5

BAB IITINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

2.1 TINJAUAN PUSTAKA

Materi tentang Pembangkit Listrik Tenaga Surya sudah banyak diangkat

sebagai judul untuk menyelesaikan studi di Jurusan Teknik Elektro. Tugas Akhir

Mahasiswa Teknik Elektro Universitas Negeri Padang misalnya, mengangkat

judul Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Dengan Menggunakan Solar Cell

100 WP Sebagai Sumber Energi Alternatif Pada Fakultas Teknik Universitas

Negeri Padang (Parulian Sitorus, 2010). Dalam tulisannya Parulian Sitorus tidak

memanfaatkan Tugas Akhirnya sebagai instrumen praktikum. Tugas akhir di

maksud hanya membatasi pada perakitan dan pengujian karateristik sistem

pembangkit listrik tenaga surya dengan menggunakan Solar Cell 100 WP pada

Fakultas Teknik Universitas Negeri Padang.

Tugas Akhir lainnya misalnya dibuat oleh mahasiswa Teknik Elektro

Universitas Negeri Gorontalo yang berjudul Optimalisasi Solar Home System

Sebagai Pembangkit Alternatif Skala Kecil Di Gorontalo (I Komang Subagio,

2005). Tugas Akhir ini bertujuan mengoptimalisasi pemanfaatan panel surya

dengan menentukan posisi modul surya yang baik dan merancang inverter

sehingga arus listrik yang dihasilkan bukan hanya untuk penerangan dengan

tegangan 12 V DC saja tetapi dapat pula digunakan untuk peralatan yang

menggunakan tegangan 220 V AC. Tugas akhir ini diterapkan pada bantuan

pemerintah berupa modul surya dengan output tegangan DC yang diaplikasikan

pada desa yang berada di pesisir pantai.

Dari penelusuran pustaka yang telah dilakukan, khususnya terkait dengan

materi pembangkit tenaga surya, belum ditemukan adanya perancangan alat

praktikum serta modul praktikum pembangkit tenaga surya. Referensi yang

6

ditemukan hanya sekedar memberikan teori singkat tentang pemanfaatan energi

matahari (surya) menjadi energi listrik dan belum mencantumkan kajian ataupun

pembahasan mengenai perancangan modul praktikum Pembangkit Listrik Tenaga

Surya seperti yang dilakukan dengan tugas akhir yang dibuat.

2.2 LANDASAN TEORI

2.2.1 ENERGI MATAHARI

Sang surya atau matahari merupakan bintang yang istimewa dan

mempunyai radius sejauh 6,96 x 105 km dan terletak sejauh 1,496 x 105 km dari

bumi. Besar jumlah energi yang dikeluarkan oleh matahari sukar dibayangkan.

Menurut salah satu perkiraan, inti sang surya merupakan suatu tungku termonuklir

bersuhu 100 juta derajat celcius setiap detik mengonversi 5 tonne materi menjadi

energi yang dipancarkan ke angkasa luas sebanyak 6,41 x 107 W/m2. (Suyitno,

2011)

Gambar 2.1 Bumi Menerima Radiasi Surya Matahari

(Suyitno, 2011)

2.2.2 RADIASI ENERGI MATAHARI

7

Energi Matahari merupakan sumber energi utama untuk proses–proses yang

terjadi di Bumi. Energi matahari sangat membantu berbagai proses fisis dan

biologis di Bumi. Radiasi adalah suatu proses perambatan energi (panas) dalam

bentuk gelombang elektromagnetik yang tanpa memerlukan zat perantara.

Energi Matahari bisa sampai ke permukaan Bumi adalah dengan cara radiasi

(pancaran), karena diantara Bumi dan Matahari terdapat ruang hampa (tidak ada

zat perantara), sedangkan gelombang elektromagnetik adalah suatu bentuk

gelombang yang dirambatkan dalam bentuk komponen medan listrik dan medan

magnet, sehingga dapat merambat dengan kecepatan yang sangat tinggi dan tanpa

memerlukan zat atau medium perantara. (ta_ptk_0808225_chapter2.pdf, 25 Juni

2012)

Dari sekian banyak energi yang dikeluarkan matahari yang sampai ke Bumi

melalui melalui proses perambatan tadi kemudian diserap oleh Bumi. Energi yang

diserap ini akan menyebabkan suhu dari Bumi akan naik. Pada gilirannya, suhu

Bumi yang hangat atau panas ini akan memancarkan juga sebagian energinya,

sehingga energi yang diterima Bumi = energi yang diserap Bumi + energi yang

dipancarkan Bumi. (Suyitno, 2011)

2.2.3 RADIASI PADA PERMUKAAN

Radiasi yang jatuh pada permukaan material pada umumnya akan

mengalami refleksi, absorbs, dan transmisi. Dari tiga proses ini maka material

akan memiliki refleksivitas (ρ), absorbsivitas (α), dan transmisivitas (τ).

