PEMANFAATAN SOLAR CELL SEBAGAI ENERGI ALTERNATIF PENGGERAK MOTOR LISTRIK PADA MESIN PENGGILING PADI

PEMANFAATAN SOLAR CELL SEBAGAI ENERGI ALTERNATIF PENGGERAK MOTOR LISTRIK PADA MESIN PENGGILING PADI

Makalah

diajukan untuk memenuhi salah satu tugas Mata Kuliah Konversi Energi, dengan Dosen Pembimbing Drs. Dedi Supriawan, ST. M. Pd.

Disusun oleh:

Kelompok I

Saim Hidayat (0900661)

Setiawan Hidayat (0905631)

Ardiyansyah Eky (0907309)

Firmansyah Sulistiyono (0907453)

JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS PENDIDIKAN TEKNOLOGI DAN KEJURUAN

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

BANDUNG

2010

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Seiring dengan perkembangan teknologi dibidang pertanian terutama pada teknologi pengolah hasil pertanian khususnya padi, membuat produktivitas padi dari tahun ke tahun mengalami peningkatan. Maka diperlukan pula proses penggilingan padi yang banyak pula guna mencukupi kebutuhan tersebut.

Saat ini, mesin penggiling padi banyak yang beroperasi menggunakan mesin diesel berbahan bakar solar sebagai motor penggeraknya. Semakin banyak produktivitas padi, maka semakin banyak pula pengoperasian mesin penggiling padi. Hal tersebut berdampak pada meningkatnya penggunaan bahan bakar minyak bumi sebagai energi penggeraknya.

Kebutuhan akan minyak bumi yang terus meningkat, berbanding terbalik dengan cadangan minyak bumi yang semakin menipis. Hal tersebut memaksa manusia untuk mencari sumber – sumber energi alternatif guna memenuhi kebutuhannya akan energi. 

Seiring dengan perkembangan dibidang Ilmu Pengetahuan dan teknologi (IPTEK), ditemukanlah sebuah alat yang dapat memanfaatkan energi matahari yang dapat dirubah menjadi energi listrik yang disebut dengan Solar Cell atau Sel Surya. Namun di Indonesia sebagai negara tropis yang selalu disinari cahaya matahari sepanjang tahun, belum dapat memanfaatkan sepenuhnya energi alternatif tersebut. Ketergantungan akan minyak bumi, membuat pengembangan energi alternatif tersebut mengalami kendala terutama didaerah – daerah pertanian yang menggunakan mesin diesel sebagai motor penggerak mesin penggiling padinya.

1.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah pada makalah ini meliputi:

 Apa itu solar cell ? 

 Bagaimana prinsip kerja dari solar cell ?

 Seberapa efektif pemanfaatan solar cell pada mesin penggiling padi ?

1.3 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dalam penulisan makalah ini, diantaranya:

 Mengetahui pengertian dan prinsip kerja solar cell secara umum.

 Mengetahui keefektifan solar sell pada mesin penggiling padi.

BAB 2

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian Solar Cell (Sel Surya) 

Solar cell terbuat dari potongan silikon yang sangat kecil dengan dilapisi bahan kimia khusus untuk membentuk dasar dari solar cell. Solar cell pada umumnya memiliki ketebalan minimum 0,3 mm yang terbuat dari irisan bahan semikonduktor dengan kutub positif dan negatif. Solar cell merupakan elemen aktif (Semikonduktor) yang memanfaatkan efek fotovoltaik untuk merubah energi surya menjadi energi listrik.

Pada solar cell terdapat sambungan (junction) antara dua lapis tipis yang terbuat dari bahan semikonduktor yang masing – masing diketahui sebagai semikonduktor jenis P (positif) dan semikonduktor jenis N (negatif).

Semikonduktor jenis – P dibuat dari kristal silikon yang didalamnya terdapat sejumlah material lain (umumnya boron) yang mana menyebabkan material tersebut kekurangan satu elektron bebas yang disebut lubang (hole).

