Jurnal Teknik Mesin Univ. Muhammadiyah Metro
URL: http://ojs.ummetro.ac.id/index.php/turbo

## ANALISA CHARGING TIME SISTEM SOLAR CELL MENGGUNAKAN PENCARI ARAH SINAR MATAHARI YANG DILENGKAPI DENGAN PEMFOKUS CAHAYA
Achmad Shodiqin 1, a* ), Ahmad Yani 2,b )
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Trunajaya Bontang. ) 1,2 Jl.Taekwondo RT.9 No. 55 Telp./Fax. (0548) 3035920 Bontang-Kaltim 75311 Email: achmadshodiqin96@yahoo.co.id a) , yanibima@gmail.com b)

## Abstrak
Solar  cell yang  kita  kenal  saat  ini  masih  memiliki  beberapa  kekurangan,  salah  satunya adalah charging time yang  singkat,  oleh  karena  itu  diperlukan  sebuah  sistem  tambahan yang  dapat  meningkatkan charging  time dengan harapan solar cell mendapatka  cahaya matahari  yang  tepat  tegak  lurus  serta  di  fokuskan  saat  diterima  oleh  panel  surya  sehingga menghasikan  energi  listrik  yang  lebih  besar,  pencari  arah  cahaya  matahari  yang  dilengkapi dengan  pemfokus  cahaya  berpengaruh  terhadap charging  time ,  pada solar  cell yang dilengkapi  dengan  pencari  dan  pemfokus  cahaya  dapat  meningkatkan charging  time sebesar 42.8 %.
Kata kunci : pemfokus cahaya, pencari arah cahaya matahari, solar cell, charging time .

## Pendahuluan
Matahari  merupakan  sumber  energi yang bersih dan ramah lingkungan.  Energi ini  sangat  cocok  digunakan  pada  negara tropis  seperti  di  Indonesia,  karena  letak geografis  Indonesia  yang  berada  di  atas garis  katulistiwa    maka    Indonesia memiliki    potensi    energi        surya    yang sangat  besar.  Setiap  hari,  di  Indonesia dapat  diperoleh  energi      sebesar  4,8-6,0 kWh/m2  pada  bidang horizontal yang tidak  terlindung.  Energi      ini  dapat dimanfaatkan  secara  langsung  maupun segara tidak langsung. [1]
Secara langsung energi matahari dapat dimanfaatkan  untuk  meneringkan  pakaian, hasil  pertanian,  maupun  sebagai  pemanas air.  Pada  pembangkit  listrik  tenaga matahari langsung, cahaya matahari difokuskan  ke  sebuah  menara  untuk memanaskan cairan didalamnya  yang akan digunakan untuk memutarkan turbin.
Pemanfaatan energi listrik yang berasal  dari  matahari  juga  dapat  dilakukan menggunakan  efek photovoltaic ,  efek photovoltaic ini  digunakan  dalam  sebuah solar  cell yang  terdiri  dari  susunan semiconductors untuk menghasilkan energi
listrik.
Namun sayangnya solar cell yang kita gunakan  masih  memiliki  daya  yang    kecil dibandingkan    dengan    biaya    pembelian yang relative mahal, apalagi   jika solar cell tersebut    menggunakan    sudut pemasangan   yang konstan (tetap).
Untuk  memaksimalkan  dari system charging maka  diperlukan  sebuah  sistem tambahan  yang  dapat  membuat solar  cell menghasilakan  tegangan  atau voltase maupun arus listrik  yang  maksimal  agar menghasilkan charging  time yang  paling lama  (maksimal). charging  time yang dimaksud  pada  penelitian  ini  adalah  disaat solar  cell menghasilkan  daya  melewati spesifikasi baterai yang digunakan [11]
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui  peningkatan charging  time pada panel solar cell yang telah dilengkapi dengan  pencari  arah  cahaya  matahari  dan pemfokus cahaya.