Refleksi adalah pemantulan dari sebagian radiasi tersebut. Refleksi

tergantung pada harga indeks bias dan sudut datang radiasi. Refleksi secara umum

ada dua yaitu:

1. Refleksi spektakular, terjadi seperti pantulan sinar pada sebuah cermin

datar dimana sudut datang sama dengan sudut pantul.

2. Refleksi difussi, terjadi berupa pantulan ke segala arah

8

Transmisi memberikan nilai besar radiasi yang dapat diteruskan oleh suatu

lapisan permukaan. Kemampuan penyerapan (Absorbsivitas) dari suatu

permukaan merupakan hal yang penting dalam pemanfaatan radiasi seperti pada

pemamfaatan radiasi surya. Sebagian besar cahaya menembus bahan tembus

cahaya, bagian flux cahaya yang dapat menembus ditentukan oleh faktor

transmisi.

Absorbsivitas memberikan nilai besarnya radiasi yang dapat diserap.

Misalnya pada bagian absorber pada sebuah pengumpul radiasi surya. Ketiga

proses tersebut diatas yaitu, absorbsi, refleksi, dan transmisi adalah hal yang

penting dalam proses pemanfaatan radiasi surya karena ini menyangkut efektifitas

pemanfaatan pada sebuah pengumpul radiasi surya. Bagian yang diserap ini

menimbulkan panas dari permukaan tersebut. (Parulian Sitorus, 2010)

2.2.4 PEMANFAATAN ENERGI MATAHARI

Pada pelaksanaan pemanfaatan energi matahari, dapat dibedakan tiga cara.

Pertama adalah prinsip pemanasan langsung. Dalam hal ini sinar-sinar matahari

memanasi langsung benda yang akan dipanaskan, atau memanasi secara langsung

medium misalnya untuk menjemur pakaian, dan mengeringkan ikan bagi para

nelayan. Kedua pemanfaatan sinar matahari untuk memanasi suatu medium

dengan menggunakan kolektor surya. Dan cara ketiga adalah sinar atau energi

matahari dikonversi menjadi energi listrik menggunakan solar cell.

2.2.5 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA (PLTS)

Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) pada dasarnya adalah pecatu daya

(alat yang menyediakan daya), dan dapat dirancang untuk mencatu kebutuhan

listrik yang kecil sampai dengan besar, baik secara mandiri, maupun dengan

9

hybrid (dikombinasikan dengan sumber energi lain) baik dengan metode

Desentralisasi (satu rumah satu pembangkit) maupun dengan metode Sentralisasi

(listrik didistribusikan dengan jaringan kabel).

Pada siang hari modul surya/panel solar cell menerima cahaya matahari

yang kemudian diubah menjadi listrik melalui proses photovoltaic. Energi listrik

yang dihasilkan oleh modul surya dapat langsung disalurkan ke beban atau

disimpan dalam baterai sebelum digunakan ke beban. Dan arus searah DC (direct

current) yang dihasilkan dari modul surya yang telah tersimpan dalam baterai

sebelum digunakan ke beban terlebih dahulu.

Gambar 2.2 Skema Instalasi PLTS

(miftahelectric.blogspot.com, 21 Juli 2012)

Susunan komponen yang terdapat pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya

adalah sebagai berikut:

1. Modul Surya / Solar Cell (Photovoltaic)

Modul ini berfungsi merubah cahaya matahari menjadi listrik arus

searah (DC). Listrik tenaga matahari dibangkitkan oleh komponen yang

disebut solar cell, komponen ini mengkonversi energi matahari menjadi

energi listrik. Solar cell merupakan komponen vital yang terbuat dari bahan

semi konduktor. Tenaga listrik dihasilkan oleh satu solar cell sangat kecil,

maka beberapa solar cell harus digabung sehingga terbentuklah satuan

komponen yang disebut module. Pada aplikasinya karena tenaga listrik yang

dihasilkan oleh module ini masih kecil, maka dalam pemanfaatannya

10

beberapa modul digabungkan sehingga terbentuklah apa yang disebut array.

Perhatikan Gambar berikut ini.

