar Cell

Kapasitas daya modul solar cell dapat diperhitungkan dengan memperhatikan

beberapa faktor, yaitu kebutuhan energi sistem yang disyaratkan, insolasi

matahari, dan faktor penyesuaian (adjustment factor). Faktor penyesuaian pada

kebanyakan instalasi PLTS adalah 1,1 (Mark Hankins, 1991 Small Solar Electric

System for Africa page 68).

Kapasitas daya modul surya yang dihasilkan dengan menghitung:

1. Penentuan kebutuhan Pada sistem hybrid yang dirancang, solar cell

mensuplai sebesar 30% dari energi keseluruhan. Besar energi beban yang

akan disuplai oleh solar cell (EA) adalah sebesar:

EA = 30% x EB (beban rumah tangga)………………..(2.3)

2. Asumsi rugi-rugi (losses) pada sistem dianggap sebesar 15%, karena

keseluruhan komponen sistem yang digunakan masih baru (Mark Hankins,

1991: 68). Total energi sistem (ET) yang disyaratkan adalah sebesar:

ET = EA + rugi-rugi system

= EA + (15% x EA) ……………………….(2.4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 11: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

16

3. Kapasitas modul solar cell merupakan perhitungan dari beberapa faktor

yaitu kebutuhan energi sistem yang disyaratkan, insolasi matahari sebesar

3,91 (sumber BMG, BPPT), dan faktor penyesuaian yaitu 1,1 (Liem Ek

Bien, 2008: 43).

Kapasitas Daya Modul Surya

=

…………(2.5)

2.2 Charger control

2.2.1 Prinsip kerja

Pada waktu solar cell mendapatkan energi dari cahaya matahari di siang

hari, rangkaian charger controller ini otomatis bekerja dan mengisi ( charge )

accu dan menjaga tegangan accu agar tetap stabil .

Contoh: Bila kita menggunakan accu 12V, maka rangkaian ini akan

menjaga agar tegangan charger 12 10% , tegangan charger yang dibutuhkan

antara 13,2 - 13,4 Volt. dan bila sudah mencapai tegangan tersebut, rangkaian ini

otomatis akan menghentikan proses pengisian accu tersebut. Sebaliknya apabila

tegangan accu turun / drop hingga 11 Volt , maka controller akan memutus

tegangan sehingga accu tidak sampai habis. Secara keseluruhan Fungsi dari

Controller ini yaitu dapat menjaga agar accu tidak kelebihan ( over charger ) dan

kehabisan tegangan ( under charger ) dengan begitu maka umur dari accu akan

bertambah lama.

2.2.2 Fungsi

Charge regulator ini memiliki dua fungsi yaitu:

1. Sebagai charging mode: Mengisi accu (kapan accu diisi, menjaga

pengisian kalau accu penuh).

2. Sebagai Operation mode: Penggunaan accu ke beban (pelayanan accu

ke beban diputus kalau accu sudah mulai 'kosong')

(http://www.panelsurya.com, charger controller, 2010)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 12: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

17

2.2.2.1 Sebagai charging mode

Dalam charging mode, umumnya Accu diisi dengan metoda three stage

charging:

a) Fase bulk: accu akan di-charge sesuai dengan tegangan setup (bulk -

antara 14.4 - 14.6 Volt) dan arus diambil secara maksimum dari solar cell.

Pada saat accu sudah pada tegangan setup (bulk) dimulailah fase

absorption.

b) Fase absorption: pada fase ini, tegangan accu akan dijaga sesuai dengan

tegangan bulk, sampai solar charge controller timer (umumnya satu jam)

tercapai, arus yang dialirkan menurun sampai tercapai kapasitas dari accu.

c) Fase flloat: accu akan dijaga pada tegangan float setting (umumnya 13.4 -

13.7 Volt). Beban yang terhubung ke accu dapat menggunakan arus

maksimun dari solar cell pada stage ini.

Gambar 2.13 Fase Absorption Pada Charging Mode. Sumber: www.panelsurya.com, 2010

Untuk solar charge controller yang dilengkapi dengan sensor temperatur

baterai. Tegangan charging disesuaikan dengan temperatur dari accu. Dengan

sensor ini didapatkan optimun dari charging dan juga optimun dari usia accu.

Apabila solar charge controller tidak memiliki sensor temperatur accu

maka tegangan charging perlu diatur, disesuaikan dengan temperatur lingkungan

dan jenis accu.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 13: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

18

2.2.2.2 Sebagai operation mode

Pada mode ini, accu akan melayani beban. Apabila ada over-discharge

atau over-load, maka accu akan dilepaskan dari beban. Hal ini berguna untuk

mencegah kerusakan dari accu.

2.3 Accu

Accu atau Storage Battery adalah sebuah sel atau elemen sekunder dan

merupakan sumber arus listrik searah yang dapat mengubah energi kimia menjadi

energy listrik. Accu termasuk elemen elektrokimia yang dapat mempengaruhi zat

pereaksinya, sehingga disebut elemen sekunder.

Kutub positif accu menggunakan lempeng oksida dan kutub negatifnya

menggunakan lempeng timbal sedangkan larutan elektrolitnya adalah larutan

asamsulfat.

Ketika accu dipakai, terjadi reaksi kimia yang mengakibatkan endapan

pada anode (reduksi) dan katode (oksidasi). Akibatnya, dalam waktu tertentu

antara anode dan katode tidak ada beda potensial, artinya accu menjadi kosong.

Supaya accu dapat dipakai lagi, harus diisi dengan cara mengalirkan arus listrik ke

arah yang berlawanan dengan arus listrik yang dikeluarkan Accu itu.

Ketika accu diisi akan terjadi pengumpulan muatan listrik. Pengumpulan

jumlah muatan listrik dinyatakan dalam ampere hour disebut tenaga accu. Pada

kenyataannya, pemakaian accu tidak dapat mengeluarkan seluruh energi yang

tersimpan aki itu. Oleh karenanya, accu mempunyai rendemen atau efisiensi.

Waktu pengisian adalah 12 sampai 16 jam. Dengan arus pengisian yang

lebih tinggi dan metode pengisian multi-stage, waktu pengisian dapat berkurang

sampai dengan 10 jam atau kurang.

2.3.1 Pengisian

Pengisian multi-stage, terdiri dari 3 stage/ tahap: constant-current charge,

topping charge dan float charge. Selama constant-current charge, Accu diisi

sampai 70 persen dalam waktu 5 jam; sisanya 30 persen adalah pengisian pelan-

pelan dalam topping charge. Topping charge butuh sekitar 5 jam yang lain dan ini

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 14: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

19

sangat penting untuk menjaga Accu tetap baik. Jika pola pengisian Accu tidak

lengkap sesuai dengan kedua stage diatas, maka accu akan kehilangan

kemampuan untuk menerima full charge dan kinerja accu akan berkurang. Tahap

ketiga adalah float charge, kompensasi self-discharge setelah accu terisi penuh.

Accu terdiri dari beberapa sel. Accu 12 Volt, terdiri dari 6 sel. Batas

tegangan satu sel umumnya mulai dari 2.30V sampai 2.45V. Jadi accu 12 Volt,

tegangan sebenarnya adalah antara 13.8 V - 14.7 Volt. Kondisi accu tergantung

dari suhu. Suhu tinggi menyebabkan Accu cepat rusak. Pada saat charging accu

pada suhu ruangan melebihi 30 derajat celcius, tegangan yang direkomendasikan

adalah 2.35V/sel. Pada saat charging, dan suhu ruangan tetap dibawah 30 derajat

Celcius, tegangan charger untuk masing-masing sel disarankan 2.40 sampai

2.45Volt.

Tegangan float charge yang direkomendasikan dari kebanyakan accu lead

acid adalah di antara 2.25 sampai 2.30V/sel. Kompromi yang baik adalah 2.27V.

Float charge yang optimal bergeser tergantung dari suhu. Pada suhu tinggi

dibutuhkan tegangan lebih kecil dan suhu lebih rendah dibutuhkan tegangan lebih

tinggi. Charger dengan suhu yang fluktuatif harus dilengkapi dengan sensor suhu

untuk mengoptimalkan float voltage.

Accu memerlukan periodik discharge, untuk memperpanjang umur.