## Tinjauan Pustaka
Pengertian Solar cells  (Photovoltaic) Menurut  bahasa,  kata Photovoltaic berasal  dari  bahasa  Yunani photos yang berarti  cahaya  dan volta yang  merupakan
nama ahli fisika dari Italia yang menemukan tegangan listrik. Secara
sederhana  dapat  diartikan  sebagai  listrik dari cahaya. Photovoltaic merupakan sebuah  proses  untuk  mengubah  energi cahaya  menjadi  energi  listrik. [7] Proses  ini bisa  dikatakan  kebalikan  dari  penciptaan laser.
Solar cells atau panel surya adalah alat untuk mengkonversi tenaga matahari menjadi  energi  listrik. Photovoltaic adalah teknologi  yang  berfungsi  untuk  mengubah atau mengkonversi radiasi matahari menjadi energi listrik secara langsung. Efek photovoltaic pertama  kali  ditemukan  oleh Henri  Bacquerel  pada  tahun  1839, [12] efek photovoltaic adalah  sebuah  fenomena dimana  suatu  sel photovoltaic dapat menyerap energi cahaya kemudian merubahnya  menjadi  energi  listrik.  Selain pada Solar  cells ,  fenomena  ini  dapat  pula kita  amati  disaat  kita  menjemur  sebuah diode dan pada kedua kaki dari diode akan menghasilkan arus listrik.

## Prinsip kerja Solar cells  (Photovoltaic)
Energi  solar  atau  radiasi  cahaya terdiri dari biasan foton - foton yang memiliki tingkat energi yang berbeda-beda. Perbedaan  tingkat  energi  dari foton yang menentukan panjang gelombang dari spectrum cahaya.  Ketika foton mengenai suatu  sel photovoltaic ,  maka foton tersebut dapat  dibiaskan  dan  diserap  kemudian diteruskaan  menembus  sel photovoltaic . [4]
Foton yang  diserap  oleh  sel photovoltaic inilah  yang  akan  memicu  timbulnya  energi listrik.
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. Ilustrasi prinsip kerja solar
cell sebagaimana ditunjukkan pada gambar 1. [6]
Gambar 1. Konsep kerja solar cell

## Karakteristik Panel Fotovoltaik
Sifat-sifat  listrik  dari  modul  surya biasanya  diwakili  oleh  karakteristik  arus tegangannya.  Jika  sebuah  modul  surya dihubung  singkat  (V modul =  0),  maka  arus hubung  singkat  (I sc )  mengalir.  Pada keadaan  rangkaian  terbuka  (I modul =  0), maka  tegangan  modul  disebut  tegangan terbuka (V oc ). [5]
Gambar 2. Kurva Arus-Tegangan dari solar cell
Daya  yang  dihasilkan  modul  surya, adalah  sama  dengan  hasil  kali  arus  dan tegangan yang dihasilkan oleh modul surya. Persamaan  daya  sebagaimana  ditunjukkan pada persamaan 1. [5]
P = V x I …………………..…….(1)
Dengan : P  = Daya keluaran modul (Watt) V = Tegangan kerja modul (Volt) I  = Arus kerja modul (Amperee) Apabila Solar cells digunakan sebagai sumber  listrik  dari  baterai  12 volt ,  maka tegangan  listrik  minimal  yang  diperlukan untuk  melakukan proses charging sebesar 12 volt dengan  arus  listrik  yang  dapat  kita lakukan  pengukuran  menggunakan ampre meter . Jika  kita  memiliki Solar  cells dengan  daya  sebesar  20  WP  dan  tegangan pada saat charging sebesar 12 volt maka: I = P/V………….………………(2) I = 20 WP / 12 volt I = 1.67 ampre
Berarti Solar cells dengan daya 20 WP ( watt      peak )  dengan  tegangan  pengisian sebesar  12  volt  mampu  mengalirkan  arus sebesar  1.67  ampre.  Jika Solar  cells terpapar  radiasi  matahari  selama  5  jam berarti  daya  yang  dihasilkan  sebesar:  20 WP × 5 jam = 100wat hours.
Jika  tegangan  sebesar  12  volt  berarti mampu  mengalirkan  8.3  ampre  selama  5 jam.  berarti  jika  kita  menggunakan Solar cells dengan  daya  sebesar  20  WP,  maka minimal  kita  menggunakan  baterai  dengan spesifikasi  tegangan  12  volt  dengan kapasitas minimum sebesar 8.3 ah.
Setelah kita mendapat  nilai  daya maka kita  dapat  mencari  presentase  penambahan atau pengurangan dengan rumus :
(X :Y) x 100 = %.........................(3) X   =   selisih dari kedu buah nilai Y  =  nilai  dari  data  yang  akan  dicari presentasenya Contoh  :  Sebuah solar  cell menghasilkan daya  12 watt dan  saat  menggunakan pemfokus  cahaya  daya  yang  dihasilkan adalah 18 watt maka presentase nya adalah.
(18-12 = 6)
(6 : 12 ) x 100 = 0,5 x 100 = 50%
Sedangkan charging time adalah waktu dimana sebuah solar cell melakukan proses pengisian  pada  alat  penyimpan  energi listrik  berupa  batterai  dengan  syarat tegangan  dari solar  cell telah  melampaui tegangan batterai.