Gambar 2.3 Panel Sel Surya

Sel surya atau photovoltaic adalah perangkat yang mengkonversi

radiasi sinar matahari menjadi energi listrik. Efek photovoltaic ini

ditemukan oleh Becquerel pada tahun 1839, dimana Becquerel mendeteksi

adanya tegangan foto ketika sinar matahari mengenai elektroda pada larutan

elektrolit. Pada tahun 1954 peneliti menemukan untuk pertama kali sel surya

silikon berbasis p-n junction dengan efisiensi 6%. Sekarang ini, selsurya

silikon mendominasi pasar sel surya dengan pangsa pasar sekitar 82% dan

efisiensi lab dan komersil berturut-turut yaitu 24,7% dan 15%.

(ta_ptk_0808225_chapter2.pdf, 25 Juni 2012)

Kepingan sel photovoltaic terdiri atas kristal silikon yang memiliki

dua lapisan silisium doped, yaitu lapisan sel surya yang menghadap ke

cahaya matahari memiliki doped negatif dengan lapisan fosfor, sementara

lapisan di bawahnya terdiri dari doped positif dengan lapisan borium.

Antara kedua lapisan dibatasi oleh penghubung p-n. Jika pada permukaan

sel photovoltaic terkena cahaya matahari maka pada sel bagian atas akan

terbentuk muatan-muatan negatif yang bersatu pada lapisan fosfor.

Sedangkan pada bagian bawah lapisan sel photovoltaic akan membentuk

muatan positif pada lapisan borium.

Kedua permukaan tersebut akan saling mengerucut muatan masing-

masingnya jika sel photovoltaic terkena sinar matahari. Sehingga pada

kedua sisi sel photovoltaic akan menghasilkan beda potensial berupa

11

tegangan listrik. Jika kedua sisnya dihubungkan dengan beban berupa lampu

menyebabkan lampu akan menyala. Suatu kristal silikon tunggal

photovoltaic dengan luas permukaan 100 cm2 akan menghasilkan sekitar

1,5 W dengan tegangan sekitar 0,5 V tegangan searah (0,5 V-DC) dan arus

sekitar 2 A di bawah cahaya matahari dengan panas penuh (intensitas sekitar

1000W/m2). Perhatikan gambar berikut. (Parulian Sitorus, 2010)

Gambar 2.4 Karakteristik Sel Photovoltaic

(poohdandan.wordpress.com, 21 Juli 2012)

Prinsip kerja sel surya silikon adalah berdasarkan konsep

semikonduktor p-n junction. Sel terdiri dari lapisan semikonduktor doping-n

dan doping-p yang membentuk p-n junction, lapisan antirefleksi, dan

substrat logam sebagai tempat mengalirnya arus dari lapisan tipe-n

(elektron) dan tipe-p (hole).

Gambar 2.5 Struktur Sel Surya Silikon PN-Junction

(zanjuma.blogspot.com, 21 Juli 2012)

Semikonduktor tipe-N didapat dengan men-doping silikon dengan

unsur dari golongan V sehingga terdapat kelebihan elektron valensi

12

dibanding atom sekitar. Pada sisi lain semikonduktor tipe-p didapat dengan

doping oleh golongan III sehingga elektron valensinya defisit satu dibanding

atom sekitar. Ketika dua tipe material tersebut mengalami kontak maka

kelebihan elektron dari tipe-n berdifusi pada tipe-p. Sehingga area doping-n

akan bermuatan positif sedangkan area doping-p akan bermuatan negatif.

Medan elektrik yang terjadi antara keduanya mendorong elektron kembali

ke daerah-n dan hole ke daerah-p. Pada proses ini telah terbentuk p-n

junction. Dengan menambahkan kontak logam pada area p dan n maka telah

terbentuk diode (penyearah).

Gambar 2.6 Cara Kerja Sel Surya

(zanjuma.blogspot.com, 21 Juli 2012)

Ketika junction disinari, photon yang mempunyai energi sama atau

lebih besar dari lebar pita energi material tersebut akan menyebabkan

eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi dan akan meninggalkan

hole pada pita valensi. Elektron dan hole ini dapat bergerak dalam material

sehingga menghasilkan pasangan elektron-hole. Apabila ditempatkan

hambatan pada terminal sel surya, maka elektron dari area-n akan kembali

ke area-p sehingga menyebabkan perbedaan potensial dan arus akan

mengalir.

a) Performansi Sel Surya

Daya listrik yang dihasilkan sel surya ketika mendapat cahaya

diperoleh dari kemampuan perangkat sel surya tersebut untuk

13

memproduksi tegangan ketika diberi beban dan arus melalui beban

pada waktu yang sama.