Penerapan sekali dalam sebulan, dimana discharge dilakukan hanya berkisar 10

persen dari total kapasitas. Full discharge sebagai bagian dari pemeliharaan rutin

tidak direkomendasikan karena akan mengurangi siklus hidup accu.

Accu memiliki tegangan puncak bervariasi pada suhu yang bervariasi

saat pengisian ulang dan float charge. Menerapkan kompensasi suhu pada

charger untuk menyesuaikan suhu ekstrim memperpanjang umur Accu hingga 15

persen.

2.3.2 Discharging battre

Kapasitas Accu sebesar 100 Ampere hour, artinya arus accu akan habis

dalam satu jam, bila beban menggunakan 100 Ampere.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 15: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

20

Level discharge accu yang direkomendasikan adalah sampai dengan

tegangan 1.75 Volt per sel. Accu akan rusak apabila tegangan per sel lebih kecil

dari 1.75 Volt (atau 10.5 Volt untuk accu 12 Volt).

Masa accu dihitung dalam jumlah cycle. Satu cycle adalah satu kali

penggunaan dan pengisian. Depth of discharge (jumlah pemakaian ampere accu),

mempengaruhi jumlah cycle accu. Pada suhu 25 derajat Celcius:

a) 150 - 200 cycle dengan 100 persen depth of discharge (full discharge).

b) 400 - 500 cycle dengan 50 persen depth of discharge (partial discharge).

c) 1000 atau lebih dengan 30 persen depth of discharge (shallow discharge).

2.3.3 Kapasitas Accu

Satuan energi (dalam Wh) dikonversikan menjadi Ah yang sesuai dengan

satuan kapasitas accu sebagai berikut:

Ah =

…………………………………(2.6)

Hari otonomi yang ditentukan adalah satu hari, jadi accu hanya

menyimpan energi dan menyalurkannya pada hari itu juga. Besarnya deep of

discharge (DOD) pada accu adalah 80% (Mark Hankins, 1991: 68). Kapasitas

accu yang dibutuhkan adalah:

Cb =

………………………………….(2.7)

2.4 Alat Optik

Cahaya memiliki peranan penting dalam proses penerimaan informasi

melalui mata yaitu proses melihat. Cahaya berasal dari sumber cahaya yang

bersifat alami seperti matahari dan bersifat yang buatan misalnya lampu senter,

lilin dan lain-lain. Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik transversal

dengan panjang gelombang antara 400 mm sampai 600 mm.karena merupakan

gelombang elektromagnetik, cahaya tidak meemrlukan medium sebagai

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 16: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

21

perambatannya.

Sifat-sifat cahaya:

1. cahaya merambat lurus

2. cahaya dapat menembus benda bening

3. cahaya dapat dipantulkan.

4. cahya dapat dibiaskan (bila melalui dua medium yang

memiliki dua indeks bias yang berbeda.

5. cahaya monokromatis (cahaya putih) dapat diuraikan menjadi

beberapa cahaya berwarna.

6. cahaya memiliki energi.

7. cahaya dapat berbentuk gelombang.

8. cahaya dapat merambat tanpa medium perantara.

9. cahaya dipancarkan dalam bentuk radiasi.

2.4.1 Pemantulan Cahaya

Salah satu sifat dari gelombang adalah apabila melewati suatu medium atau penghalang, maka gelombang akan dipantulkan. Misalnya pemantulan pada cermin.

Gambar 2.14 Pemantulan Pada Benda Datar. Sumber: fisikamemangasyik.wordpress.com, 2012

Berdasarkan jenis pemantulanya, pemantulan cahaya dibagi menjadi

pemantulan teratur dan pemantulan baur. Pemantulan teratur terjadi jika berkas

cahaya mengenai permukaan atau bidang pantul yang rata (misalnya permukaan

cermin datar), sehingga arah pantulnya sejajar. Pemantulan baur terjadi jika

berkas cahaya mengenai permukaan atau bidang pantul yang tidak rata (misal

permukaan logan kasar), sehingga arah pantulnya tersebar kesegala arah.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 17: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

22

2.4.1.1 Hukum Pemantulan Cahaya

Mekanisme pemantulan yang terjadi dapat diselidiki dengan

menggunakan sebuah alat yang dinamakan cakra optik, dan berdasarkan hasil

pengukuran diperoleh hukum pematulan sebagai berikut:

1.Berkas sinar datang, sinar pantul, dan garis normal berada pada bidang

datar dan berpotongan di satu titik.

2.Sudut sinar datang sama dengan sudut sinar pantul.

Keterangan:

a) Garis normal merupakan garis yang tegak lurus bidang pantul.

b) Sudut datang merupakan sudut antara sinar datang dan garis

normal

c) Sudut pantul merupakan sudut antara sinar pantul dan garis

normal.

2.4.1.2 Pemantulan pada Cermin

Cermin merupakan sebuah bidang licin yang dapat memantulkan seluruh

cahaya yang jatuh pada bidangnya. Secara garis besar, cermin dibagi menjadi

tiga jenis, yaitu: cermin datar, cermin cekung dan cermin cembung.

Karakteristik pemantulan oleh ketiga jenis cermin ini bervariatif.

Ada dua jenis bayangan yang terbentuk dari pemantulan, yaitu: bayangan nyata

dan bayangn maya. Bayangan nyata merupakan bayangan yang terbentuk dari

perpotongan garis cahaya-cahaya pantul. Bayangan nyata dapat ditangkap oleh

layar. Sedangkan bayangan maya tidak dapat ditakap oleh layar tetapi bayanagn

dapat ditangakap oleh cermin.yang dibentuk dari perpanjangan cahaya pantul di

belakang cermin.

1. Pemantulan cahaya pada cermin datar

Cermin datar merupakan cermin yang permukaan pantulnya berupa

bidang datar. Cahaya yang jatuh atau mengenai cermin datar akan

dipantulkan kembali dan memenuhi hukum pemantulan. Bila sebuah

benda diletakan di depan cermin datar, maka adanya pemantulan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 18: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

23

cahaya menyebabkan bayangan pada cermin datar, dan bayangan

benda terletak berpotongan perpanjangan sinar-sinar pantulnya.

Sifat bayangan yang dihasilkan adalah: maya, tegak, sama besar

Gambar 2.15 Pemantulan Dengan dua cermin. Sumber: fisikamemangasyik.wordpress.com, 2012

Bila pada kasus khusus, jika terdapat dua buah cermin disusun

sedemikkian rupa sehingga membentuk sudut tetentu, maka

banyaknya bayangan yang terbentuk adalah:

n =

– 1 ............................. (2.8)

Keterangan :

n= banyaknya bayangan yang terbentuk

= sudut apit antara dua cermin.

2. Pemantulan pada cermin cekung

Tidak semua pemukaan cermin berupa bidang datar. Ada juga cermin

yang permukaannya melengkung, seperti cermin cekung dan cermin

cembung. Cermin cekung merupakan cermin yang permukaannya

melengkung ke arah dalam. contoh yang hampir mirip dengan cermin

cekung, yaitu pada permukaan sendok.

Pada cermin cekung terdapat beberapa titik penting, yaitu titik fokus

(F), titik pusat kelengkungan (C), dan titik pusat optik (A). Pada

cermin cekung, jarak antara titik pusat optic terhadap titik pusat

kelengkungan dinamakan jari-jari kelengkungan (R), dan nilainya

positif. Panjang jari-jari kelengkungan cermin cekung adalah 2 kali

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 19: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

24

panjang jarak fokus.

Pembentukan bayangan pada cermin cekung dapat digambarkan oleh

tiga sinar istimewa. Yaitu:

3. Sinar 1: Sinar yang datang sejajar dengan sumbu utama cermin

dipantulkan melalui titik fokus.

Gambar 2.16 Sinar Istimewa I Cermin Cekung.

Sumber: fisikamemangasyik.wordpress.com, 2012

4. Sinar 2: Sinar yang datang melalui titik titik fokus dipantulkan

sejajar dengan sumbu cermin.

Gambar 2.17 Sinar istimewa II Pada Cermin Cekung. Sumber: fisikamemangasyik.wordpress.com, 2012

5. Sinar 3: Sinar yang datang melalui tiitk pusat kelengkungan

cermin dipantulkan kembali sepanjang jalan yang sama pada saat

datang.

