SUMBER-SUMBER LISTRIK BATERAI GENERATOR SEL SURYA

BAB I

Pendahuluan

Sumber-sumber energi listrik yaitu baterei, aki, dinamo, generator, sel surya dan energi nuklir. Apa jadinya kalau dunia ini tanpa listrik? Sudah psti dapat dibayangkan betapa lumpuhnya dunia ini. Kita tahu bahwa hampir semua alat kebutuhan kita menggunakan tenaga listrik. Contohnya AC, kulkas, Handphone, penanak nasi, kereta api dan lain sebagainya. Lalu, darimana kita bisa mendapatkan sumber listrik? Nah, pada dasarnya Energi listrik berasal dari sumber energi listrik. Dan sumber-sumber energi listrik itu antara lain:

1. Baterai

Baterai adalah contoh sumber energi listrik dimana energi yang dihasilkan berasal dari energi kimia. Kalau sobat pernah membuka baterai, sobat akan melihat ada sebuah batang karbon yang dibungkus dengan serbuk hitam. Serbuk itu adalah bahan kimia yang berfungsi sebagai penghantar listrik. Batang karbon dan serbuk itu kemudian dibungkus oleh seng. Seng itu sendiri berfungsi sebagai kutub negatif dan batang karbon tersebut sebagai kutub positif. Serbuk itu sendiri, karena bersifat penghantar listrik, sehingga disebut elektrolit. Baterai kemudian disebut sebagai elemen kering.

2. Aki

Kalau baterai adalah elemen kering, maka Aki adalah elemen basah. Mengapa? karena di dalam aki terdapat larutan yang disebut dengan asam sulfat, fungsinya sebagai penghantar atau elektrolit (fungsinya sama dengan serbuk pada baterai). Pada aki, kutub negatifnya adalah pelat timbal dan kutub positifnya adalah pelat timbal peroksida.

Nah, Aki bisa menghasilkan kekuatan listrik yang lebih besar dari pada baterai, tergantung dari kapasitas dan besar aki tersebut. Aki biasanya terdapat pada motor dan mobil.

3. Dinamo

Dinamo adalah sejenis alat yang mengubah energi gerrak menjadi energi listrik. Dinamo terdiri atas kumparan dan magnet. magnet itu terletak diantara kumparan dan terhubung dengan kepala dinamo. Untuk melihat cara kerja dinamo, sobat boleh melihat cara kerja dinamo pada sepeda. Dinamo pada sepeda berfungsi sebagai sumber energi untuk menyalakan lampu sepeda. Semakin cepat roda sepeda berputar, maka semakin cepat pula dinamo berputar. kalau dinamo semakin cepat berputar, maka energi yang diahsilkan semakin besar, ditandai dengan semakin cepat laju sepeda, semakin terang pula lampu sepeda tersebut. Tentu saja, kepada dinamo harus menempel pada roda sepeda.

4. Generator

Sama halnya seperti dinamo, cara kerja dan fungsinya sama. hanya saja, energi yang dihasilkan generator lebih besar dari pada dinamo.

5. Sel Surya

Di dunia ini, sumber energi alami dan terbesar adalah matahari. Energi yang dihasilkan matahari adalah energi panas dan energi cahaya. Saat ini, seiring kemajuan teknologi, energi panas dari matahari dapat diubah menjadi energi listrik. Untuk mengubahnya, kita memerlikan sebuah alat yang dinamakan dengan sel surya. Sel surya dapat diletakkan dimana saja dimana terdapat cahaya matahari, misalnya di atap rumah, halaman dan lain sebagainya. 

Pernahkah kalian melihat sebuah kalkulator yang kehabisan baterai atau tanpa baterai, dapat digunakan di siang hari, akan tetapi tidak bisa digunakan pada malam hari? Yup, itu karena menggunakan tenaga sel surya untuk menghasilkan energi listrik agar kalkulator itu dapat berfungsi, tentu saja selama cahaya matahari masih ada.