Gambar 2.7 Karakteristik Kurva I-V Pada Sel Surya

(zanjuma.blogspot.com, 21 Juli 2012)

Ketika sel dalam kondisi short circuit, arus maksimum atau arus

short circuit (Isc) dihasilkan, sedangkan pada kondisi open circuit

tidak ada arus yang dapat mengalir sehingga tergangannya

maksimum, disebut tegangan open circuit (Voc). Titik pada kurva I-V

yang menghasilkan arus dan tegangan maksimum disebut titik daya

maksimum (MPP). (ta_ptk_0808225_chapter2.pdf, 25 Juni 2012)

b) Konversi Energi Photovoltaic

Energi radiasi dapat diubah menjadi arus listrik searah dengan

menggunakan lapisan-lapisan tipis dari silikon (Si) murni atau bahkan

semikonduktor lainnya. Pada saat ini silikon merupakan bahan

terbanyak dipakai. Silikon merupakan pula suatu unsur yang banyak

terdapat dialam. Untuk keperluan pemakaian sebagai semikonduktor,

silikon harus dimurnikan hingga suatu tingkat pemurnian yang tinggi

sekali. Bentuk kristalisasi demikian akan terjadi bilamana silikon cair

menjadi padat, hal mana disebabkan karena tiap atom silikon

mempunyai elektron valensi. Dengan demikian terjadi suatu bentuk

kristal dimana setiap atom silikon mempunyai jumlah 4 tetangga

terdekat. Tiap dua atom silikon yang bertetangga saling memiliki

14

salah satu elektron valensinya. Bentuk kristal menurut gambar 2.8

sering juga dinamakan kisi intan.

Gambar 2.8 Pengaturan Atom Dalam Kristal Silikon

(Abdul Kadir, 1995)

Struktur tiga dimensi menurut gambar 2.8 secara skematis

dengan bentuk dua dimensi, dalam gambar ini terlihat pula bahwa tiap

atom mempunyai empat tetangga terdekat. Kedua garis antara tiap

atom merupakan dua elektron valensi, satu buah dari masing-masing

atom. Tiap pasangan elektron valensi adalah suatu ikatan kovalensi,

yang pada asasnya merupakan hubungan yang mengikat atom-atom

Kristal. Pada sushu nol absolut (0˚K) semua ikatan kovalensi berada

dalam keadaan utuh dan lengkap. Bilamana suhu naik, atom-atom

akan mengalami keadaan getaran thermal. Getaran-getaran ini yang

meningkat dengan suhu, pada suatu saat dapat mengganggu beberapa

ikatan kovalensi.

Terganggunya ikatan valensi dalam kristal semikonduktor pada

suhu lingkungan biasa mempunyai beberapa akibat besar terhadap

sifat-sifat listrik kristal itu dan penting dalam penjelasan efek

photovoltaic. Dari gambar 2.9 terlihat bahwa terputusnya ikatan

valensi melepaskan sebuah elektron, yang dapat bergerak bebas dalam

kristal dan dapat berperanserta dalam proses hantaran. Cara hantaran

15

listrik dapat terjadi bila sebuah lubang yang terjadi karena pelepasan

elektron, diisi oleh elektron lain dari tetangganya, dan seterusnya.

Gambar 2.9 Struktur Atom 2 Dimensi

(Abdul Kadir, 1995)

Jika kristal itu diletakan dalam suatu medan listrik, maka

elektron-elektron bebas itu condong mengalir kearah melawan medan

sedangkan lubang-lubang yang terjadi akan memiliki arah yang

berlawanan. Lubang-lubang itu berperan sebagai partikel dengan

muatan positif. Dengan demikian seolah-olah dalam sebuah

semikonduktor terjadi dua arus dengan arah saling berlawanan.

Jumlah elektron yang mengalir dalam semikonduktor jauh lebih kecil

daripada yang merupakan konduktor. Sebagai perbandingan, dalam

bahan silikon murni, pada suhu ruangan biasa, terdapat kira-kira satu

pasangan elektron dan lubang atom. Untuk kebanyakan kristal logam

angka itu adalah satu persatu.