Gambar 2.18 Sinar Istimewa III Pada Cermin Cekung. Sumber: fisikamemangasyik.wordpress.com, 2012

3.Pemantulan pada cermin cembung

Cermin yang permukaannya melengkung terdiri dari cermin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 20: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

25

cekung dan cermin cembung. Pada cermin cembung terdapat

beberapa titik penting yang mirip dengan pada cermin cekung, yaitu

titik fokus (F), titik pusat kelengkungan (C), dan titik pusat optik (A).

Pada cermin cembung, jarak antara titik pusat optik terhadap titik

pusat kelengkungan dinamakan jari-jari kelengkungan (R) dan

nilainya negatif. Panjang jari-jari kelengkungan cermin cekung adalah

2 kali panjang jarak fokus.

Sebagaimana halnya pada cermin cekung, pembentukan bayangan

pada cermin cembung juga dapat digambarkan oleh tiga sinar

istimewa. Ketiga sinar istimewa tersebut antara lain:

1. Sinar 1: Sinar yang sejajar sumbu utama cermin dipantulkan

seolah-olah keluar dari titik fokus internal.

Gambar 2.19 Sinar Istimewa I Pada Cermin Cembung. Sumber: fisikamemangasyik.wordpress.com, 2012

2. Sinar 2: Sinar yang datang menuju titik fokus internal akan

dipantulkan sejajar sumbu utama.

Gambar 2.20 Sinar Istimewa II Pada Cermin Cembung. Sumber: fisikamemangasyik.wordpress.com, 2012

3. Sinar 3: Sinar yang datang menuju titik pusat kelengkungan

internal cermin dipantulkan seolah-olah keluar dari titik pusat

kelengkungan internal cermin.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 21: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

26

Gambar 2.21 Sinar Istimewa III Pada Cermin Sumber: fisikamemangasyik.wordpress.com, 2012

Persaman pada cermin cekung maupun pada cermin cembung, hubungan

jarak benda (s), jarak bayangan (s’), jari-jari kelengkungan cermin (R), dan jarak

fokus(f) dinyatakanoleh persamaan:

=

…………..(2.9)

Keterangan:

= jarak benda ke cermin (m)

= jarak bayangan ke cermin (m)

f = jarak fokus cermin

karena diketahui bahwa panjang jari-jari kelengkungan adalah dua kali jarak

fokusnya, R= 2f, atau f = R sehingga persamaan di atas dapat dituliskan:

=

.................... (2.10)

Keterangan:

= jarak benda ke cermin (m)

= jarak bayangan ke cermin (m)

R = jari-jari kelengkunagn cermin (m)

Dalam menggunakan persamaan pada cermin cekung maupun cermin cembung,

ad a sejumlah aturan-aturan tanda berikut:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 22: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

27

1. Untuk cermin cekung, f dan R bertanda positif (+)

2. Untuk cermin cembung, f dan R bertanda negatif (-)

3. Jarak benda (s) bertanda positif untuk benda nyata (di depan cermin) dan

bertanda negative untuk benda maya (di belakang cermin).

4. Jarak bayangan (s’) bertanda positif untuk bayangan nyata (di depan

cermin) dan bertanda negatif untuk bayangan maya (di belakang cermin).

Pembesaran bayangan pada cermin dapat ditentukan dengan menggunakan

persamaan:

M = │

│=│ │ ..................... (2.11)

Tanda harga mutlak (| |) menyatakan harga M selalu positif.

2.4.2 Pembiasan Cahaya

Pembiasan cahaya merupakan pembelokan gelombang cahaya yang

disebabkan adanya perubahan kelajuan gelombang cahaya ketika cahaya

merambat melalui dua zat yang indeks biasnya berbeda. Dengan demikian,

pembiasan cahya ini sangat ditentukan oleh indeks bias bahannya.

a. Indeks bias medium

Indeks bias suatu zat merupakan perbandingan cepat rambat cahaya pada

udara dengan cepat rambat cahaya pada medium lain. Semakin besar indeks bias

suatu benda, semakin besar cahaya dibelokan oleh zat tersebut. Dalam spectrum

cahaya tampak, panjang gelombang cahaya beragam dari gelombang merah

dengan panjang gelombang merah yang ternpanjang sampai panjang gelombang

ungu yang terpendek.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 23: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

28

Tabel 2.1 Indeks Bias Beberapa Zat.

Nama zat N Nama zat N

Udara (0°c, 76

cmHg)

1,00029 Gliserin 1,48

Hydrogen (0°c,

76 cmHg)

1,00013 Balsam kanada 1,53

Karbondioksida 1.00045 Karbondisulfida 1,62

Air 1,33 Kaca kuarsa 1,45

Etanol 1,36 Kaca korona 1,53

Benzene 1,50 Kaca flinta 1,58 Sumber: fisikamemangasyik.wordpress.com

2.4.1.3 Hukum Pembiasan Cahaya

Sinar datang dari udara dibiaskan dalam kaca mendekati garis normal.

Demikian pula ketika sinar keluar dari kaca menuju udara, sinar dibiaskan

kembali. Bila besar sudut datangnya sinar diubah-ubah, maka besar sudut

sinar bias pun akan berubah.

“Perbandingan proyeksi sinar datang dan sinar bias ternyata merupakan

bilangan yang tetap”. Orang pertama yang menemukan bahwa terdapat

perbandingan yang tetap antara proyeksi sinar datang dengan proyeksi sinar

bias adalah seorang ilmuwan Belanda yang bernama Willebrord Snell. Oleh

karena itu, pernyataan tersebut dinamakan hukum Snell, atau lebih dikenal

dengan hukum Snellius.

Gambar 2.22 Hukum Snellius

Sumber: fisikamemangasyik.wordpress.com

Hukum Snellius atau hukum pembiasan menyatakan bahwa:

1. Sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada satu bidang

datar dan ketiganya berpotongan di satu titik.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 24: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

29

2. Apabila sinar melalui dua medium yang berbeda, maka hubungan sinar

datang, sinar bias, dan indeks bias medium dinyatakan oleh

persamaan:

=

.................... (2.12)

2.5 Fotometri

Fotometri adalah ilmu yang mempelajari pengukuran besaran-besaran

cahaya, meliputi aspek-aspek psikofisis energi radiasi yang dapat terlihat oleh

mata manusia. Besaran-besaran fotometri yang umum antara lain:

1. Fluks luminus

Fluks luminus atau fluks cahaya (Φ) adalah laju aliran energi cahaya, atau

energi radiasi yang telah dibebani dengan respon sensitivitas mata manusia per

satuan waktu. Fluks luminus memiliki satuan lumen (lm). Pada panjang

gelombang 555 nm, 1 watt daya radiasi suatu sumber cahaya setara nilainya

dengan fluks luminus sebesar 683 lumen.

Fluks luminus umumnya disebut juga keluaran cahaya, yaitu besaran yang

menyatakan kuantitas daya cahaya yang dihasilkan oleh suatu sumber cahaya.

2. Intensitas cahaya

Intensitas cahaya atau intensitas luminus (I) adalah fluks luminus per satuan

sudut ruang (ω, dalam steradian) dalam arah tertentu. Intensitas cahaya

memiliki satuan candela (cd), atau setara dengan lumen/steradian.

I =

(cd) ...........................(2.13)

Sudut ruang (ω, dalam steradian) adalah sudut yang dibentuk oleh suatu bidang

pada permukaan bola, ditinjau dari titik pusat bola. Besarnya sudut ruang

tergantung dari luas bidang (A) dan radius (r) bola tersebut, yaitu:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 25: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

30

…………………..(2.14)

Suatu bola penuh memiliki sudut ruang sebesar 4π (= 4πr2/r2) steradian,

sehingga suatu sumber cahaya berbentuk titik yang memancarkan cahaya

secara merata ke segala arah, akan memiliki intensitas cahaya sebesar Φ/(4π)

candela, dengan Φ adalah fluks luminus yang dipancarkan sumber cahaya

tersebut.

Umumnya sumber cahaya memiliki intensitas cahaya yang berbeda jika dilihat

dari sudut ruang yang berbeda. Meskipun demikian, intensitas cahaya selalu

bernilai tetap untuk sudut ruang yang sama.