6. Nuklir

Pasti sobat tahu kan kasus baru-baru ini dimana sebuah PLTN atau Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir di Jepang terbakar? Nah, ledakannya dan radiasinya besar sekali bukan? itu karena Nuklir adalah sumber energi yang sangat besar. Energi Nuklir dihasilkan dari reaksi atom di dalam sebuah reaktor. Nuklir juga dapat digunakan sebagai bahan pembuat bom atom. Dan lagi-lagi contohnya adalah bom atom Hirosima dan Nagasaki di Jepang pada perang dunia ke-2 dimana dampaknya masih tersisa hingga kini.

Nuklir dapat digunakan sebagai pembangkit listrik. Bahkan satu gardu dapat menerangkan 1 kota besar. Uniknya PLTN ini tidak menimbulkan polusi, namun kalau ada kebocoran, dapat menimbilkan radiasi yang mengakibatkan kecacatan dan bahkan kematian.

Namun, disini saya hanya akan menjelaskan 3 sumber-sumber listrik yaitu: Baterai, Generator, Sel surya(Solar Cell

BAB II

PEMBAHASAN

1.1Pengertian Baterai

Siapa yang tidak mengenal Baterai?. Benda yang ada di dalam mobil, MP3 player, remote, mainan, dan telepon selular. Baterai merupakan sebuah kaleng berisi penuh bahan-bahan kimia yang dapat memproduksi electron. Reaksi kimia yang dapat menghasilkan electron disebut dengan Reaksi Elektrokimia. Jika kita memperhatikan, kita bisa lihat
bahwa betrai memiliki dua terminal. Terminal pertama bertanda Positif (+) dan terminal Kedua bertanda negatif (-).

Elektron-elektron di kumpulkan pada kutub negatif. Jika kita menghubungkan kabel antara kutub negatif dan kutub positif, maka elektron akan mengalir dari kutub negatif ke kutub positif dengan cepatnya. Selain kabel, sebuah penghubung atau Load dapat berupa light bulb, sebuah motor atau sirkuit elektronik seperti radio.

Di dalam beterai sendiri, terjadi sebuah reaksi kimia yang menghasilkan elektron. Kecepatan dari proses ini (elektron, sebagai hasil dari elektrokimia) mengontrol seberapa banyak elektron dapat mengalir diantara kedua kutub. Elektron mengalir dari baterai ke kabel dan tentunya bergerak dari kutun negatif ke lutub positif tempat dimana reaksi kimia tersebutr sedang berlangsung. Dan inilah alsan mengapa baterai bisa bertahan selama satu tahun dan masih memiliki sedikit power, selama tidak terjadi reaksi kimia atau selama kita tidak menghubungkannya dengan kabel atau sejenis Load lain. Seketika kita menghubungkannya dengan kabel maka reaksi kimia pun dimulai.

Secara harfiah berarti baterai. Yang berfungsi sebagai media penyimpan dan penyedia energi listrik. Sumber listrik yang digunakan sebagai pembangkit power dalam bentuk arus searah (DC). Alat ini digunakan elektronika termasuk diantaranya komputer. Baterai merupakan sekumpulan sel-sel kimia yang masing-masing berisi dua electron logem yang dicelupkan dalam larutan penghntar yang disebut elektrolit.Akibat reaksi-reaksi kimia antara konduktor-konduktor dan elektrolit satu elektroda anoda bermuatan positif dan lainnya, katoda ,menjadi bermuatan negatif.

Baterai adalah alat listrik-kimiawi yang menyimpan energi dan mengeluarkannya dalam bentuk listrik. Baterai terdiri dari tiga komponen penting, yaitu: batang karbon sebagai anoda (kutub positif baterai) seng (Zn) sebagai katoda (kutub negatif baterai) pasta sebagai elektrolit (penghantar).

Baterai tersebut terdiri atas suatu silinder seng yang berisi pasta dari campuran batu kawi MnO2, salmiak NH4Cl karbon C dan sedikit air. Seng berfungsi sebagai anode dan grafit yang dicelupkan ditengah-tengah pasta sebagai elektroda inert yang merupakan katode. Pasta itu sendiri berfungsi sebagai oksidator.