Gambar 2.10 Kristal Silikon Dalam Arsen

(Abdul Kadir, 1995)

16

2. Pengisi Baterai (Charge Controller)

Charge controller berfungsi mengatur lalu lintas listrik dari modul

surya ke baterai. Alat ini juga memiliki banyak fungsi yang pada dasarnya

ditujukan untuk melindungi baterai. Pengisi baterai atau charge

controlleradalah peralatan elektronik yang digunakan untuk mengatur arus

searah DC yang diisi ke baterai dan diambil dari baterai ke beban. Charge

controller mengatur overcharging (kelebihan pengisian karena baterai sudah

penuh) dan kelebihan tegangan (overvoltage) dari panel surya. Kelebihan

tegangan dan pengisian akan mengurangi umur baterai. Charge controller

menerapkan teknologi Pulse Width Modulation (PWM) untuk mengatur

fungsi pengisian baterai dan pembebasan arus dari baterai ke beban. Panel

surya 12 V umumnya memiliki tegangan output 16 - 21 V. Jadi tanpa

charge controller, baterai akan rusak oleh overcharging dan ketidakstabilan

tegangan. Baterai umumnya di-charge pada tegangan 14-14,7 V. Fungsi

detail dari charge controller antara lain:

a) Mengatur arus untuk pengisian ke baterai, menghindari

overcharging, dan overvoltage. Apabila baterai dalam keadaan

kondisi sudah terisi penuh maka listrik yang disuplai dari modul

surya tidak akan dimasukan lagi pada baterai dan sebaliknya juga

jika keadaan kondisi baterai sudah kurang dari 30% maka charge

controller tersebut akan mengisi kembali baterai sampai penuh.

Proses pengisian baterai dan modul surya tersebut melalui charge

controller akan terus berulang secara otomatis (smart charging)

selama energi surya masih cukup untuk bias diproses oleh modul

surya (selama matahari terang benderang). Charge controller juga

berfungsi melindungi baterai ketika sedang mengalami proses

pengisian dari modul surya untuk menghindari arus berlebih dari

proses pengisian tersebut, yang akan menyebabkan kerusakan pada

17

baterai. Sehingga dengan cara tersebut baterai dalam pemakaiannya

memiliki usia yang lebih lama.

b) Mengatur arus yang dibebaskan atau diambil dari baterai agar

baterai tidak full discharge dan overloading.

c) Monitoring temperatur baterai

Charge controller biasanya terdiri dari satu input (dua terminal) yang

terhubung dengan output panel sel surya, satu output (dua terminal) yang

terhubung dengan baterai/aki dan satu output (dua terminal) yang terhubung

dengan beban. Arus listrik DC yang berasal dari baterai tidak mungkin

masuk ke panel surya karena biasanya ada dioda proteksi yang hanya

melewatkan arus listrik DC dari panel surya ke baterai, bukan sebaliknya.

Adapun dua jenis teknologi charge controller yang digunakan, yaitu :

a) PWM (Pulse Wide Modulation), seperti namanya menggunakan

lebar pulse dari on dan off electrical, sehingga menciptakan seakan-

akan sine wave electrical form.

Gambar 2.11 Charge Controller tipe PWM

(pvsolarchina.com, 21 Juli 2012)

b) MPPT (Maximun Power Point Tracker), yang lebih efisien

konversi DC to DC (Direct Current). MPPT dapat mengambil daya

maksimum dari panel surya. MPPT charge controller dapat

menyimpan kelebihan daya yang tidak digunakan oleh beban ke

dalam baterai, dan apabila daya yang dibutuhkan beban lebih besar

dari daya yang dihasilkan oleh panel surya, maka daya dapat

diambil dari baterai.

18

Gambar 2.12 Charge Controller tipe MPPT

(solar-wholesaler.com, 21 Juli 2012)

Contoh dari kelebihan MPPT adalah panel surya ukuran 120 W,

memiliki karakteristik Maximun Power Voltage 17,1 V dan

Maximun Power Current 7,02 A. Dengan charge controller selain

MPPT dan tegangan baterai 12,4 V berarti daya yang dihasilkan

adalah 12,4 V x 7,02 A = 87,05 W. Dengan MPPT, arus yang bisa

diberikan adalah sekitar 120 W : 12,4 V = 9,68 A.

(ta_ptk_0808225_chapter2.pdf, 25 Juni 2012)

3. Baterai (Battery/Accumulator)

Baterai pada PLTS berfungsi untuk menyimpan arus listrik yang

dihasilkan oleh panel surya sebelum dimanfaatkan untuk mengoperasikan

beban. Beban dapat berupa lampu refrigerator atau peralatan elektronik dan

peralatan lainnya yang membutuhkan listrik DC.

Accumulator atau yang akrab disebut accu/aki adalah salah satu

komponen penting pada kendaraan bermotor. Selain berfungsi untuk

menggerakkan motor starter, aki juga berperan sebagai penyimpan listrik

dan sekaligus sebagai penstabil tegangan dan arus listrik kendaraan.

