BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar
Belakang
Energi pada saat ini
mempunyai peranan yang sangat penting dalam kehidupan manusia. Selama ini
penyangga utama kebutuhan energi masih mengandalkan minyak bumi .Sementara itu
tidak dapat dihindarkan bahwa minyak bumi semakin langka dan mahal harganya.
Dengan keadaan semakin menipisnya sumber energi fosil tersebut, di dunia
sekarang ini terjadi pergeseran dari penggunaan sumber energi tak terbaharui
menuju sumber energi terbaharui. Dari sekian banyak sumber energi terbahurui
penggunaan energi melalui solar cell / sel surya merupakan
alternatif yang paling potensial untuk diterapkan di wilayah Indonesia. Energi
surya merupakan salah satu energi yang sedang giat dikembangkan saat ini oleh
pemerintah Indonesia karena sebagai negara tropis, Indonesia mempunyai potensi
energi surya yang cukup besar. Energi surya adalah sangat luar biasa karena
tidak bersifat polutif, tidak dapat habis, dapat dipercaya dan tidak membeli.
2
BBH atau bahan
bakar hidrogen (bahasa Inggris: fuel cell) adalah
sumber energi masa depan yang bersifat ecoenergy dengan proses pembakaran yang hanya akan menghasilkan air dan energi (listrik dan panas). BBH
berbeda dengan kerja aki. Jika aki menghabiskan zat dari dalam untuk bekerja,
sel bahan
bakar memanfaatkan
zat dari luar, seperti hidrogen dan oksigen, dan terus bekerja tanpa henti
selama sumber bahan bakar tersedia. Hidrogen dihasilkan melalui proses tertentu dan disimpan, sedangkan oksigen berasal dari atmosfer. Hidrogen yang disimpan akan dicampur dengan oksigen
dari atmosfer dan terjadi reaksi kimia. Reaksi ini merupakan pereaksian
pembentukan air yang membebaskan energi. Energi tersebut dikonversi menjadi
listrik hingga mendekati 100% dan sisanya adalah panas.
1.2 Tujuan Percobaan
1. Untuk mengetahui faktor yang mempengaruhi nilai arus listrik yang dihasilkan oleh panel surya.
2. Untuk megetahui orientasi dari pael surya terhadap sumber cahaya
3. Untuk mengetahui aplikasi dari panel surya dan fuel cell.
4. Untuk megetahui prinsip kerja fuel cell
BAB II
LANDASAN TEORI
Sel bahan
bakar adalah alat yang mampu membangkitkan arus listrik dengan memanfaatka adanya
reaksi kimia. Setiap sel bahan bakar memiliki dua elektroda, satu positif dan
yang lainnya negatif, yang lazim disebut anoda dan katoda. Reaksi yang
menghasilkan listrik adalah reaksi yang terjadi pada elektroda.
Setiap
sel bahan bakar juga memiliki elektrolit yang membawa partikel-partikel
berlistrik
dari satu
elektroda ke elektroda lainnya. Pada setiap sel bahan bakar juga terdapat
katalis yang berfungsi mempercepat reaksi pada elektroda. Dan yang paling
menjanjikan adalah tidak menimbulkan emisi gas buang yang berbahaya bagi
manusia maupun lingkungan alam. Hidrogen adalah bahan dasar bahan bakar,tapi
sel bahan bakar ini juga membutuhkan oksigen. Salah satu daya tarik sel bahan
bakar ini adalah bahwa sel bahan bakar mampu membangkitkan listrik dengan
dampak polusi yang sangat kecil. Hidrogen dan oksigen yang digunakan untuk membangkitkan
listrik,akhirnya bereaksi menghasilkan suatu bentuk zat yang aman (tidak merusak), yaitu air.
Salah satu
hal penting dalam hal ini adalah,sebuah sel bahan bakar mampu membangkitkan
listrik searah (DC) dalam jumlah sangat sedikit. Dalam kenyataannya banyak sel
bahan bakar disusun menjadi suatu ‘stack’ (susunan/kumpulan sel-sel) untuk menghasilkan listrik
energi yang besar.
Seiring
perkembangan ilmu dan teknologi yang semakin pesat,kebutuhan akan bahan bakar
semakin meningkat, sdangkan cadangan bahan bakar minyak yang ada di perut bumi semakin
menipis dan suatu saat nanti akan habis.