## Metodologi Penelitian
Penelitian  ini  dilakukan  di  lingkungan Universitas Trunajaya Bontang. Dan waktu pengumpulan data berlangsung selama satu bulan dari pada tanggal  1  Desember  2015 sampai    dengan    30    Januari        2016    dan waktu  pengambilan  data  setiap  hari  cerah dari jam 07.00 hingga 17.00 WITA.

## Variabel Penelitian
Ada dua jenis variabel yang digunakan  dalam  penelitian  ini  yaitu variabel bebas dan variabel terikat.
1. Variabel bebas
variabel  bebas  adalah  variabel yang bebas ditentukan nilainya sebelum    dilakukan    penelitian. variabel  bebas  yang  ditetapkan  oleh peneliti adalah watu pengambilan data dari solar  cell dengan  tegangan  kerja 5 volt 300 mili  ampre yang  akan diambil tiap satu jam.
2. Variable terikat variabel  terikat  adalah    variabel yang  nilainya    sangat  tergantung pada  variabel  bebas  dan  merupakan hasil  dari  penelitian  variabel  bebas yang diamati peneliti adalah charging  time pada solar  cell ( charging  time yang  dimaksud  adalah disaat solar  cell menghasilkan  daya melewati  spesifikasi  baterai  yang digunakan).

## Bahan dan Alat Penelitian
Pada penelitian kali ini digunakan dua buah solar  cell  polycristaline dengan bentuk    bulat    yang    memiliki    ukuran diameter frame 70 milimeter dan panjang cell 50 milimeter dan  lebar  48 milimeter dengan  spesifikasi  tegangan kerja      5 volt dan  sebuah  lensa  cembung spesifikasi    diameter    140 milimeter dengan   fokus   100 milimeter serta sebuah motor DC ( direct current ).
Gambar 3. Solar cell
Gambar 4. Lensa cembung
Gambar 5. Motor DC
Controller
Pencari
Arah Matahari.
Controller  tersebut berisikan  komponen sebagai berikut:
a. IC  op-amp  LM324  berfungsi  sebagai komparator yang akan membandingkan input pada  kaki  A dan  B,  kika  kaki  A  lebih  atau  sama dengan  kaki  B  maka  IC    akan mengeluarkan    arus suplay 5 volt pada  kaki output.
b. LDR  ( Light  Dependent  Resistor) berfungsi  sebagai  sensor  cahaya yang akan memiliki hambatan   yang berbeda      terhadap      intensitas cahaya   yang   jatuh diatasnya.
c. Transistor berfungsi    sebagai switch yang  akan  bekerja mengalirkan arus listrik  dari emitter ke collector jika
base mendapatkan ground . d. Dioda  berfungsi  sebagai  cek valve yang  akan  mengalirkan  arus  listrik hanya dari anoda ke katoda . e. Kapasitor disini    difungsikan sebagai    penstabil    tegangan    listrik yang  masuk  ke  dalam  sistem  agar mengurangi fluks . f. Resistor berfungsi memberikan hambatan  listrik  yang  akan  masuk menuju  ke  LDR  agar  tegangannya berkurang.
Gambar 6. Controller/ rangkaian electrical
Alat Penelitian a. Volt Meter Digunakan untuk mengukur  tegangan  pada output solar  cel maupun input  controller .
b. Ampre      meter yang      digunakan yaitu      merek      sanwa.      Yang berfungsi mengukur arus pada output solar cell jika diberi hambatan.
c. Ohm meter digunakan untuk mengukur resistan pada komponen resistor baik  yang  tetap, variable maupul LDR.