Menurut Syam Hardi akumulator ini berasal dari bahasa asing yaitu:

accu (mulator) = baterij (Belanda), accumulator = storange battery

(Inggris), akkumulator = bleibatterie (Jerman). Pada umumnya semua

19

bahasa-bahasa itu mempunyai satu arti yang dituju, yaitu “acumulate” atau

accumuleren. Ini semua berarti menimbun, mengumpulkan atau

menyimpan. Menurut Daryanto akumulator adalah baterai yang merupakan

suatu sumber aliran yang paling populer yang dapat digunakan dimana-

mana untuk keperluan yang beranekaragam. (ta_ptk_0808225_chapter2.pdf,

25 Juni 2012)

Menurut Rudolf Michael, akumulator dapat diartikan sebagai sel

listrik yang berlangsung proses elekrokimia secara bolak-balik (reversible)

dengan nilai efisiensi yang tinggi. Disini terjadi proses pengubahan tenaga

kimia menjadi tenaga listrik, dan sebaliknya tenaga listrik menjadi tenaga

kimia dengan cara regenerasi dari elektroda yang dipakai, yaitu dengan

melewatkan arus listrik dengan arah yang berlawanan di dalam sel-sel yang

ada dalam akumulator. (ta_ptk_0808225_chapter2.pdf, 25 Juni 2012)

Saat pengisian tenaga listrik dari luar diubah menjadi tenaga listrik

didalam akumulator dan disimpan didalamnya. Sedangkan saat

pengosongan, tenaga di dalam akumulator diubah lagi menjadi tenaga listrik

yang digunakan untuk mencatu energi dari suatu peralatan listrik. Dengan

adanya proses tersebut akumulator sering dikenal dengan elemen primer dan

sekunder.

Gambar 2.13 Baterai atau Aki

20

a. Jenis Jenis Aki

Aki terdiri dari beragam jenis:

a) Aki Basah

Hingga saat ini aki yang populer digunakan adalah aki model

basah yang berisi cairan asam sulfat (H2SO4). Ciri utamanya

memiliki lubang dengan penutup yang berfungsi untuk menambah air

aki saat kekurangan akibat penguapan saat terjadi reaksi kimia antara

sel dan air aki. Sel-selnya menggunakan bahan timbal (Pb).

Kelemahan aki jenis ini adalah pemilik harus rajin memeriksa

ketinggian level air aki secara rutin. Cairannya bersifat sangat korosif.

Uap air aki mengandung hidrogen yang cukup rentan terbakar dan

meledak jika terkena percikan api. Memiliki sifat self-discharge

paling besar dibanding aki lain sehingga harus dilakukan penyetruman

ulang saat ia didiamkan terlalu lama.

b) Accumulator Hybrid

Pada dasarnya aki hybrid tak jauh berbeda dengan aki basah.

Bedanya terdapat pada material komponen sel aki. Pada aki hybrid

selnya menggunakan low-antimonial pada sel (+) dan kalsium pada

sel (-). Aki jenis ini memiliki performa dan sifat self-discharge yang

lebih baik dari aki basah konvensional.

c) Accumulator Calcium

Kedua selnya, baik (+) maupun (-) mengunakan material

kalsium. Aki jenis ini memiliki kemampuan lebih baik dibanding aki

hybrid. Tingkat penguapannya pun lebih kecil dibanding aki basah

konvensional.

d) Aki Bebas Perawatan (Maintenance Free / MF)

Aki jenis ini dikemas dalam desain khusus yang mampu

menekan tingkat penguapan air aki. Uap aki yang terbentuk akan

mengalami kondensasi sehingga dan kembali menjadi air murni yang

21

menjaga level air aki selalu pada kondisi ideal sehingga tak lagi

diperlukan pengisian air aki. Aki jenis ini biasanya terbuat dari basis

jenis aki hybrid maupun aki kalsium.

e) Aki Tertutup (Accumulator Sealed)

Aki jenis ini selnya terbuat dari bahan kalsium yang disekat oleh

jaring berisi bahan elektrolit berbentuk gel. Dikemas dalam wadah

tertutup rapat. Aki jenis ini kerap dijuluki sebagai aki kering. Sifat

elektrolitnya memiliki kecepatan penyimpanan listrik yang lebih baik.

Karena sel terbuat dari bahan kalsium, aki ini memiliki kemampuan

penyimpanan listrik yang jauh lebih baik seperti pada aki jenis

kalsium pada umumnya. Pasalnya aki ini memiliki self-discharge

yang sangat kecil sehingga aki sealed ini masih mampu melakukan

start saat didiamkan dalam waktu cukup lama.