1.2 Jenis Baterai
Baterai dikelompokan menjadi 2 jenis yaitu :
1. Baterai Primer yaitu batere yang hanya digunakan satu kali, dan setelah habis isi (Recharge).

a.    Baterai Leclenche (Zn MnO2) baterai sel kering /Dry Cell. Merupakan jenis baterai yang banyak digunakan sejak beberapa puluh tahun yng lalu. Satu sel batere berkapasitas 1,5 volt. Kutub positif (Anoda) mengunakan Zn, Kutub negatip (Katoda) menggunakan MnO2 Pada suhu tingi kapasitas sel leclanche akan turun dengan drastic, oleh sebab itu penyimpanan batere ini harus ditempat yang bersuhu rendah.

b.    Baterai sel kering Magnesium (MgMnO2). Merupakan jenis batere yang memiliki konstruksi serupa dengan batere seng. Memiliki kapasitas satu cell 1,5 volt. Kutub positip (Anoda) menggunakan Mg, Kutub negatif (Katoda) menggunakan MnO­2. Baterai ini memiliki kelebihan kapasitas umur 2x sel kering dan stabil pada temperature tinggi. Adapun kekurangannya yaitu, tidak bisa dibuat sekecil mungkin. Pada keadaan kerja akan timbul Reaksi Parasitik akibat dari pembuangan gas hydrogen.

c.    Baterai MnO2 Alkaline. Sama seperti dua jenis baterai diatas dan memiliki kapasitas 1,5 volt, hanya memiliki perbedaan pada segi konstruksi, elektrolitnya, dan tahanan dalamnya lebih kecil. Batere ini memiliki kelebihan yaitu :
· Pada proses pemakaian akan tetap pada rating yang dimiliki meskipun pemakaiannya tak menentu.
· Pada pembebanan tingi dan terus menerus, mampu memberikan umur pelayanan 2 – 10 kali pemakaian dari sel leclanche.
· Sangat baik dioperasikan pada temperature rendah sampai -25 derajat celcius.
Baterai yang sering digunakan adalah zinc-alcaline manganese oxide. zinc-alcaline manganese oxide memberikan daya olebih per penggunaannya dibandingkan batere sekunder. zinc-alcaline manganese oxide mempunyai umur (waktu hidup yang lama).
Rechargeable alcaline
Baterai alcaline mempunyai umur(waktu hidup) yang panjang ,namun daur hidupnya lebih pendek dari pada batere sekunder lainnya.

d.    Sel Merkuri. Baterai ini pada Anoda menggunakan Zn dan pada katoda menggunakan Oksida Merkuri. Dan pada elektrolit menggunakan Alkaline. Kapasitas maksimal stabil yaitu 1,35 volt, yang biasa digunakan pada tegangan referensi. Kapasitas dari batere ini dapat sampai 1,4 volt bila katodanya Oxida Merkuri atau Oxida Mangan. Dari segi ukuran berdiameter dari 3/8- 1 inchi.

e.    Sel oksida perak (AgO2). Baterai ini pada Katoda menggunakan serbuk elektroloit alkaline dan pada Anoda menggunakan oksida perak. Teganagan pada Open Circuit yaitu1,6 volt dan tegangan nominal pada beban sebesar 1,5 volt apabila katodanya oksida merkuri atau oksida mangan. Dari segi ukuran batere ini sebesar 0.3 – 0.5 inchi. Biasa digunakan untuk kamera, alat bantu pendengaran dan jam elektronik.

f.     Baterai Litium. Jenis baru dari sel primer, yang mempunti tegangan out put yang tinggi,memiliki umur yangf panjang, ringan dan kecil. Sehingga baterai ini digunakan untuk pemakaian khusus. Tegangan out put tanpa beban sebesar 2,9 volt atau 3,7 volt, tergantung dari elektrolit yang digunakan. Penggunaan litium sangat terbatas, biasa digunakan dalam bidang militer, karena apabila tidak hati-hati dalam penggunaan bisa meledak.