## Prosedur Penelitian
1. Tahap persiapan.
a. Membuat  rangkaian electrical pada program Liveware. Rangkaian electrical seperti  ditunjukkan  pada gambar 7
Gambar 7. Rancangan rangkaian elekrical
b. Persiapan  dan  pemasangan  seluruh alat  ukur  yang  digunakan  dalam pengujian, seperti: ampremeter , voltmeter dan alat pendukung lainnya.
c. Pengujian rangkaian
d. Warna  merah  menandakan power (+
batterai ) dan Warna hijau menandakan ground (- batterai ).
Pengujian rangkaian seperti ditunjukkan pada gambar berikut ini Gambar 8. Pengujian rangkaian electrical
e. Kalibrasi seluruh alat ukur.
2. Tahap pengujian
a. Pasang solar  sell dengan  sudut  90 0
terhadap permukaan tanah dan pasang solar    cell yang    telah    dilengkapi oleh    pencari    arah  cahaya  matahari yang  dilengkapi oleh  pemfokus
cahaya.
b. Lakukan  pengukuran  tegangan  dan arus output  solar  cell  tiap  jam mulai pukul  07:00  s/d  pukul  17:00 Wita
c. Setelah    data    tegangan    dan    arus didapatkan      maka      kita      dapat menganalisa  untuk  dijadikan  dalam bentuk grafik dan menghitung charging time solar cell.

## Hasil dan Pembahasan
Pengambilan    data    dilakukan    dengan cara    meletakkan solar    cell yang  telah dilengkapi  dengan  pemfokus  cahaya  pada daerah  terbuka  dan    tidak  ada  bangunan maupun pepohonan yang dapat menyebabkan bayang bayang.
Setelah  alat  diletakkan  pastikan  alat tersebut  mengarah  ke  utara  atau  selatan pada  salah  satu  sisi  penggerak  serta  sisi lainnya pada arah timur atau barat. Setelah alat  berada  pada  posisi  yang  tepat  maka kita  dapat  memasang  sumber  arus  listrik berupa  baterai  12 volt sehingga alat akan bergerak  mengarahkan  solar  sell  agar mendapatkan  cahaya  tegak  lurus  terhadap titik jatuhnya.
Selain  itu  terdapat  pula solar  cell yang tidak  dilengkapi  dengan  pengarah  dan pemfokus  cahaya  agar  mengarah  tegak lurus  (  90 o )  terhadap  permukaan  tanah dan solar cell mengarah ke matahari.
Gambar 9. Prototipe Solar cell yang diteliti