Oleh
karena itu berbagai kemampuan manusia dikerahkan untuk mencari sumber energi
baru untuk menggantikan sumber energi dari bahan bakar minyak atau bahan bakar
fosil. Suatu sumber energi alternatif yang memiliki keunggulan terbaik adalah
“sel bahan bakar oksida padat” atau “solid oxide fuel cell”, yang selanjutkan
dapat kita sebut saja “fuel cell”. Keunggulannya adalah menggunakan
elektroda-elektroda yang tidak mahal, dan elektrolit padat. Energi yang
dihasilkan adalah energi listrik yang mudah diubah ke bentuk energi lain. Dan
yang paling menjanjikan adalah tidak menimbulkan emisi gas buang yang berbahaya
bagi manusia maupun lingkungan alam. (Setyabudi, 2015)
Problem
utama dalam pemanfaatan energi surya adalah faktor siang dan malam yang selalu bergantian
datangnya sehingga kontinuitas perolehan energi surya selalu terputus pada
malam hari. Meskipun demikian
manusia dapat memanfaatkan baik secara langsung maupun tak dapat secara langsung menggunakan
bahan bakar alami yang ada dibumi, untukya menginformasikan
adanya alat.
langsung dengan bantuan pesawat-pesawat pengubah energi, yang mengubah energi surya menjadi tenaga listrik, tenaga mekanis dan pemanas air pada saat matahari sedang bercahaya. Dan yang paling menjanjikan adalah tidak menimbulkan emisi gas buang yang berbahaya bagi manusia maupun lingkungan alam. Saat ini energi surya dimanfaatkan baik dengan teknologi sederhana maupun canggih. Konversi energi surya dibedakan menjadi: umber tenaga listrik dari energi sury,enaga mekanis dari energi surya, Sistem pemanas air/udara melalui tenaga surya
Pembangkit listrik energi surya dalam pelaksanaannya dibagi atas 4 metode, antara lain:
1. Dengan sistem photovoltaic
2. Dengan sistem konversi photoelektrokemis
3. Dengan sistem penerima termal surya terditribusi
4. Dengan sistem penerima termal surya secara sentral
Sel surya dapat berupa alat semikonduktor penghantar aliran listrik yang dapat secara langsung mengubah energi surya menjadi bentuk tenaga listrik secara efisien. Alat ini digunakan secara individual sebagai alat pendeteksi cahaya pada kamera maupun digabung seri maupun paralel untuk memperoleh suatu harga tegangan listrik yang dikehendaki sebagai pusat penghasil tenaga listrik.
Hampir semua sel surya dibuat dari bahan silicon berkristal tunggal. Bahan ini sampai saat ini masih menduduki temapt paling atas dari urutan biaya pembuatannya bila dibandingkan dengan energi listrik yang diproduksi oleh pesawat-pesawat konvensional. Hal ini disebabkan oleh harga silikon murni yan masih mahal. Meskipun berbahan dasar pasir silikon (SiO2), tetapi untuk membuatnya diperlukan biaya produksi yang tinggi.