Semikonduktor jenis – N juga terbuat dari kristaal silikon yang didalamnya terdapat sejumlah material lain (umumnya posfor) dalam batasan bahwa material tersebut dapat memberikan suatu kelebihan elektron bebas. Elektron adalah partikel sub atom yang bermuatan negatif, sehingga silikon paduan dalam hal ini disebut sebagai semikonduktor jenis N (negatif).

2.2 Prinsip Kerja Solar Cell

Secara sederhana solar cell terdiri dari persambungan bahan semikonduktor jenis - P dan semikonduktor jenis - N (P – N junction semiconductor) yang jika tertimpa sinar matahari maka akan terjadi aliran elektron, aliran elektron inilah yang disebut sebagai aliran arus listrik. Bagian utama perubah energi sinar matahari menjadi listrik adalah absorber (penyerap).

Struktur solar cell seperti ditunjukkan dalam gambar 1.

Gambar 1. Struktur lapisan tipis solar sel secara umum

Lebih detail lagi bisa dijelaskan sinar matahari yang terdiri dari photon-photon, jika menimpa permukaaan bahan solar sel (absorber), akan diserap, dipantulkan atau dilewatkan begitu saja (gambar 2), dan hanya foton dengan level energi tertentu yang akan membebaskan electron dari ikatan atomnya, sehingga mengalirlah arus listrik. Level energi tersebut disebut energi band-gap yang didefinisikan sebagai sejumlah energi yang dibutuhkan untuk mengeluarkan elektron dari ikatan kovalennya sehingga terjadilah aliran arus listrik.

Untuk membebaskan elektron dari ikatan kovalennya, energi foton (hc/v) harus sedikit lebih besar atau diatas dari pada energi band-gap. Jika energi foton terlalu besar dari pada energi band-gap, maka extra energi tersebut akan dirubah dalam bentuk panas pada solar sel. Karenanya sangatlah penting pada solar sel untuk mengatur bahan yang dipergunakan, yaitu dengan memodifikasi struktur molekul dari semikonduktor yang dipergunakan.

Gambar 2. Radiative transition of solar cell

Pada dasarnya solar cell merupakan sebuah foto dioda yang besar dan dirancang dengan mengacu pada gejala photovoltaic sedemikian rupa sehingga dapat menghasilkan daya yang sebesar mungkin. Silikon jenis P merupakan lapisan permukaan yang dibuat sangat tipis supaya cahaya matahari dapat menembus langsung mencapai junction. Bagian P ini diberi lapisan nikel yang berbentuk cincin, sebagai terminal keluaran positip. Di bawah bagian P terdapat bagian jenis N yang dilapisi dengan nikel juga sebagai terminal keluaran negatip. 

Untuk mendapatkan daya yang cukup besar diperlukan banyak sel surya. Biasanya sel-sel surya itu sudah disusun sehingga berbentuk panel, dan dinamakan panel photovoltaic (PV). Agar efisiensi dari solar cell bisa tinggi maka foton yang berasal dari sinar matahari harus bisa diserap yang sebanyak banyaknya, kemudian memperkecil refleksi dan remombinasi serta memperbesar konduktivitas dari bahannya.

Untuk bisa membuat agar foton yang diserap dapat sebanyak banyaknya, maka absorber harus memiliki energi band-gap dengan range yang lebar, sehingga memungkinkan untuk bisa menyerap sinar matahari yang mempunyai energi sangat bermacam-macam tersebut. Salah satu bahan yang sedang banyak diteliti adalah CuInSe2 yang dikenal merupakan salah satu dari direct semiconductor.

2.3. Penyimpanan Arus Listrik

Setelah mendapatkan output dari solar cell yang berupa arus listrik dapat langsung digunakan untuk beban yang dimanfaatkan. Tetapi juga arus listrik tersebut dapat digunakan sebagai pengisian dengan cara disimpan ke dalam baterai agar dapat dipergunakan pada saat yang diperlukan khususnya pada malam hari karena tidak adanya sinar matahari. 