33. Iluminansi

Luminansi atau tingkat pencahayaan (E) adalah fluks luminus yang datang

pada suatu permukaan per satuan luas (A, dalam m2) permukaan yang

menerima cahaya tersebut. Iluminansi memiliki satuan lux (lx) atau setara

dengan lumen/m2.

E=

(Lux) ……………….(2.15)

Iluminansi adalah besaran fotometri yang paling mudah diukur, yaitu dengan

menggunakan alat fotometer/luxmeter yang terdiri dari suatu sensor dioda yang

peka cahaya, dihubungkan dengan meter pembacaan setelah terlebih dahulu

dibobotkan menurut kurva sensitivitas mata manusia.

ω =

(rad)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 26: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

31

Gambar 2.23 Hubungan Antara Iluminansi Dan Jarak (http://fisbang.tf.itb.ac.id, 2008)

Dari Gambar 2.23 terlihat bahwa sebuah sumber titik memancarkan cahaya

dengan intensitas I cd pada arah sudut ruang ω. Sebuah bidang penerima pada

jarak r1 dari sumber tersebut menerima fluks luminus sebesar Φ lumen per

satuan luas bidang A1. Demikian juga sebuah bidang penerima pada jarak r2

dari sumber tersebut menerima menerima fluks luminus sebesar Φ lumen per

satuan luas bidang A2.

Hubungan matematis antara iluminansi, intensitas cahaya, dan jarak adalah:

………………………..(2.16)

Menurut persamaan 2.6, A = ωr2, sedangkan I = Φ/ω menurut persamaan 2.14 Maka:

E₁=

₁ =

₁ .....……………....(2.17)

dan

E₂=

₂ =

E₁= ₁

dan

E₂= ₂

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 27: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

32

sehingga, perbandingan antara E1 dan E2 adalah

..…..…………..(2.18)

Persamaan 2,17 ini dikenal sebagai Hukum Kuadrat Terbalik (Inverse

Square Law) untuk cahaya. Hukum Kuadrat Terbalik hanya berlaku untuk sumber

cahaya yang berbentuk titik, atau pada jarak minimal 5 kali dimensi terbesar dari

suatu sumber cahaya. Pada jarak kurang dari 5 kali dimensi terbesar sumber,

pendekatan sumber titik tidak lagi dapat digunakan, dan untuk itu pendekatan

sumber garis atau sumber bidang harus digunakan.

Gambar 2.24 Iluminansi Pada Bidang Yang Tidak Tegak Lurus Arah Datangnya Cahaya (http://fisbang.tf.itb.ac.id, 2008)

Pada Gambar 2.24, titik P terletak pada suatu bidang yang normalnya

(N) membentuk sudut sebesar α terhadap arah datangnya cahaya. Misalkan

bidang di mana titik P berada kini diputar sebesar sudut α sehingga menjadi

tegak lurus arah datangnya cahaya, maka iluminansi di titik P mula-mula (EP)

memiliki hubungan dengan iluminansi di titik P setelah bidangnya diputar (EP’)

sebagai berikut

…………………..(2.19)

Persamaan 2.11 disebut Hukum Cosinus Lambert. Tetapi persamaan

2.9 mengisyaratkan bahwa EP’ = Iθ/r2, dengan Iθ adalah intensitas cahaya dari

sumber (θ adalah sudut arah datangnya cahaya terhadap normal dari sumber)

dan r adalah jarak titik P ke sumber cahaya. Maka:

₂ = (r₂/ r₁)²

EP = EP’ cos α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 28: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

33

..…………………(2.20)

Persamaan 2.19 adalah gabungan dari Hukum Kuadrat Terbalik untuk cahaya

dengan Hukum Cosinus Lambert. Persamaan ini juga hanya berlaku untuk

pendekatan sumber titik.

4. Luminansi

Luminansi (L) adalah intensitas cahaya dari suatu permukaan dalam arah

tertentu (Iθ, dalam cd) per satuan luas proyeksi permukaan tersebut jika dilihat

dari arah yang dimaksud (Aθ, dalam m2). Luminansi memiliki satuan cd/m2.

…………………..(2.21)

Gambar 2.25 Luminansi Dari Suatu Bidang. (http://fisbang.tf.itb.ac.id, 2008)

Misalkan suatu bidang dengan luas penampang A diamati pada sudut θ dari

normal bidang. Maka luas proyeksi bidang tersebut ialah Aθ = A cos θ, yaitu

luas permukaan yang tampak oleh mata. Jika permukaan bidang tersebut

bersifat difus atau memantulkan cahaya secara merata ke segala arah, maka

luminansinya bernilai tetap walaupun diamati dari berbagai arah.

5. Faktor absorbsi

Sebagian dari cahaya yang mengenai sesuatu permukaan akan diserap oleh

permukaan itu. Bagian yang diserap ini menimbulkan panas pada permukaan

EP = Iθ/r2 COS α

L =

(cd/m²)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 29: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

34

tersebut. Permukaan yang gelap dan buram menyerap banyak cahaya. Bagian

fluks cahaya yang diserap oleh suatu permukaan ditentukan oleh faktor

absorbsi (a) permukaan itu :

a =

……………...(2.22)

6. Faktor refleksi

Jumlah cahaya yang dipantulkan tidak saja ditentukan oleh mengkilatnya

suatu permukaan, tetapi juga ditentukan oleh sifat-sifat bahan permukaan

tersebut. Permukaan difus kadang-kadang dapat memantulkan lebih banyak

cahaya daripada suatu permukaan yang mengkilat. Bagian fluks cahaya yang

dipantulkan ditentukan oleh faktor refleksi (r) suatu permukaan :

r =

…………………... (2.23)

7. Faktor transmisi

Bahan-bahan tembus cahaya, seperti berbagai jenis kaca seluloida dan sebagainya, akan memantulkan atau menyerap sebagian saja dari cahaya yang mengenainya. Sebagian besar dari cahaya tersebut dapat menembus bahan tersebut bagian fluks cahaya yang dapat menembus, ditentukan oleh faktor transmisi (t) suatu bahan :

t =

………………………(2.24)

Dari persamaan 2.14, 2.15, 2.16 digabungkan dan didapatkan rumus untuk mencari seberapa besar nilai absorsbsi yang di serap, yang dapat dianalisa dengan rumus sebagai berikut :

a + r + t = 1 ..………………..(2.25)

8. Eksitansi luminus

Eksitansi luminus (M) adalah rasio antara fluks luminus yang dipantulkan (Φρ,

dalam lumen) atau yang ditransmisikan oleh suatu permukaan (Φτ, dalam

lumen) terhadap luas permukaan (A, dalam m2) yang menerima cahaya

tersebut. Eksitansi luminus memiliki satuan lumen/m2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 30: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

35

.………………(2.26)

9. Efikasi

Efikasi atau efisiensi luminus (η) adalah rasio antara fluks luminus yang

dihasilkan suatu sumber cahaya listrik (Φ, dalam lumen) terhadap daya listrik

yang digunakan sebagai masukan (P, dalam Watt). Efikasi memiliki satuan

lumen/Watt.

....……….….(2.27)

2.5.1 Tingkat Pencahayaan

a. Tingkat Cahaya Rata-Rata (Erata-rata).

Tingkat pencahayaan pada suatu ruangan pada umumnya diartikan

sebagai tingkat pencahayaan pada bidang kerja. Bidang kerja di sini yaitu

bidang horisontal imajiner yang terletak 0,75 meter di atas lantai pada

seluruh ruangan. Tingkat pencahayaan rata-rata Erata-rata (lux), dapat

dihitung dengan persamaan:

Erata-rata =

(lux) ................. (2.28)

Keterangan:

Ftotal = fluks luminous total dari semua lampu yang menerangi

bidang kerja (lumen)

A = luas bidang kerja (m²)

Kp = koefisien penggunaan

Kd = koefisien depresiasi (penyusutan)

b. Koefiseien penggunaan(Kp)

sebagian dari cahaya yang dipancarkaan oleh lampu diserap oleh

armatur, sebagian sebagian dipancarkan ke arah atas dan sebagian lagi

dipancarkan ke arah bawah. Faktor penggunaan didefinisikan sebagai

perbandingan antara fliks luminous yang sampai di bidang kerja terhadap

Efikasi =

(Lumen/Watt)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 31: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

36

keluaran cahaya yang dipancarkan oleh semua lampu.