Konversi dari tenaga surya menjadi tenaga listrik melalui sel surya adalah melalui tahapan proses berikut:
1. Absorpsi cahaya dalam semikonduktor
2. Membangkitkan serta memisahkan muatan positif dan negatif bebas ke daerah-daerah lain dari sel surya, untuk membangkitkan tegangan dalam sel surya
3. Memindahkan muatan-muatan yang terpisah tersebut ke terminal-terminal listrik dalam bentuk aliran tenaga listrik.Alat ini digunakan untuk kontrol instrumen elektronik pada satelit komunikasi pertama (Early Bird), dengan kekuatan terpasang sebesar 75 Watt. Roket Vanguard I yang diluncurkan tahun 1958 membawa satelit generator photovoltaic sebagai pendukung daya listrik utama, sedangkan satelit Intelsat IV menggunakan generator photovoltaic berkekkuatan 600 Watt. Skylab yang menggunakan 312.000 sel surya dapat menghasilkan tenaga listrik untuk daerah- daerah terpencil, dapat digunakan untuk menyuplai lisrik untuk keperluan rumah tangga, indutri, pertanian, dan irigasi
Telah disebutkan bahwa efisiensi maksimum yang dapat dicapai secara teoritis dari generator photovoltaic adalah 25% sedang dalam pelaksanaanya bahkan berkurang hingga 15% saja. Hal tersebut disebabkan beberapa faktor, antara lain:
1. Adanya kerugian pantulan pada permukaan sel surya yang tidak dapat dihindari
2. Daya penyerapan yang kurang sempurna
3. Ikatan pada pasangan lubang elektron yang kurang sempurna
4. Timbulnya tahanan dalam secara seri yang menyebabkan tambahan lengkung degradasi
5. Suatu faktor tegangan
Berbeda dengan generator photovoltaic yang menggunakan elemen silikon (sistem kering), pada sistem ini konversi photoelektrokemis energi surya diubah melalui elektrolisa air (sistem basah) di mana melalui alat konverter tersebut ditumbuhkan tenaga listrik dan tenaga kemis yang berupa gas hidrogen sebagai bahan bakar. Kalau sistem generator listrik, baik photovoltaic maupun konversi photoelektrokemis, mengolah gelombang sinar elektromagnetik menjadi tenaga listrik, dalam sistem ini gelombang sinar thermisnya yang diubah menjadi tenaga listrik melalui konsentrator thermis pemanas fluida sebagai media utama penggerak turbin yang berfungsi menggerakkan generator listrik.
Dalam pelaksanaannya dibedakan antara
sistem penerima kalor
melalui
kolektor-
kolektor pelat datar
dan
sistem penerima
kalor yang
difokuskan pada
saluran-saluran pipa
pemanas/penguap melalui konsentrator berbentuk parabola. Pada pesawat sistem penerima kalor
yang berbentuk pelat datar, pipa-pipa penguap berada di bawah
pelat-pelat datar penyerap utama
kalor thermis dari energi surya, di mana suhu yang
dapat dicapai berkisar antara 121°C sampai dengan 538°C sehingga lebih menguntungkan dan lebih efisiensi pula.
Cara kerja dari kedua pesawat adalah sama, yakni memanaskan fluida baik yang berupa air, natrium, maupun gas helium sebagai media utama penggerak turbin. Untuk pesawat yang menggunakan air, uap yang terjadi ditampung dalam suatu drum kolektor untuk kemudian didistribusikan ke pesawat-pesawat turbin penggerak generator listrik. (Pudjanarsa,2006) Sebagian besar sel bahan bakar operasional adalah sel bahan bakar suhu rendah yang menggunakan hidrogen dan oksigen sebagai reaktan. Sebagian besar sel ini beroperasi pada suhu di bawah 500 K, dan sementara menurunkan suhu operasi meningkatkan efisiensi konversi, laju oksidasi atau output daya sel dapat ditingkatkan dengan meningkatkan tekanan sistem dan / atau
suhu. Sel bahan bakar redoks adalah sel bahan bakar oksigen hidrogen yang berbeda dari sel bahan bakar normal di mana reaksi kimia tidak terjadi pada elektron . Sel redoks memiliki dua larutan elektrolit yang dipisahkan oleh membran penukar ion dan gas reaktan digelembungkan melalui masing-masing elektrolit. Sel ini secara inheren kurang efisien daripada sel konvensional tetapi memiliki resistensi dan kerugian polarisasi yang lebih rendah dan berpotensi kepadatan arus yang lebih tinggi. Keuntungan utama sel ini adalah dapat beroperasi pada reaktan yang relatif tidak murni.
Banyak penelitian sedang dilakukan pada pengembangan sel bahan bakar suhu tinggi yang dapat digunakan untuk beroperasi dengan bahan bakar tidak murni dan murah, seperti hidrokarbon. Untuk memanfaatkan bahan bakar hidrokarbon, pertama-tama harus dipecah menjadi hidrogen dan karbon monoksida. Penggunaan dua gas bahan bakar (karbon monoksida dan hidrogen) dalam sel bahan bakar mempersulit pemilihan elektrolit dalam sistem ini. Selain itu, karena sistem ini beroperasi pada suhu hingga 1200 K, itu menghalangi penggunaan elektrolit berair dan lainnya untuk elektrolit padat atau garam cair. Dua kemungkinan elektrolit untuk sistem ini adalah campuran oksida atau semacam garam karbonat (CO3).