Kemasannya yang tertutup rapat membuat aki jenis ini bebas

ditempatkan dengan berbagai posisi tanpa khawatir tumpah. Namun

karena wadahnya tertutup rapat pula aki seperti ini tidak tahan pada

temperature tinggi sehingga dibutuhkan penyekat panas tambahan jika

ia diletakkan di ruang mesin.

Tetapi pada umumnya aki bisa dipilah hanya menjadi tiga jenis.

Pertama, aki konvensional atau dikenal dengan istilah aki basah yang

memerlukan penambahan air atau elektrolit yang relatif lebih sering. Kedua

aki hybrid yang tergolong low maintenance. Jenis aki ini perawatannya

dianggap lebih mudah karena penambahan air aki cukup antara tiga hingga

beberapa bulan sekali. Dan ketiga, aki jenis MF atau maintenance free yang

tidak perlu penambahan air aki sama sekali.

Perbedaan utama dari teknologi ketiga jenis aki tersebut terletak pada

intensitas penguapan cairan di dalam aki. Sementara besar-kecilnya

penguapan, sangat ditentukan kandungan bahan kimia. Singkatnya,

persentase kandungan antara timbal (Pb) dan kalsium (Ca), inilah yang

22

membedakan jenis aki konvensional, hybrid maupun MF. Penambahan Ca

menghasilkan penguapan pada aki dapat ditekan sekecil mungkin. Kalsium

memegang peranan penting untuk mengurangi terjadinya penguapan

elektrolit secara berlebihan. Perbedaan teknologi dan komposisi itu pula

yang menjadikan harga ketiga jenis aki tersebut berbeda. Tipe MF memiliki

harga paling mahal dibandingkan jenis lainnya.

Pada teknologi aki konvensional, rata-rata setiap sel positif dan negatif

memiliki kandungan timbal (Pb) sebanyak 2,5%. Untuk hibryd, kandungan

Pb berkurang menjadi 1,7% di sel positifnya. Sedangkan sel negatifnya

1,7% tetapi telah dicampur dengan Ca. Khusus aki MF, kandungan Pb sel

positifnya tetap 1,7%, namun sel negatifnya tidak mengandung Pb karena

telah digantikan oleh Ca sebanyak 1,7%. (ta_ptk_0808225_chapter2.pdf, 25

Juni 2012)

Dari proses pencampuran bahan antara timbal dan kalsium, dapat

diketahui tingkat perawatan aki. Semakin banyak kalsium digunakan,

semakin bebas dari perawatan.

b. Proses Elektrokimia Akumulator

1. Pembangkitan Arus

Apabila sebuah elektroda dicelupkan ke dalam larutan elektrolit

maka ion-ion partikel listrik didorong dari elektroda ke dalam

elektrolit yang hasilnya dinamakan tekanan larutan. Dalam hal ini

elektroda-elektroda timah melepaskan 2 elektron ke dalam elektrolit,

sebagai akibat pelepasan ion positif timah, muatan negatif

berada/tinggal di elektroda timah. Dalam sebuah sel penyimpanan,

perbedaan potensial atau voltase ini adalah 2 V, gambaran tersebut

dimana oleh partikel muatan (ion timah) dilepas kedalam elektrolit

sangat cepat sehingga mengakibatkan kondisi baru pada

keseimbangan dengan elektrolit karena muatan negatif tinggal pada

23

elektroda timah dan berusaha mendorong kembali ion positif tempat

dimasuki elektrolit.

Tenaga pengembalian ini secara tepat untuk tekanan larutan

membuat kondisi keseimbangan baru. Hanya ketika sel diperlukan

untuk mengemudikan arus listrik, keseimbangan antara tekanan

larutan dan atraksi pengembalian berjalan serta penambahan partikel

muatan ke dalam dan keluar elektrolit pada elektroda.

Gambar 2.14 Skema Bagian Accumulator

(ta_ptk_0808225_chapter2.pdf, 25 Juni 2012)

2. Proses pengisian elektrokimia

Pada akumulator diisi pada kedua elektroda positif dan negatif

yang terdiri dari timah sulfat ( PbSO warna putih). Elektrolit adalah

asam sulfat lemah dengan berat jenis 1,12 Kg per liter. Disusun sekitar

17 % asam sulfat murni dan sekitar 83 % air.

Sebagai akibat hasil komponen asam sulfat, penghantaran listrik

yang cukup ke dalam elektrolit dapat ditentukan, air murni tidak dapat

menghantarkan arus listrik. Jika sel timah bermuatan maka kedua

elektrodanya dihubungkan ke sumber yang sesuai pada arus langsung.