Apabila solar cell tersebut digunakan untuk penyimpanan ke baterai, maka besarnya tegangan yang dihasilkan harus diatas spesifikasi baterai tersebut. Misalnya baterai yang digunakan adalah 12 Volt, maka tegangan yang dihasilkan solar cell harus diatas 12 Volt untuk dapat melakukan pengisian.

Sebaiknya sebelum melaksanakan pengisian sebaiknya baterai dalam keadaan kosong karena arus yang masuk akan dapat terisi dengan maksimal. Satuan kapasitas suatu baterai adalah Ampere jam ( Ah ) dan biasanya karakteristik ini terdapat pada label suatu baterai. Misalnya suatu baterai dengan kapasitas 10 Ah akan terisi penuh selama 10 jam dengan arus output solar cell sebesar 1 Ampere.

2.4 Daya Dan Efisiensi

Sebelum mengetahui daya sesaat yang dihasilkan kita harus mengetahui energi yang diterima, dimana energi tersebut adalah perkalian intensitas radiasi yang diterima dengan luasan dengan persamaan :

E = Ir x A 

dimana : 

Ir = Intensitas radiasi matahari ( W/m2)

A = Luas permukaan (m2)

Sedangkan untuk besarnya daya sesaat yaitu perkalian tegangan dan arus yang dihasilkan oleh sel fotovoltaik dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

P = V x I

dimana :

P = Daya (Watt),

V = Beda potensial (Volt)

I = Arus (Ampere)

Radiasi surya yang mengenai sel fotovoltaik dengan menggunakan alat pyranometer adalah dalam satuan mV sehingga harus dikonversikan menjadi W/m2 , persamaan yang digunakan adalah :

Ir (mV)

Ir = _______ x 1000 (W/m2) 

21,13 

Efisiensi yang terjadi pada sel surya adalah merupakan perbandingan daya yang dapat dibangkitkan oleh sel surya dengan energi input yang diperoleh dari sinar matahari. Efisiensi yang digunakan adalah efisiensi sesaat pada pengambilan data. 

Output

η = _______ x 100 % 

Input 

Sehingga efisiensi yang dihasilkan :

P

ηsesaat = _______ x 100 % 

Ir x A 

dimana:

ηsesaat = Efisiensi (%) 

Ir = Intensitas radiasi matahari (Watt/m2)

P = Daya listrik (Watt) 

A = Luasan sel surya (m2)

Apabila pengguna menginginkan tegangan maupun arus yang lebih besar, maka panel solar cell dapat dirangkai secara seri atau paralel maupun kombinasi keduanya. Bila panel dirangkai seri maka tegangan yang naik tetapi bila dirangkai paralel maka arus yang naik.

2.5 Spesifikasi Mesin yang Digunakan

2.5.1 Spesifikasi Mesin Penggiling Padi

Mesin yang akan digunakan adalah mesin jenis Rice Huller HC6BV dengan spesifikasi sebagai berikut: 

Tabel spesifikasi Mesin Rice Huller HC6BV

MODEL HC 6 BV

Ukuran Rol Karet ( mm ) 152,4 x 222,25

( 6 " x 8 ¾ " )

Tenaga ( HP ) 6

Dimensi Pulli Utama ( mm ) 140 x 95

Kapasitas ( kg / jam ) 1500

Putaran ( rpm ) 1050

Tinggi Total ( mm ) 1570

Dimensi Bodi ( mm ) 735 x 600

Berat ( kg ) 180

2.5.2 Spesifikasi Motor Listrik

Karena mesin yang digunakan memiliki daya 6 HP (6000 Watt), maka motor listrik yang digunakan juga harus memiliki daya minimal 6 HP. Analisis yang digunakan adalah dengan Mesin yang memiliki daya 220 V/6000 Watt.

Untuk menjalankan motor listrik tersebut, dibutuhkan energi listrik yang dihasilkan dari Solar Cell yang disimpan kedalam baterai (accu). Sedangkan baterai (accu) yang ada hanya memiliki tegangan sebesar 12 V. Karena tegangan yang dihasilkan accu tidak memenuhi tegangan yang dibutuhkan oleh motor listrik, maka dibutuhkan suatu alat yang dinamakan Inverter yang berfungsi untuk merubah tengangan pada accu sebesar 12 V menjadi 220 V sekaligus merubah arah arus dari DC menjadi AC.