Besarnya koefisien pengguna dipengaruhi oleh beberapa faktor di bawah

ini:

1. Distribusi dari cahaya armatur.

2. Perbandingan antara keluaran cahaya dari armatur dengan keluaran

cahaya dari lampu di dalam armatur.

3. Reflektansi cahaya dari langit-langit, dinding dan lantai,

4. Pemasangan armatur apakah menempel atau digantung pada langit-

langit.

5. Dimensi ruangan.

Besarnya koefisien pengguna untuk sebuah armatur, bisa diberikan

dalam bentuk tabel yang dikeluarkan oleh pabrik pembuat armatur yang

berdasarkan hasil pengujian dari instansi terkait.

Setiap pabrik atau instansi diharuskan untuk memberikan tabel Kp,

karena tanpa adanya tabel, perancangan pencahayan tidak dapat

dilakukan dengan baik.

c. Koefisien depresi

Koefisien depresi bisa disebut juga keofisien rugi-rugi cahaya atau

koeefisien pemeliharaan, disefinisikan sebagai pembandingan antara

tingkat pencahyaan setelah jangka waktu tertentu dari instalasi

pencahyaan digunakan terhadap tingkat pencahyaan pada waktu instalasi

baru.

Besarnya koefisiensi depresiasi dipengaruhi oleh:

1. Kebersihan dari lampu dan armatur.

2. Kebersihan dari permuakaan-permukaan ruangan.

3. Penurunan keluaran cahaya lampu selama waktu penggunaan.

4. Penurunan keluaran cahaya lampu karena penurunan tegangan

listrik.

Besarnya koefisien depresiasi biasanya ditentukan berdasarkan estimasi.

Untuk ruangan dan armatur dengan pemeliharaan yang baik pada

umumnya koefisien depresiasi diambil sebesar 0,8.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 32: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

37

d. Jumlah armatur yang diperluakan untuk mendapatkan tingkat

pencahayaan tertentu. Untuk menghitung jumlah armatur,

terlebih dahulu dihitung jumlah fluks luminus total yang

diperlukan untuk mendapatkan tingkat pncahayaan yang

direncanakan dengan menggunakan persamaan:

Ftotal =

(lumen) ...................... (2.29)

Kemudian untuk menghitung jumlah armatur yaitu:

Jumlah Armatur =

.......... (2.30)

Sementara itu untuk mengetahui jumlah armatur perlu juga

diketahui fluks cahaya yang juga berarti jumlah lampu maka

dipergunakan rumus:

Fluks perarmatur =

Jumlah armatur perlampu fluks perlampu.....................(2.31)

e. Tingkat pencahayaan oleh komponen cahaya langsung.

Tingkat pencahyaan oleh komponen cahaya langsung pada

suatu titik pada bidang kerja dari sebuah sumber cahaya yang

dapat dianggap sebagai sumber cahaya titik, dapat dihitung

dengan menggunakan persamaan berikut:

Ep =

(lux) ...................... (2.32)

Keterangan:

I = intensitas cahaya pada sudut

H = tinggi armatur di atas bidang kerja (meter)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 33: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

38

Gambar 2.26 Titik Penerima Komponen Langsung Dari Sumber Cahaya Titik.

Sumber: SNI 04-0202-1987

Jika terdapat beberapa armatur, maka tingkat pencahayaan tersebut merupakan

penjumlahan dari tingkat pencahayaan yang diakibatkan oleh masing-masing

armatur dan dinyatakan sebagai berikut :

Etotal = Ep1 + Ep2 + Ep3 + ……… ................... (2.33)

Adapun tabel tingkat pencahayaan minimum dan redensi warna yang di

rekomendasikan untuk berbagai ruangan.

2.5.2 Sistem Pencahayaan

Di bawah ini merupakan pengelompokan sistem pencahayaan:

a. Sistem pencahayaan merata.

Sistem pencahayaan ini merupakan tingkatan pecahayaan yang merata di

seluruh ruangan, sistem ini digunakan jika tugas visual dilakukan di seluruh

tempat dalam ruangan dan memerlukan tingkat pencahayaan yang sama.

Tingkat pencahayaan ini dapat diperoleh dengan memasang armatur secara

merata langsung atau diseluruh langit-langit.

b. Sistem pencahayaan setempat

Sistem ini merupakan tingkat pencahayaan yang tidak merata pada tempat

yang diperlukan. Jika tugas visual memerlukan tingkat pencahayaan yang

lebih tinggi, diberikakn cahaya yang lebih banyak dibandingkan dengan

sekitarnya.

Hal ini dapat diperoleh dengan mengkonsentrasikan penempatan armatur di

atas tempat tersebut.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 34: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

39

c. Sistem pencahayaan gabungan antara merata dan setempat.

Sistem ini didapatkan dengan menambah sistem pencahayaan setempat pada

sistem pencahayaan merata dengan armatur yang dipasang berdekatan

dengan tugas visual.

Sistem pencahayan gabungan ini dianjurkan untuk digunakan pada:

1. Tugas visual yang memerlukan tingkat pencahayaan yang tinggi.

2. Memperliahatkan bentuk dan tekstur yang memerlukan cahaya datang

dari arah tertentu.

3. Pencahayaan merata terhalang, sehingga tidak sampai pada tempat yang

terhalang tersebut.

4. Tingkat pencahayaan yang lebih tinggi diperlukan untuk orang tua atau

yang kadar kemampuan penglihatannya sudah berkurang.

2.5.3 Kebutuhan Daya

Daya listrik yang diperlukan untuk mendapatkan tingkat pencahayaan rata-

rata tertentu pada bidang kerja dapat dihitung mulai dengan persamaan 2.27 yang

digunakan untuk menghitung armatur. Di bawah ini merupakan perhitungan

jumlah lampu yang dibutuhkan.:

NLampu = NArmatur x n ..................................... (2.34)

Daya yang dibutuhkan untuk semua armatur dapat dihitung dengan persamaan :

WTotal = NLampu x W1 .................................... (2.35)

Keterangan :

W1 = daya setiap lampu termasuk Balast (Watt),

Dengan membagi daya total dengan luas bidang kerja, didapatkan kepadatan

daya (Watt/m²) yang dibutuhkan untuk sistem pencahayaan tersebut.

Kepadatan daya ini kemudian dapat dibandingkan dengan kepadatan daya

maksimum yang direkomendasikan dalam usaha konservasi energi, misalnya

untuk ruangan kantor 15 Watt/m² .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 35: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

40

2.5.4 Distribusi Luminasi

Distribusi luminansi didalam medan penglihatan harus diperhatikan

sebagai pelengkap keberadaan nilai tingkat pencahayaan di dalam ruangan. Hal

penting yang harus diperhatikan pada distribusi luminansi adalah sebagai berikut :

a. Rentang luminasi permukaan langit-langit dan dinding.

b. Distribusi luminansi bidang kerja.

c. Nilai maksimum luminansi armatur (untuk menghindari kesilauan).

d. Skala luminansi untuk pencahayaan interior dapat dilihat pada gambar di

bawah ini:

Gambar 2.27 Skala Luminansi Untuk Pencahayaan Interior.

Sumber: SNI 04-0202-1987

1. Luminasi permukaan dinding

Luminansi permukaan dinding tergantung pada luminansi

obyek dan tingkat pencahayaan merata di dalam ruangan. Untuk tingkat

pencahayaan ruangan antara 500 ~ 2000 lux, maka luminansi dinding yang

optimum adalah 100 kandela/m².

Ada 2 (dua) cara pendekatan untuk mencapai nilai optimum ini,

yaitu :

a. Nilai reflektansi permukaan dinding ditentukan, tingkat

pencahayaan vertikal dihitung,

b. Tingkat pencahayaan vertikal diambil sebagai titik awal dan

reflektansi yang diperlukan dihitung. Nilai tipikal reflektansi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 36: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

41

dinding yang dibutuhkan untuk mencapai luminansi dinding

yang optimum adalah antara 0,5 dan 0,8 untuk tingkat

pencahayaan rata-rata 500 lux, dan antara 0,4 dan 0,6 untuk

1000 lux.