2. Baterai Sakunder yaitu batere yang bias digunakan berkali kali dengan mengisi kembali muatannya, apabila telah habis energinya setelah dipakai.

1.3 Bahan Kimia Yang Digunakan dalam Pembuatan

Belerang, Air raksa, Asam sulfat, Seng, Amonium klorida, Antimon, Kadmium, Perak, Nikel, Hidrida logam nickel, Litium, Hidrida, Kobalt, Mangan, Nitrogliserin, Rubidium

1.4 Baterai dan Sistem Daya

Konstruksi baterai

Baterai, dalam dunia listrik, sebuah baterai adalah satu set sel volta yang dibuat untuk menghasilkan tegangan atau arus sebesar mungkin sebisa mungkin dengan menggunakan sebuah cell.

Simbol dari cell sangat sederhana, terdiri dari sebuah garis panjang dan sebuah garis yang pendek, paralel satu sama lain, dengan kawat yang terhubung:

Simbol dari baterai tidak lebih dari pada sepasang simbol cell yang dipasang seri:

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, tegangan yang dihasilkan dari suatu cell tergantung dari reaksi kimia dari jenis cell itu. Nilai tegangan tidak bergantung dari ukuran fisik dari cell itu. Untuk mendapatkan tegangan yang lebih besar dari pada output tegangan cell tunggal, beberapa cell harus dihubungkan seri. Total tegangan adalah jumlah tegangan dari semua cell yang disusun seri itu. Baterai Aki  yang umum memiliki enam buah cell, dimana tegangan nominalnya adalah 6 × 2 V atau 12 Volt :

masing-masing Cell pada sebuah baterai aki diletakkan pada rumahan yang terbuat dari bahan karet yang keras, dihubungkan satu sama lain menggunakan batangan timbel didalam kawat. Elektroda dan larutan elektrolitnya diletakkan terpisah, dipisahkan oleh sekat-sekat pada casis baterai.

Untuk kemudahan, simbol baterai biasanya dibatasi hanya menggunakan empat garis, panjang-pendek secara selang-seling, walaupun dalam kondisi yang sebenarnya baterai mungkin memiliki cell yang lebih banyak dari pada itu. Namun, beberapa baterai yang tidak biasa, yang memiliki tegangan yang tinggi, digambarkan memiliki garis-garis yang berjumlah lebih banyak.Garis-garis itu, tentu saja, melambangkan jumlah dari masing-masing pelat cell.

Kapasitas perkiraan dari beberapa baterai yang umum dinyatakan sebagai berikut (dalam satuan amp-hour)

Baterai otomotif/aki :  70 amp-hours @ 3.5 A (cell sekunder)

Baterai karbon-seng ukuran D  : 4.5 Ah @ 100 mA (cell primer)

baterai karbon-seng yang 9volt : 400 mAh @ 8 mA (baterai primer)

Selama baterai mengalami disharge, tidak hanya cadangan energi di dalamnya yang berkurang, tetapi nilai resistansi internalnya akan meningkat (karena elektrolit akan menjadi semakin berkurang sifat konduktifnya), dan tegangan open-circuit pada cell itu juga berkurang (karena bahan-bahan kimianya semakin berkurang). Tetapi hal yang paling berpengaruh adalah nilai resistansinya yang meningkat. Cara terbaik untuk memeriksa kondisi baterai adalah dengan mengukur tegangannya saat dihubungkan ke suatu beban, saat baterai itu menyuplai arus pada suatu rangkaian. Namun, terkadang saat melakukan pengukuran tegangan baterai menggunakan voltmeter terjadi kesalahan  pengukuran.  Bahkan baterai yang nilai resistansinya telah meningkat, dianggap masih “sehat” oleh voltmeter. Apabila voltmeter menunjukkan nilai tegangan yang terlalu rendah dari pada seharusnya, maka penyebabnya sudah pasti karena baterai itu telah mengalami discharge:

Baterai yang terisi penuh:

Sekarang, baterainya telah dipakai sebentar saja  . . . .

dan setelah proses discharge lebih lama (digunakan lebih lama lagi) . ..  ..

dan isi baterai tinggal sedikit hampir mati

Contoh baterai yang lainnya adalah solar cell,  yang merupakan hasil penemuan dari revolusi semikonduktor dalam dunia elektronika. Efek fotoelektrik, dimana elektron terlepas dari atomnya disebabkan oleh pengaruh cahaya, yang telah dikenal dalam dunia fisika selama beberapa dekade, tetapi baru dikembangkan dalam teknologi semikonduktor yang mampu menerapkan prinsip ini untuk keperluan-keperluan praktis. Konversi efisiensi untuk solar cell silikon ini masih rendah, tetapi keuntungan dalam bidang sumber energi sangatlah besar: tidak ada bagian yang bergerak, tidak ada noise, tidak ada pemborosan dan tidak ada polusi.

Tetapi harga untuk teknologi solar cell ini (dollar per kilowatt nya) masihlah mahal. Tidak seperti komponen elektronik lainnya yang terbuat dari bahan semikonduktor, yang bisa dibuat semakin kecil, kecil, dan mengecil dan kualitasnya pun juga semakin meningkat. Tetapi untuk solar cell ini, tidak bisa dibuat semakin kecil dan mengecil.

Jenis lain dari baterai yang dibuat untuk tujuan khusus adalah chemical detection cell (cell pendeteksi bahan kimia). Dengan diletakkan saja, cell-cell ini akan bereaksi dengan bahan kimia tertentu di udara dan menghasilkan tegangan langsung yang nilainya proporsional dengan konsentrasi bahan kimia itu. Penggunaan umum dari alat ini adalah cell yang digunakan untuk mengukur kadar oksigen. Banyak alat penganalisa oksigen portable yang didisain dalam cell yang kecil. Cell kimia harus didisain agar cocok dengan bahan kimia tertentu yang akan dideteksi/diukur, dan cell itu akan cenderung terlepas, karena bahan dari elektrodanya habis atau terkontaminasi saat dipakai.

1.5 Pertimbangan Praktis

Ketika kita menghubungkan beberapa baterai untuk membentuk “bank” yang lebih besar, unsur pokok dari baterai haruslah cocok antara baterai yang satu dengan baterai yang lainnya sehingga tidak menyebabkan masalah. Pertama-tama kita harus mempertimbangkan saat menghubungkan beberapa baterai untuk menghasilkan tegangan yang lebih besar:

Kita tahu bahwa nilai arus akan sama di semua titik pada suatu rangkaian seri, sehingga berapapun nilai arus nya, nilai arus ini haruslah sama yang mengaliri baterai-baterai yang dirangkai seri. Karena alasan inilah, masing-masing baterai harus memiliki rating amp-hour (Ah) yang sama, kalau tidak, maka salah satu baterai akan habis lebih cepat dari pada yang lainnya, berkompromi dengan kapasitas dari “bank” secara menyeluruh. Ingat bahwa kapasitas total amp-hour (Ah) dari baterai-baterai yang dirangkai seri membentuk suatu bank tidaklah dipengaruhi dari jumlah baterainya.

Selanjutnya, kita akan mempertimbangkan penyusunan baterai secara paralel untuk menghasilkan kapasitas arus yang lebih besar (resistansi internal lebih kecil), atau memperbesar kapasitas Amp-hour:

Kita tahu bahwa tegangan pada masing-masing cabang adalah sama pada rangkaian paralel, sehingga kita harus yakin bahwa baterai-baterai yang disusun paralel ini harus memiliki nilai tegangan yang sama. Bila tidak, akan terjadi aliran arus yang berputar diantara baterai yang satu dengan yang lainnya, baterai yang bertegangan lebih besar akan menyuplai energi ke baterai yang bertegangan lebih kecil. Ini tidaklah baik.