Setiap sel bahan bakar yang berhasil harus memenuhi dua persyaratan utama yaitu
invarian dan persyaratan reaktivitas. Persyaratan invarian menentukan bahwa sistem harus dirancang untuk beroperasi secara andal untuk jangka waktu yang lama. Tidak boleh ada keracunan katalis oleh kotoran dalam reaktan, tidak ada penyumbatan pori-pori elektroda, tidak ada gelembung melalui reaktan, dan tidak ada interdifusi og reaktan.
Persyaratan reaktivitas berkaitan dengan memperoleh energi maksimum yang mungkin dari reaksi kimia pada laju reaksi yang relatif tinggi. Jadi, penting bahwa semua atom bahan bakar teroksidasi sepenuhnya selama operasi sel. Laju reaksi juga dapat ditingkatkan dengan menggunakan elektroda berpori yang diambil untuk meningkatkan laju reaksi biasanya bertentangan dengan persyaratan invarian.
Sejumlah sel bahan bakar telah berhasil digunakan untuk
aplikasi khusus. Sistem ini telah digunakan secara luas dalam program luar angkasa untuk aplikasi jangka pendek yang relatif seperti penerbangan ruang angkasa berawak dan misi Apollo ke bulan. Sayangnya, sel
bahan bakar belum berkembang ke titik di mana mereka dapat memasok energi listrik ekonomis dalam jumlah besar secara efisien untuk jangka waktu yang lama. Bahkan, beberapa orang yang bekerja di bidang ini memiliki keraguan bahwa sel bahan bakar akan pernah memenuhi aplikasi
tertentu itu. Energi elektromagnetik dapat dikonversi langsung menjadi energi listrik dalam sel
fotovoltaik, yang biasa disebut sel surya. Seperti sel bahan bakar , efisiensi konversi maksimum
sistem ini tidak dibatasi oleh efisiensi siklus mesin panas yang dapat dibalik secara eksternal.
Namun demikian, konversi energi matahari menjadi energi listrik terbatas pada
efisiensi konversi yang relatif rendah
Prinsip pengoperasian sel fotovoltaik ditemukan oleh Adams and Day pada tahun 1876, menggunakan selenium. Pada tahun 1919, Coblenz menemukan bahwa tegangan diinduksi antara daerah yang diterangi dan gelap kristal semikonduktor. Namun, konversi fotolistrik pada dasarnya adalah fenomena laboratorium sampai 1941 ketika Ohl menemukan efek fotovoltaik di persimpangan p-n dari dua semikonduktor. (Culp,1979) Cara yang baik untuk menemukan bagaimana kinerja sel surya adalah dengan melakukan tes khusus. Sel surya terestrial mengalami berbagai perubahan kondisi, beberapa di antaranya meningkatkan outputnya dan yang lain membatasi. Ada empat variabel yang memiliki efek signifikan: cahaya, suhu, luas sel, dan beban. Cahaya menyerang sel dalam jumlah yang bervariasi, sel surya terpapar ke berbagai suhu, sel surya diproduksi dengan berbagai dimensi atau jumlah luas permukaan, dan perangkat yang mengkonsumsi daya atau banyak ukuran yang berbeda melekat pada terminal ini. generator tenaga surya. Pengetahuan kita tentang fotovoltaik akan sangat maju jika kita bisa mengisolasi kondisi individu ini dan membiarkannya memengaruhi sel kita satu per satu.