2. Luminansi permukaan langit-langit

Luminansi langit-langit adalah fungsi dari iluminansi armatur,

seperti yang ditunjukkan pada grafik gambar.

Dari grafik ini terlihat jika luminansi armatur kurang dari 120 kandela/m²

maka langit-langit harus lebih terang dari pada terang armatur. Nilai untuk

iluminansi langit-langit tidak dapat dicapai dengan hanya menggunakan

armatur yang dipasang masuk ke dalam langit-langit sedemikian hingga

langit-langit akan diterangi hampir melulu dari cahaya yang direfleksikan

dari lantai.

Grafik 2.28 Luminansi Langit-Langit Terhadap Iluminansi Armatur.

Sumber: SNI 04-0202-1987

2.5.4.1 Distribusi Iluminansi Bidang Kerja.

Untuk memperbaiki kinerja penglihatan pada bidang kerja maka

iluminansi sekeliling sebuah bidang kerja harus lebih rendah dari

iluminansi bidang kerjanya, tetapi tidak kurang dari sepertiganya. Kinerja

penglihatan dapat diperbaiki jika ada tambahan kontras warna.

2.5.5 Kualitas Warna Cahaya

Kualitas warna suatu lampu memiliki dua karakteristik yang

sifatnya berbeda, yaitu:

a. Tampak warna yang dinyatakan dalam temperatur warna.

b. Renderansi warna yang dapat mempengaruhi penampilan

500

400

100

Kandela/m²

Kandela/m²

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 37: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

42

objek yang diberikan cahaya sebuah lampu.

Sumber cahaya mempunyai tampak warna yang sama dapat

mempunyai rederansi warna yang berbeda.

2.5.6 Tampak Warna

Sumber cahaya putih dapat dikelompokan menjadi tiga kelompok

menurut tampak warnanya: Tabel 2.2 Sumber Cahaya Putih

Temperatur warna K

(Kelvin)

Tampak warna

>5300 Dingin

3300 ~ 5300 Sedang

< 3300 Hangat Sumber: SNI 04-0202-1987

Pemilihan warna lampu bergantung pada tingakat pencahayaan

yang diperlukan agar diperoleh pencahayaan yang nyaman. Berdasarkan

pengalaman secara umum, semakin tinggi tingkat pencahayaan yang diperlukan

semakin sejuk warna tampak yang dipilih sehingga tercipta pencahayaan yang

nyaman.

Kesan umum yang berhubungan dengan tingkat pencahayaan yang bermacam-

macam dan tampak warna yang berbeda pada lampu dapat dilihat pada tabel di

bawah ini: Tabel 2.3 Tingkat Pencahayaan Dan Tampak Warna Pada Lampu.

Tingkat

pencahayaan (lux)

Tampak warna lampu

Hangat Sedang Dingin

500 Nyaman Netral Dingin

500~1000 - - -

1000 ~ 2000 Stimulasi Nyaman Netral

2000 ~ 3000 - - -

µ 3000 Tidak alami Stimulsi Nyaman Sumber: SNI 04-0202-198

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 38: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

43

2.5.7 Renderasi warna

Disamping mengetahui tampak warna suatu lampu, diperlukan juga indeks

yang menyatakan apakah warna obyek tampak alami apabila diberi cahaya lampu.

Nilai maksimum secara teoritis dari indeks senderasi suatu warna adalah 100.

Sedangkan untuk aplikasi pada kehidupan sehari-hari, rederasi warna

dikelompokan berdasarkan tabel di bawah ini:

Tabel 2.4 Contoh Harga Ra Dan Temperatur Warna Untuk Beberapa Jenis Lampu.

Kelompok Rederasi

Warna

Rentang indeks

Rederasi Warna (Ra)

Tampak Warna

1 Ra > 85 Dingin

Sedang

Hangat

2 70 < Ra < 85 Dingin

Hangat

Sedang

3 40< Ra < 70

4 Ra < 40 Sumber: SNI 04-0202-1987

Tabel 2.5 Pengelompokan Renderasi Warna

Lampu Temperatur Warna (K) Ra

Fluoresen standar

White 4200 60

Cool daylight 6200 70

Fluoresen super

Warm white 3500 85

Cool white 4000 85

Cool daylight 6500 85

Merkuri tekanan tinggi 4100 50

Natrium tekanan tinggi 1950 25

Halida metal 4300 65 Sumber: SNI 04-0202-1987

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 39: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

44

2.6 Lampu

2.6.1 Spektrum Cahaya Lampu

Dua hal yang harus diperhatikan ketika memilih lampu, yaitu

tampak warna yang dinyatakan dalam temperatur warna dan efek warna

yang dinyatakan dalam indeks rederasi warna. Temperatur warna yang

tampak warnanya dingin memiliki suhu sebesar 5300 kelvin. Sedangkan

suhu temperatur 3300 ~ 5300 kelvin tampak warnanya sedang dan ketika

temperatur warna berada pada posisi dibawah 3300 kelvin memiliki

tampak warna yang hangat.

Indeks renderasi warna dinyatakan dengan angka 0 sampai dengan

100, dimana angka 100 menyatakan warna benda yang dilihat akan sesuai

dengan warna aslinya. Misal: pada lampu pijar dan lampu halogen

mempunyai indeks renderasi warna mendekati 100.

(SNI No. 04-1704-1989)

2.6.2 Efisiensi Lampu

Efisensi lampu atau yang sering juga disebut efikasi luminus,

menunjukan efisisensi lampu dari pengalihan energi listrik ke cahaya dan

dinyatakan dalam lumen per Watt (lumen/Watt).

Banyaknya cahaya yang dihasilkan oleh suatu lampu disebut fluks

luminus dengan satuan lumen. Efikasi luminus lampu bertambah dengan

bertambahnya daya lampu.

Untuk menentukan efisiensi lampu juga harus memperhatikan rugi-

rugi balast (daya lampu ditambah rugi-rugi ballast).

2.6.3 Umur Lampu dan Depresiasi

Ada beberapa cara untuk menentukan umur lampu, antara lain

yaitu:

a. Umur individual teknik

b. Umur rata-rata.

c. Umur minimum.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 40: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

45

d. Umur rata-rata pengenal.

Selain bebrapa hal di atas, Keekonomisan lampu berdasarkan fluks

luminus dan umur teknik juga perlu dipertimbangkan. Yaitu banyaknya

jam menyala pada kombinasi antara depresiasi/ pengurangan fluks luminus

lampu dan kegagalan lampu.

Umur lampu juga bisa dipengaruhi oleh beberapa hal antara lain:

temperatur ruang perubahan tegangan listrik, banyaknya pemutusan dan

penyambungan pada sakelar, dan jenis juga dipengaruhi oleh komponen

bantunya seperti ballast, starter dan kapasitor.

2.6.4 Jenis Lampu

a) Lampu Pijar

Lampu pijar menghasilkan cahaya dengan pemanasan listrik pada

filamennya yang bertempertur tinggi. Temperatur ini memberikan radiasi

dalam daerah tampak dari spektrum radiasi yang dhasilkan. Komponen

utama lampu pijar terdiri dari :

1) Filament

Semakin tinggi temperatur filamen semakin besar juga energi

yang jatuh pada spektrum radiasi tampak dan semakin besar pula

efikasi dari lampu. Pada saat ini filament yang digunakan adalah

tungsten.

2) Bola lampu

Filament suatu lampu pijar ditutup rapat dengan selubung gelas

yang dinamakan bola lampu. Bentuk bola (bentuk A), jamur

(bentuk E), bentuk lilin dan lustre dengan bola lampu bening,

susu atau buram dan dengan warna merah, hijau, biru atau

kuning. (lihat SNI No. 04-1704-1989 ).

3) Gas pengisi

Penguapan filamen dikurang dengan diisinya bola lampu dengan

gas inert. Gas ini pada umumnya dipakai adalah nitrogen dan

argon.