## Gambar 10. Pengambilan Data Solar cell
Dari  hasil  pengukuran  tegangan  dan arus  pada output  solar  cell tiap  jam mulai    pukul  07:00  s/d pukul  17:00 Wita. Pada  penelitian  ini  teknik  analisa  data menggunakan teknik deskriptif berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan.  Data  yang  diperoleh  dari  hasil penelitian kemudian
dianalisis menggunakan  rumus  terapan,  Selanjutnya data  akan  disajikan  dalam  bentuk  grafik dengan  bantuan Microsoft  Office .  Hasil penelitian seperti ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel 1. Data pengujian solar cell
Waktu penga mbilan data Tanpa alat tambahan Dengan alat tambahan V I V I 07:00 0.005  0.008  5.490  0.037 08:00 1.320  0.014  6.140  0.038 09:00 4.160  0.030  6.148  0.039 10:00 5.600  0.037  6.210  0.040 11:00 5.770  0.037  6.270  0.039 12:00 5.960  0.038  6.300  0.039 13:00 5.930  0.038  6.350  0.039 14:00 5.580  0.036  6.350  0.040 15:00 5.520  0.036  6.250  0.039 16:00 4.200  0.033  6.230  0.039 17:00 2.300  0.014  6.110  0.038
Dari  data  hasil  pengujian solar  cell pada  tabel  1  tersebut    kemudian  dijadikan
grafik  tegangan  dan  arus output  solar  cell sebagaimana  ditunjukkan  pada  gambar  11 dan 12.
Gambar 11. Tegangan Output solar cell
Gambar 12. Arus Output Solar cell
Terjadi  penambahan Charging  time yaitu  mulai  pukul  07.00  hingga  17.00 dikarenakan  fungsi  dari  pencari  arah  sinar matahari  yang  akan  membuat  cahaya  jatuh tegak  lurus  terhadap  lensa  serta  pemfokus cahaya  yang  akan  meningkatkan  intensitas cahaya  yang  diterima  oleh solar  cell . Penambahan waktu charging time didapatkan  dari  tegangan  kerja solar  cell pada  sistem charging dari  senter charge dimana solar  cell tersebut  diambil  yaitu berkisar antara 4 volt.
Apabila charging time solar cell tanpa alat  tambahan  dimulai  dari  pukul  09.00 hingga pukul 16.00 (7 jam) sedangkan pada solar cell yang menggunakan alat tambahan, charging  time dimulai  lebih awal  yaitu  pada  pukul  07.00  hingga  pukul 17.00  (10  jam).  Dikarenakan solar  cell jenis  ini  menggunakan  batterai  dengan tegangan  4 volt sehingga charging  time
dimulai  apabila  tegangan  berada  di  atas tegangan  ini,  maka  penambahan charging time adalah  10  jam  –  7  jam  =  3  jam. Dengan  menggunakan  rumus  presentase maka  didapatkan  nilai charging  time sebesar  (3  jam  :  7  jam)  x  100  =    0,428  x 100 = 42.8%.

## Kesimpulan
Alat  pencari  arah  cahaya  matahari yang  dilengkapi  dengan  pemfokus  cahaya berpengaruh  terhadap charging  time ,  pada solar  cell yang  dilengkapi  dengan  pencari dan  pemfokus  cahaya  dapat  meningkatkan charging time sebesar 42.8 %.

## Daftar Pustaka
[1] Anonim, 2005. Photovoltaic
Fundamentals .
[2] Ady  Iswanto,  2008,  Staf  Divisi  Riset 102FM ITB.
[3] Budhi Priyanto, April 2013, Peningkatan  Daya  Keluaran  Sel Surya Dengan Penambahan Intensitas  Berkas  Cahaya  Matahari , Jurnal  Neutrino  Vol.5, No. 2, Teknik
Elektro  Fakultas  Teknik  Universitas
Muhammadiyah Malang.
[4] Budi Yuwono, Februari 2005, Optimalisasi Panel Sel Surya Dengan Menggunakan Sistem Pelacak Berbasis    Mikrokontroler    At89c51 , Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
[5] Sumbung, F.H. dan Letsoin, Y, 2012, analisa  dan  estimasi  radiasi  konstan energi  matahari  melalui  Variasi sudut  panel  fotovoltaik  shs  50  wp Jurnal Ilmiah Mustek Anim.
[6] Ikhsan,  2013,  Peningkatan  Suhu
Modul  Dan  Daya  Keluaran  Panel
Surya Dengan Menggunakan Reflektor,  Jurnal  ilmiah  Dosen  pada Jurusan  Fisika  Fakultas  Sains  dan
Teknologi UIN Alauddin Makassar.
[7] Muchammad  dan  Hendri  Setiawan, 2011, Peningkatan  Efisiensi  Modul Surya  50  Wp  Dengan  Penambahan Reflektor, Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Diponegoro.
[8] Muhammad.  R,  2003, Elektronika Daya, Jilid 1, Prentice Hall Inc., New Jersey.
[9] Mukund  R.  P,  2000, Wind  And Solar  Power  Sistem, S Merchant Marine  Academy Kings , New York.
[10]  Supardiono.  2004,  lensa  dan  cermin , Departemen Pendidikan Nasional.
[11] Training  Center PT  United  Tractors Tbk. Electricak  System  1 Basic Cours.  Jakarta. Juni 2008. [12]  wulandari handini, 2008,
performance    cel    surya ,    Fakultas Teknik   Universitas Indonesia.