Pada masalah ini, kita membutuhkan pelindung arus berlebih (circuit breaker atau sekering) yang  dipasang pada suatu tempat sehingga bisa efektif. Untuk “bank” yang terdiri dari empat buah baterai seri, sebuah sekering sudah cukup untuk melingungi kawat itu dari kelebihan arus, karena satu saja ada titik yang terputus pada rangkaian seri, maka arus tidak mungkin bisa mengalir:

Sedangkan untuk “bank” yang terdiri dari baterai yang tersusun paralel, satu sekering cukup untuk melindungi kawat dari arus berlebih (diantara hubungan paralel baterai dengan beban), tetapi kita punya pertimbangan lain untuk perlindungan ini. Di dalam baterai mungkin saja terjadi hubung singkat (short circuit) karena kegagalan pada pemisah elektroda, menyebabkan suatu masalah: baterai yang masih bagus akan menyuplai daya kepada baterai yang mengalami kerusakan (kegagalan pada separator elektrodanya), sehingga arus yang sangat besar akan mengalir pada baterai-baterai yang terhubung paralel itu.  Untuk mencegah masalah ini, kita harus melindungi masing-masing baterai dari arus berlebih dengan memasang sekering pada masing-masing baterai (ditambah juga sekering pada beban):

Ketika anda menggunakan baterai cell sekunder, anda harus memperhatikan metode dan waktu lama pengecasan. Konstruksi dan jenis baterai yang berbeda memilikki perbedaan juga pada kebutuhan charging-nya, dan pabrik pembuatnya mungkin merekomendasikan petunjuk yang harus diikuti saat menggunakannya pada suatu sistem.  Ada dua macam kondisi berbeda pada proses pengecasan baterai yaitu cycling dan overcharging. Cycling berarti proses pengecasan sebuah baterai hingga kondisi full kemudian ia akan memasuki kondisi disharging pada level yang terendah (jadi habis  kembali hingga harus dicas lagi). Semua baterai memiliki masa cycling yang terbatas, dan jumlah cycle yang diperbolehkan (seberapa jauh baterai itu harus discharge pada suatu waktu) bervariasi dari suatu baterai dengan baterai yang lain. Overcharging adalah kondisi dimana arus secara kontinu terus menekan balik baterai sekunder itu walaupun baterai itu sudah pada level full charge (terisi penuh). timbel yang mengalami Overcharging pada aki akan menyebabkan proses elektrolisis pada air (menguapkan air keluar dari aki) dan membuat umur baterai itu berkurang.

Suatu baterai yang mengandung air pada elektrolitnya menyebabkan terproduksinya gas hidrogen karena elektrolisis. Biasanya ini disebabkan proses overcharging pada cell aki. hidrogen adalah gas yang sangat mudah terbakar (apalagi kalo ada oksigen bebas yang diciptakan dari proses elektrolisis yang sama). Baterai yang seperti ini bisa saja meledak walaupun digunakan dalam kondisi normalnya, dan harus diperhatikan dengan seksama. Pengguna aki haruslah memahami ledakan pada aki, dimana akan terjadi loncatan bunga api saat chargernya dilepas (suplai daya DC kecil) dari aki yang merupakan hasil pembakaran hidrogen pada casis baterai/aki itu, hal ini bisa terjadi ledakan pada  bagian atas dari baterai/aki, asam sulfur akan terpercik kemana-mana. Biasanya ini terjadi pada sekolah-sekolah jurusan otomotif. Apabila ada murid yang dekat dengan aki seperti ini tanpa mengenakan kaca mata pengaman dan pelindung/penutup tubuh, ini bisa menyebabkan cedera yang serius.

Ketika menyambungkan atau melepas peralatan charger baterai, selalu jauhkan colokan charger itu dari baterai. Karena apabila terjadi loncatan bunga api saat anda melepas/menyambung colokan charger pada stop kontak, api yang dihasilkan ini tidak menyulut gas hidrogen (sehingga hidrogen tidak terbakar).