4) Kaki lampu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 41: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

46

Untuk pemakaian umum, tersedia dua jenis yaitu : kaki lampu

berulir dan kaki lampu bayonet, yang diindentifikasikan dengan

huruf E (edison) dan B (Bayonet), selanjutnya diikuti dengan

angka yang menyatakan diameter kaki lampu dalam milimeter

(E27, E14 dan lain-lain). Bahan kaki lampu dari alumunium atau

kuningan.

Gambar 2.29 Lampu Pijar Beserta Bagiannya.

Sumber: astudioarchitect.com/2011/11/mengenal-jenis-jenis-lampupijar.html

5) Jenis lampu pijar khusus.

a. Lampu reflektor.

Lampu pijar yang memiliki reflektor terbuat dari metal tipis pada

permukaan dalam dari bola lampu memberikan arah intensitas

cahaya yang dipilih.( reflektor bagian dalam tidak boleh rusak

atau terkontaminasi)

Lampu ini memiliki dua jenis yaitu:

1) Lampu pressed glass yaitu lampu yang kokoh dan gelas

tahan panas. Pada bagian depan gelas mempunyai

beberapa jenis pancaran cahaya seprti spot, flood, wide

flood. Pemasangan lampu ini dapat dipasang secara

langsung sebagai pemasangan instalasi luar, tahan

terhadap cuaca.

2) Lampu blown bulb yaitu lampu yang menyerupai Lampu

pressed glass, hanya saja dalam pemasangannya hanya

bisa dipasang di dalam ruangan.

b. Lampu halogen

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 42: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

47

Lampu halogen merupakan lampu pijar biasa yang memiliki

filament bertemperatur tinggi dan dapat menyebabkan partikel

tungsten menguap serta berkondensasi pada dinding bola

lampu yang selanjutnya mengakibatkan penghitaman. Lampu

halogen berisi gas halogen (iodine, chlorine, chromine) yang

dapat mencegah penghitaman pada lampu.

Gambar 2.30 Lampu Halogen. Sumber: astudioarchitect.com/2011/11/mengenal-jenis-jenis-lampu-pijarhtm

c. Lampu pelepasan gas

Lampu ini memiliki cara keja yang berbeda dengan lampu

pijar. Lampu ini bekerja berdasarkan adanya pelepasan elektron

secara terus menerus di dalam uap yang diionisasi. Terkadang

dikombinasika dengan dengan fosfor yang berpendar.

Pada umunya lampu ini tidak dapat bekerja tanpa ballast

sebagai pembatas arus pada sirkit lampu.

Lampu pelepasan gas mempunyai tekanan gas tinggi atau

tekanan gas rendah. Gas yang sering dipaai adalah merkuri atau

natrium. Salah satu contoh lampu pelepasan gas tekanan rendah

dan memakai merkuri adalah lampu fluoresen tabung atau

lampu TL (tube lamp).

d. Lampu LED

merupakan singkatan dari Light Emitting Diode atau dioda cahaya.

Suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik

yang tidak koheren, ketika diberi tegangan maju. Gejala ini termasuk

bentuk elektro luminesensi. Warna yang dihasilkan bergantung pada

bahan semikonduktor yang dipakai, dan bisa juga ultraviolet dekat

atau inframerah dekat. Lampu LED memiliki beberapa keunggulan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 43: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

48

dari lampu konvensional yang sebelumnya sering digunakan seperti

neon, bohlam dan lainnya. Oleh karena itu, lampu LED biasa disebut

sebagai lampu masa depan, dan mulai digunakan dari sekarang.

Beberapa Keuntungan yang didapat apabila menggunakan lampu LED:

1) Dengan menggunakan lampu LED kita bisa menghemat tagihan listrik.

Sebabnya, lampu pijar hanya bisa mengubah sekitar 8 % dari konsumsi

listrik yang digunakan menjadi cahaya. Bandingkan dengan lampu LED yang

bisa mengubah dua kali lipatnya yaitu sekitar 15-25% .

2) LED menghasilkan panas lebih sedikit. Dengan begitu selain hemat

konsumsi listrik dari lampu, juga hemat untuk konsumsi lsitrik pendingin.

3) Panas yang dihasilkan lampu yang sering kita gunakan selain tidak nyaman

untuk mata, juga bisa merubah warna dekorasi rumah. Apabila menggunakan

Lampu LED hal tersebut bisa dihindari karena kualitas dari pencahayaan

lampu dan manajemen panas LED lebih baik.

4) Lampu LED bebas dari bahaya merkuri jadi sangat aman digunakan di mana

saja.

5) Lampu LED jauh lebih tahan lama, 60 kali dari lampu pijar, dan 10 kali dari

lampu neon.

6) Lampu LED memiliki desain yang elegan, bahkan bisa memperindah interior

di ruangan.

Jenis lampu LED:

1) LED Luxeon atau High Power LED.

LED luxeon Merupakan LED khusus dengan teknologi chip LED

terbaru dan terefisien. Di bawah ini merupakan gambar dari LED

Luxeon .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 44: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

49

Gambar 2.31Lampu Luxeon. Sumber: astudioarchitect.com/2011/11/mengenal-jenis-jenis-lampu-pijar.html

LED ini memiliki chip LED yang luas sehingga mampu mencapai

daya yang tinggi dan dapat menghasilkan sinar yang sangat terang.

Aplikasi LED ini adalah flood lighting, wall washer, backdrop lighting,

dan lain-lain. Tabel 2.6 Lampu luxeon.

Sumber: astudioarchitect.com/2011/11/mengenal-jenis-jenis-lampu-pijar.html

2) LED Super Fluks

LED super fluks dapat dilihat berdasarkan gambar di bawah ini:

Gambar 2.32 LED Super Lux.

Sumber: astudioarchitect.com/2011/11/mengenal-jenis-jenis-lampu-pijar.html

LED Superflux 3 mm dan 5 mm memiliki karakteristik sinar yang

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 45: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

50

terang (arus forward = 150mA, dibandingkan LED 5 mm biasa hanya

5mA). Memiliki focusing lens agar cahaya LED dapat terlihat jelas meski

pada siang hari. Sangat sesuai untuk penggunaan yang membutuhkan

kekuatan akibat goncangan karena memiliki 4 kaki, lebih rigid dibanding

LED 2 kaki lainnya.

3) LED SMD ukuran 5050

Di bawah ini merupakan salah satu contoh gambar dari LED SMD

dengan ukuran 5050.

Gambar 2.33 LED SMD. Sumber: astudioarchitect.com/2011/11/mengenal-jenis-jenis-lampu-pijar.html

LED smd ukuran 5050 (sekitar 6x6 mm) dengan isi 3 chip LED, memiliki

anoda dan katoda yang terpisah untuk masing-masing chip LED. Led ini memiliki

variasi warna yaitu: super white, merah, hijau, biru , kuning,, dan RGB.

2.6.5 Armatur

Armatur adalah rumah lampu yang digunakan untuk mengendalikan dan

mendistribusikan cahaya yang dipancarkan oleh lampu yang dipasang di

dalamnya, dilengkapi dengan peralatan untuk melindungi lampu dan peralatan

pengendalian listrik

2.6.6 Cara Pemilihan Armatur

Untuk memilih armatur yang akan digunakan, perlu dipertimbangakan

faktor-fator yang berhubungan dengan pencahayaan di bawah ini:

a. Distribusi intensitas cahaya.

b. Efisiensi cahaya.

c. Koefisien pengguna.

d. Perlindungan terhadap kejutan listrik.

e. Ketahanan terhadap masuknya air dan debu.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 46: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

51

f. Ketahanan terhadap timbulnya ledakan dan kebakaran.

g. Kebisingan yang ditimbulkan.

2.6.7 Distribusi intensitas cahaya

Data distribusi intensitas cahaya pada umumnya dinyatakan dalam suatu

diagram polar yang berupa kurva-kurva yang memberikan hubungan antara

besarnya intensitas terhadap arah dari intensitas tersebut. Untuk armatur yang

memancarkan distribusi cahaya simetris hanya diperlukan diagram polar dari

suatu bidang vertikal yang memotong armatur melalui sumbu armatur.