Prosedur yang sehat secara ilmiah adalah menahan semua kecuali satu dari keadaan yang berubah saat memanipulasi variabel yang tersisa. Untuk menghemat waktu dan meningkatkan akurasi percobaan kami, akan lebih mudah jika kita bisa menggerakkan matahari di langit sesuka hati atau kadang-kadang menjaga posisinya tetap. Kami ingin memvariasikan suhu pada rentang yang luas, jadi akan sangat berguna jika kita dapat beralih dari musim panas ke musim dingin dan membawa salju beku atau menahan panas. Kami akan memiliki sel dengan berbagai ukuran untuk bereksperimen, dan sebagai beban kami akan menggunakan resistor variabel. Tempat uji akan berada di luar ruangan di permukaan laut di area terbuka yang luas tanpa penghalang atau tempat teduh.Kami membutuhkan beberapa instrumen untuk mengukur kinerja sel surya kita. Meter tegangan (voltmeter) dipasang di terminal sel surya, dan meter arus (ammeter) ditempatkan secara seri dengan beban. Pada siang hari matahari pada hari yang cerah, sebuah situs di bumi mengalami tenaga surya maksimum pada hari itu. (Buresch, 1983)
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Peralatan
dan Fungsi
- Panel surya
Fungsi: sebagai alat yang akan
menyerap cahaya yang dipantulkan terhadapnya
- Load
measurement box
Fungsi: alat yang akan mengukur
besarnya arus listrik yang dihasilkan oleh panel surya
- Banana
Jack
Fungsi: sebagai penghubung panel surya
dengan load measurement box dan penghubung
antara panel surya, fuel
cell dan mobil
- Lampu PAR 100-200 watt
Fungsi: sebagai sumber cahaya yang
dipantulkan ke panel surya
- Penggaris 60 cm
Fungsi: sebagai alat yang akan
mengukur jarak antara panel surya dengan sumber cahaya dan mengukur jarak
lintasan mobil
- Busur derajat
Fungsi: alat yang akan mengukur sudut
cahaya
- Fuel
cell
Fungsi: sebagai wadah hidrogen dan
oksigen direaksikan
- Mobil
Fungsi: sebagai alat untuk menguji
tenaga hidrogen
9.
Stopwatch
Fungsi: untuk menghitung waktu tempuh mobil
10. Senter
Fungsi: untuk melihat volume H2 dalam
fuel cell
11. Kacamata hitam
Fungsi: untuk menghindari mata dari sinar radiasi
(cahaya lampu)
12. Cok Sambung
Fungsi: untuk menyambungkan arus dari PLN ke
komponen
13. Balok Kayu
Fungsi: Sebagai penyangga mobil
3.2 Bahan dan Fungsi
1. Air terdistilasi
Fungsi: untuk mempermudah menghasilkan
Hidrogen yang akan digunakan sebagai bahan bakar
3.3 Prosedur
Percobaan
3.3.1 Orientasi Panel Surya
1.
Disiapkan
semua peralatan percobaan
2.
Disambungkan
panel surya pada terminal current load
mesurement box dengan menggunakan kabel-warna merah dengan warna merah dan
warna hitam dengan warna hitam
3.
Diatur posisi
sumber cahaya dengan jarak 20 cm antara sumber cahaya dan panel surya
4.
Diputar kenop
load pada short circuit lalu tekan tombol ON/OFF
5.
Diperiksa
layar hingga muncul angka pada LMB. Jika tidak muncul, periksa kembali
sambungannya. Jika muncul angka negatif, maka sambungan terbalik dan anda perlu
membetulkannya
6.
Diputar kenop
load pada 3 Ω
7.
Diatur posisi
panel surya dan sumber cahaya sehingga panel surya berhadapan langsung dengan
sumber cahaya
8.
Dinyalakan
lampu
9.
Digerakkan
lampu mendekati atau menjauhi panel surya sambil dijaga sudut pencahayaan pada
0 derajat
10. Diukur dan dicatat jaraknya
11.
Dituliskan
arus yang tercantum pada ammeter
12.
Diulangi
percobaan no 7, 8 dan 9 dengan
mengubah sudut pencahayaan pada 10o,
20o,
30o, 40o, 50o, 60o, 70o,
80o dan 90o
13.
Dimatikan
lampu
14. Dikembalikan peralatan seperti keadaan awal/ dirapikan.
3.3.2 Tenaga Hidrogen
1.
Disiapkan
semua peralatan danbahan
2.
Diletakkan
fuel cell pada posisi terbalik di permukaan yang datar
3.
Dilepaskan
stopper yang ada pada silinder fuel cell
4.
Dituangkan
air terdistilasi pada kedua silinder penyimpanan hingga air sejajar dengan tabung
kecil di tengah silinder
5.
Disentuh
perlahan fuel cell untuk membantu air mengalir menuju area di sekitar membran
dan pelat besi pengumpul air
6.
Ditambahkan
air hingga meluber ke tabung pada silider
7.
Dipasang
kembali stopper pada silinder. Pastikan tidak ada udara pada silinder tersebut
8.