Gambar 4. Inverter Gambar 5. Motor Listrik

2.6 Analisa Perhitungan Daya

Dalam pengoperasian mesin selama satu hari ±8 jam dibutuhkan daya listrik sebesar 6000 watt x 8 jam = 48000 watt/hari (48 kW/hari). Untuk menghasilkan daya tersebut, dilakukan analisa perhitungan sebagai berikut. Solar cell yang kita gunakan memiliki daya sebesar 210 WP. Dalam satu hari solar cell dapat menyerap energi matahari secara efektif selama ±6 jam sehingga jumlah panel solar cell yang dibutuhkan untuk memenuhi daya diatas adalah 48000 Watt/(210 WP x 6 jam) = 39 panel solar cell.

2.7 Prosedur Kerja Mesin

Cahaya matahari diserap oleh panel surya. Didalam panel surya terjadi reaksi kimia yang merubah energi matahari menjadi energi listrik. Kemudian energi listrik tersebut disimpan kedalam accu yang selanjutnya dihubungkan ke sebuah Inverter. Dari inverter arus diubah dari DC menjadi AC serta menaikkan tegangan dari 12 Volt menjadi 220 Volt. Selanjutnya dari inverter arus dialirkan ke motor listrik yang merubah energi listrik menjadi energi mekanik. Selanjutnya motor listrik dihubungkan ke mesin penggiling padi menggunakan puli yang dihubungkan dengan fanbelt. Sehingga mesin penggiling padi bekerja.

Gambar 6. Skema Rangkaian Mesin Penggiling Padi

BAB 3

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Berdasarkan kajian diatas, diperoleh kesimpulan bahwa:

 Solar cell merupakan salah satu solusi alternatif yang memanfaatkan energi matahari menjadi energi listrik.

 Energi listrik yang dihasilkan solar cell bervariasi berdasarkan jumlah kebutuhan listrik dan jumlah panel surya yang digunakan.

 Secara analisis, energi listrik yang dihasilkan oleh solar cell mampu memenuhi kebutuhan listrik mesin penggilina padi tiap harinya 

 Selain digunakan sebagai penggerak mesin penggiling padi, energi listrik pada solar cell juga dapat digunakan untuk keperluan rumah tangga ketika mesin penggiling padi tidak beroperasi.

 Dari reaksi solar cell tidak dihasilkan gas buang atau karbon dioksida sebagai hasil dari kerja mesin.

3.2 Saran

Berdasarkan uraian diatas, sebaikknya kita mulai menggunakan teknologi – teknologi yang memanfaatkan energi alternatif sebagai salah satu antisipasi semakin berkurangnya cadangan energi fosil. Seperti halnya solar cell yang memenfaatkan energi surya menjadi energi listrik, dimana energi listrik yang dihasilkan mampu memenuhi kebutuhan listrik mesin penggiling padi dan kebutuhan listrik rumah tangga serta ramah lingkungan dengan tidak dihasilkannya gas karbon dioksida sebagai hasil dari reaksinya.

DAFTAR PUSTAKA

…………, (2009). “Pengnganan Padi Pasca Panen”. [Online]. Tersedia : http://catetankuliah.blogspot.com.200911pengnganan-padi-pasca-panen.html. [12 November 2010].

…………, (2009). “Instalasi Implementasi Solar Cell Panel”. [Online]. Tersedia: http://solarcellpanel.com. [12 November 2010].

…………, . “Power Bright PW6000 – 12 12V DC to 120V AC Power Inverter (6000 Watt Capacity)”. [Online]. Tersedia: http://www.adaptelec.com.powerebright-pw600012-12v-dc-to-120v-ac-power-inverter-6000-watt-capacity-p-73.html. [30 November 2010].

…………, . “Mesin Pengupas Gabah Menjadi Beras Putih (Penggiling Padi dan Pemutih Beras)”. [Online]. Tersedia: http://www.tokomesin.com. [28 Oktober 2010].