Sumber arus pengisian membawa elektron-elektron dari elektroda

positif dan mendorongnya ke elektroda negatif. Oleh karena elektron-

elektron didorong ke dalam elektroda negatif oleh sumber pengisisn

24

arus timah bervalensi nol yang dibentuk pada elektroda negatif dari

dua valensi positif atom timah, memecah molekul timah sulfat

(PbSO4). Pada waktu bersamaan muatan negatif ion sulfat (SO)

dilepas dari elektroda negatif ke dalam elektrolit.

Pada elektroda positif timah bivalensi diubah ke dalam bentuk

tetravalensi timah positif melalui pemindahan elektron. Tetravalensi

positif dikombinasikan dengan oksigen yang dilepas dari air (H2O) ke

bentuk timah peroxida (PbSO4). Pada waktu yang sama ion-ion

dilepas selama proses oksidasi, SO memasuki elektrolit dan elektrode

negatif, sebagai hasil proses pengisian. Untuk itu ion + H2O dan SO

dalam elektrolit ditambah, asam sulfat baru terbentuk dan berat jenis

elektrolit meningkat. Sesudah timah sulfat pada elektoda positif

diubah ke timah peroxida dan timah sulfat pada elektroda negatif

diubah ke logam timah maka proses pengisian telah lengkap. Sel

timah penyimpan arus dapat diputuskan sekarang dari sumber.

Sebagai hasil proses pengisian arus, energi listrik terbentuk ke dalam

sel telah diubah menjadi energi kimia dan disimpan.

3. Proses pengaliran arus pada beban

Apabila dua terminal sel timah penyimpan dihubungkan satu

sama lain melalui sebuah beban listrik (misalkan lampu), elektron

mengalir dari elektroda negatif melalui beban kemudian ke elektroda

positif karena perbedaan potensial antar terminal. Sebagai akibat

influk elektron-elektron, tetravalensi timah positif dalam elektroda

positif diubah ke bivalen timah positif dan ikatan yang

menghubungkan tetravalen timah positif ke atom oksigen pecah.

Atom oksigen dilepas dan bergabung dengan ion hidrogen + H dibawa

dari asam sulfur ke bentuk air.

Pada elektroda negatif bivalen timah positif juga telah dibentuk

sebagai akibat pergerakan elektron dari logam timah ke elektroda

25

positif. Bivalen ion sulfat negatif dari asam, sulfat merupakan

kombinasi dengan bivalen timah positif pada kedua elektroda, lalu

timah sulfat (PbSO4) dibentuk sebagai produk pengaliran pada kedua

elektroda. Kedua elektroda kembali ke kondisi semula, energi kimia

disimpan dalam sel yang telah diubah kembali ke dalam energi dan

telah dibalik dalam bentuk ini. (ta_ptk_0808225_chapter2.pdf, 25 Juni

2012)

4. Inverter

Untuk kebutuhan listrik AC, energi listrik yang disimpan di baterai

dirubah menjadi listrik AC menggunakan Inverter. Inverter adalah

perangkat elektrik yang digunakan untuk mengubah arus listrik searah (DC)

menjadi arus listrik bolak balik (AC). Inverter mengkonversi arus DC 12-24

V dari perangkat seperti baterai, panel surya/solar cell menjadi arus AC

220 V.

Gambar 2.15 Inverter

Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan inverter:

1. Kapasitas beban dalam Watt, usahakan memilih inverter yang

beban kerjanya mendekati dengan beban yang hendak kita gunakan

agar effisiensi kerjanya maksimal.

2. Input DC 12 V atau 24 V.

3. Sinewave ataupun square wave outuput AC.

True sine wave inverter diperlukan terutama untuk beban-beban yang

masih menggunakan motor agar bekerja lebih mudah, lancar dan tidak cepat

26

panas. Oleh karena itu dari sisi harga maka true sine wave inverter adalah

yang paling mahal diantara yang lainnya karena dialah yang paling

mendekati bentuk gelombang asli dari jaringan listrik PLN. Sedangkan pada

square wave inverter beban-beban listrik yang menggunakan

kumparan/motor tidak dapat bekerja sama sekali.

Rugi-rugi/loss yang terjadi pada inverter biasanya berupa dissipasi daya dalam

bentuk panas. Pada umumnya efisiensi inverter adalah berkisar 50-90%

tergantung dari beban outputnya. Bila beban outputnya semakin mendekati beban

kerja inverter yang tertera maka efisiensinya semakin besar.

(http://www.panelsurya.com, 25 Juni 12)