Dipasang
kabel merah pada terminal warna merah dan kabel hitam pada terminal warna hitam
pada panel surya
9.
Diaturjarak panel suryadenganlampu PAR 100-200 Watt minimal 20 cm
10. Dihidupkanlampu
11. Ditunggu higga Hidrogen pada tabung fuel cell terisipenuh
12. Dicabutkabelpenghubung panel suryadan fuel cell
13. Disiapkan stopwatch dan dalam posisi start
14. Dipasang kabel merah dan hitam dari fuel cell ke
terminal hitam dan merah pada mobil
15. Ditekan start pada stopwatch
16. Diamatai volume HIdrogen yang digunakandalamrentang 3 mL,
5 mL,
8 mL,
10 mL dan 13mL. Sambil dicatat waktu roda berputar
17. Dikembalikan peralatan seperti keadaan awal/dirapikan.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Percobaan
KESIMPULAN
5.1 Kesimpulan
1.
Faktor yang
mempengaruhi nilai arus listrik yang dihasilkan panel surya:
- Jumlah sinar matahari yang mencapai panel surya
Intensitas cahaya matahari mempengaruhi karakteritik
nilai arus-tegangan pada panel surya. Semakin tinggi iradiasi matahari maka
daya yang dihasilkan modul sura akan semakin meningkat, dan sebaliknya.
- Hambatan listrik beban Panel surya sangat bergantung pada cahaya
mathari untuk mengahasilakn tenaga listrik yang menghasilkan pengaruh nilai
arus listrik. Cuaca yang tidak selamanya cerah tentu bisa berpengaruh terhadap
tegangan listrik yang dihasilkan oleh panel surya.
- Suhu ideal panel surya
Panel
surya dapat bekerja dengan maksimal apabila kondisi sel terjagga pada suhu 25
derajat celcius sehingga sistem panel surya dapat bekerja dengan efisien.
- Intensitas sinar matahari
Ada
beberapa cara agar sistem panel surya surya di rumah mendapatkan sinar matahari
yaitu dengan cara menentukan arah pemasangan panel surya di rumah serta
mempertimbangkan sudut dari kemiringannya.
- Orientasi panel surya
Pemasangan
pv modul surya harus menhadap ke arah khatulistiwa, agar mendapat penyinaran
yang optimal sehingga dapat menghasilkan energi yang maksimum.
2. Orientasi panel surya terhadap sumber cahaya dapat kita lihat misalnya pada pemasangan pv panel surya yang harus menghadap arah khatulistiwa, agar pv panel surya mendapatkan penyinaran yang optimal sehingga dapat menghasilkan energi yang maksimum terhadap sumber cahaya. Pv panel surya yang dipasang di arah khatulistiwa harus diletakkan mendatar agar menghasailkan energi yang maksimum terhadap sumber cahaya.
4.
Kita dapat
mengetahui bahwa prinsip kerja dari fuell cell adalah konversi energi kimia
oleh bahan bakar CH3OH (methanol) menjadi energi listrik yang
nilainya (tegangan dan arus yang mengalir) pada LM Box. Konversi energi kimia
menjadi energi listrik yang mana gas dari H2 dialirkan kemudian dari
O2 dialirkan ke katoda. Pada anoda terjadi pemecahan H2
yang akan menjadi proton dan elektron mengalir melalui membran sehingga
elektron melalui molekul eksternal sirkuit. Dengan mengalirnya
elektron-elektron ke katoda sehingga menghasilkan arus listrik.
DAFTAR
PUSTAKA
Daniels, David k.Mc.1929. THE SUN OF FUTURE ENERGY SOURCE. New York: Jhon &
Wiley & Sons.
Edisi kedua.
Pages: 159, 278-281.
Harper, Gavin D.J. 2007. SOLAR ENERGY PROJECTS FOR THE EVIL GENIUS. New York:
McGraw-Hill.
Pages: 27-34, 129.
Kadir, Abdul. 1996. PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK. Jakarta: UI-Press.
Halaman: 4-5, 65-67.
Pudjanarsa, Astu. 2006. MESIN KONVERSI ENERGI. Yogyakarta: C.V Andi Offset
Halaman: 224-229.



Tidak ada komentar:
Posting Komentar