Untuk sumbu armatur yang tidak simetris, misalnya armatur lampu

fluoresen (TL), paling sedikit diperluakan dua diagram polar, masing-masing pada

bidang vertikal yang terletak memanjang melalui sumbu armatur dan bidang

vertical yang tegak lurus pada sumbu tersebut. Seperti pada gambar di bawah ini:

Gambar 2.34 Diagram Polar Untuk Armatur Pada Bidang Vertikal. Sumber: SNI 04-0202-1987

2.6.8 Klasifikasi armatur

a. Klasifikasi berdasarkan arah dari distribusi cahaya.

Berdasrkan distribusi intensitas cahayanya, armatur dapat dikelompokan

menurut prosentase dari jumlah cahaya yang dipancarkan ke arah atas dan

ke arah bawah bidang horizontal yang melewati titik tengah armatur

adalah sebagai berikut:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 47: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

52

Tabel 2.8 Klasifikasi Armatur Berdasarkan Arah Dari Distribusi Cahaya.

Kelas Armatur Jumlah Cahaya

Ke arah atas (%) Ke arah bawah (%)

Langsung 0 ~10 90 ~ 100

Semi langsung 10 ~ 40 60 ~ 90

Difus 40 ~ 60 40 ~ 60

Langsung-tidak

langsung

40 ~ 60

40 ~ 60

Semi tidak

langsung

60 ~ 90 10 ~ 40

Tidak langsung 90 ~ 100 0 ~ 10 Sumber: SNI 04-0202-1987

b. Klasifikasi berdasarkan proteksi terhadap debu dan air.

Kemampuan klasifikasi berdasarkan SNI 04-0202-1987

dinyatakan dengan IP ditambah dua angka.angka pertama menyatakan

perlindungan terhadap debu dan angka kedua terhadap air. Contoh: IP 55

menyatakan armatur dilindungi terhadap debu dan semburan air(lihat lampiran

1.2).

c. Klasifikasi berdasarkan proteksi terhadap kejutan listrik Tabel 2.8 Klasifikasi Menurut C.E.E Terhadap Jenis Proteksi Listrik.

Catatan : CEE = International Commission for Comformity Certification of Electrical

Equipment.

Kelas

Armatur

Pengaman Listrik

0 Armatur dengan insulasi fungsional, tanpa pentanahan,

I Paling tidak mempunyai insulasi fungsional, terminal

untuk pembumian

II Mempunyai insulasi rangkap, tanpa pentanahan.

III Armatur yang direncanakan untuk jaringan listrik

tegangan rendah. Sumber: SNI 04-0202-1987

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 48: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

53

d. Klasifikasi berdasarkan cara pemasangan

Berdasarkan cara pemasangan, armatur dapat dikelompokan menjadi:

1. Armatur yang dipasang masuk ke dalam langit-langit.

2. Armatur yang dipasang menempel pada langit-langit.

3. Armatur yang digantung pada langit-langit.

4. Armatur yang dipasang pada dinding

2.6.9 Efisiensi Cahaya Armatur

Jumlah cahaya yang dipantulkan atau dipancarkan oleh armatur akan

selalu lebih kecil dari pada jumlah cahaya yang dipancarkan oleh lampu di dalam

armatur tersebut. Perbandingan antara kedua jumlah cahaya ini disebut efisiensi

cahaya dari armatur.

Besarnya efisiensi cahaya dipengaruhi oleh penyerapan cahaya yang

terjadi dalam armatur. Misalnnya oleh penutup armatur untuk meneruskan cahaya

yang terlalu buram dan oleh permukaan dalam armatur (reflektor yang kurang

merefleksi cahaya).

2.7 Pengujian, Pengoperasian dan Pemeliharaan Pencahayaan

2.7.1 Pengujian

Pengujian sistem pencahayaan dimaksudkan untuk mengetahui dan

menilai kondisi suatu sistem pencahayaan. Apakah pencahayaan tersebut masih

sudah memenuhi standar ataukah belum sesuai ketentuan pencahayaan yang

berlaku.

Pengujian itu dimaksudkan untuk memeriksa:

a. Tingkat pencahayaan (lux).

b. Indeks kesilauan.

Sesuai dengan yang telah dibahas sebelumnya, tingkat pencahayaan dari

sebuah sumber cahaya buatan dipengaruhi oleh banyak faktor. Antara lain: posisi

pemasangan, umur lampu, pemeliharaan, dan tegangan listrik. Begitu juga dengan

tingkat kesilauaan dipengaruhi oleh pemasangan dan penggunaan armatur,

penempatan lampu, posisi pengamat terhadap sumber cahaya dan kontras serta

luminasi.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 49: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

54

2.7.1.1 Pengujian Tingkat Pencahayaan

Tingkat pencahayaan dihitung menggunakan persamaan 9 dengan

menggunakann lux-meter, tingkat pencahayaan untuk bidang kerja diukur secara

horizontal 75 cm di atas permukaan lantai, sedangkan untuk suatu luasan tertentu,

tingkat pencahayaan diperoleh dengan mengambil nilai rata-rata dari beberapa

titik pengukuran.

Tingkat pencahayaan yang diperlukan harus disesuaikan dengan jenis

kegiatan yang dilakukan. Tingkat pencahayaan yang digunakan tidak boleh lebih

kecil dari nilai yang telah ditetapkan.

Perlu diperhatikan pula bahwa cahaya yang dipancarkan oleh sumber

cahaya, tidak semua sampai pada bidang kerja. Karena sebagian cahaya

dipantulkan dan diserap oleh dinding, lantai dan peralatan lain dalam ruangan

tersebut. Fluks luminus cahaya yang dipancarkan akan menurun dari waktu ke

waktu karena faktor kebersihan armatur dan lampu, umur dan pengaruh turunnya

tegangan listrik.

2.7.1.2 Pengujian Tingkat Kesilauan

Silau dapat mengakibatkan terganggunya kemampuan penglihatan dan

juga dapat menyebabkan keletihan, perasaan tidak nyaman serta dapat pula

menurunkan semangat kerja. Silau biasanya berasal dari sumber cahaya, seperti

matahari, cahaya lampu maupun refleksi dari objek yang mengkilat.

Faktor yang mempengaruhi silau adalah luminasi, besarnya sumber

cahaya, posisi pengamat terhadap sumber cahaya, letak sumber cahaya yang

terdapat di depan sudut penglihatan dan kontras antara permukaan terang dan

gelap.

Silau yang langsung disebabkan oleh sumber cahaya buatan dapat

dihindari dengan memakai armatur yang dilengkapi kisi-kisi, juga memperhatikan

pemasangan lampu yang tidak melintang dengan pengamat.

Sampai pada saat ini standar atau ketentuan indeks kesilauan belum diterapkan,

sehingga untuk maksud pengujian belum dianjurkan.

Semua lampu yang berasal pada sudut pandang 45° ~ 50° akan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 50: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

55

menimbulkan silau. Cara untuk menghindari kesilauan tersebut, luminasi pada

lampu harus dikurangi.

2.7.2 Pengoperasian

Pada pengoperasian instalasi sistem pencahayaan dalam suatu bangunan,

maka perencanaan penempatan alat kendali perlu mendapatkan perhatian.

Sehingga tata cahaya dapat dikendalikan dengan baik.

2.7.3 Penurunan Kerja Armatur

Kinerja armatur berangsur-angsur menurun dengan bertambahnya waktu.

Hal ini disebabkan oleh :

a). akumulasi debu atau kotoran lain pada permukaan refraktor maupun reflektor,

dan

b). perubahan warna pada kedua permukaan tersebut akibat bertambahnya umur,

karena radiasi cahaya lampu atau korosi.

Pada umumnya untuk menentukan jadwal pemeliharaan, faktor biaya,

kesesuaian waktu pelaksanaan dan efisiensi sistem pencahayaan menjadi faktor-

faktor yang harus diperhitungkan. Pada umumnya pembersihan dilakukan

minimal setahun sekali (meskipun untuk tempat-tempat tertentu hal ini tidak

cukup). Lebih baik apabila waktu pembersihan ini dilakukan bersamaan waktunya

dengan waktu penggantian lampu.

Gambar 2.35 Zona Pandang Kritis. Sumber: SNI 04-0202-1987

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 51: BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital Polbandigilib.polban.ac.id/files/disk1/67/jbptppolban-gdl-ginairiant... · DASAR TEORI . 2.1 Solar Cell . Solar cell adalah suatu elemen

56