Pada penggunaan yang luas, biasanya baterai khususnya aki dilengkapi dengan lubang angin diatas masing-masing cell, sehingga gas hidrogen bisa langsung keluar dari baterai. Bahaya yang terbesar adalah ketika gas hidrogen ini terakumulasi pada suatu tempat/ruangan, maka tinggal menunggu waktu saja untuk siap terbakar. Sedangkan pada beberapa aki yang modern, aki itu didisain secara tertutup, namun ia dimodifikasi sedemikian rupa sehingga hidrogen dan oksigen yang terelektrolisis kembali lagi ke air, di dalam casis baterai/aki itu.

1.6 Cara Kerja Baterai

Baterai adalah perangkat yang mampu menghasilkan tegangan DC, yaitu dengan cara mengubah energi kimia yang terkandung didalamnya menjadi energi listrik melalui reaksi elektro kima, Redoks (Reduksi – Oksidasi). Batere terdiri dari beberapa sel listrik, sel listrik tersebut menjadi penyimpan energi listrik dalam bentuk energi kimia. Sel batere tersebut elektroda – elektroda. Elektroda negatif disebut katoda, yang berfungsi sebagai pemberi elektron. Elektroda positif disebut anoda yang berfungsi sebagai penerima elektron.
Antara anoda dan katoda akan mengalir arus yaitu dari kutub positif (anoda) ke kutub negatif (katoda).

Sedangkan elektron akan mengalir dari katoda menuju anoda. Terdapat 2 proses yang terjadi pada baterai :      

1.     Proses Pengisian            : Proses pengubahan energi listrik menjadi                                          energi kimia

2.     Proses Pengosongan      : Proses pengubahan energi kimia menjadi                                          energi listrik

Bayangkan sebuah dunia di mana segala sesuatu yang menggunakan listrik harus terpasang pada steker listrik (colokan listrik). Senter, alat bantu dengar, ponsel, dan perangkat portable lainnya terhubung dengan steker, membuat ribet dan rumit. Kabel akan digantung di mana-mana, berbahaya dan tidak enak dipandang. Untungnya, baterai menyediakan kita sumber daya portable yang membuat banyak kenyamanan di era modern ini menjadi mungkin.

Meskipun ada berbagai jenis baterai, konsep dasar cara kerja baterai tetap sama. Ketika perangkat tersambung ke baterai, terjadi reaksi yang menghasilkan energi listrik. Hal ini dikenal sebagai reaksi elektrokimia. Fisikawan Italia, Count Alessandro Volta pertama kali menemukan proses ini pada tahun 1799 ketika ia menciptakan baterai sederhana dari pelat logam dan kardus atau kertas yang direndam air garam. Sejak itu, berdasarkan desain asli dari Volta, para ilmuwan telah meningkatkan penciptakan baterai yang terbuat dari berbagai bahan yang menghasilkan baterai dalam berbagai ukuran.

Hari ini, baterai ada di sekitar kita. Baterai memberi energi untuk jam tangan kita selama berbulan-bulan pada suatu waktu. Baterai membuat jam alarm dan ponsel kita tetap bekerja, bahkan jika listrik padam. Mereka menjalankan detektor asap, alat cukur listrik, bor listrik, mp3 player, dan lainnya. Jika Anda membaca artikel ini dari laptop atau smartphone, Anda bahkan mungkin menggunakan baterai sekarang! Namun, karena daya perangkat portabel sangat minim dan lazim digunakan, itu sangat terasa biasa saja. Artikel ini akan memberikan penghargaan yang lebih besar untuk baterai dengan mengeksplorasi sejarah mereka, serta bagian dasar, reaksi dan proses yang membuat mereka bekerja (cara kerja baterai).

Pada tahun 1799, fisikawan Italia Alessandro Volta menciptakan baterai pertama dengan susunan lapisan seng, karton atau kain, dan perak yang direndam di air garam. Pengaturan ini, yang disebut tumpukan volta, ini bukan perangkat pertama untuk menciptakan listrik, tapi ini adalah yang pertama memancarkan listrik yang stabil, arus yang tahan lama. Namun, ada beberapa kelemahan dari penemuan Volta. Ketinggian di mana lapisan bisa ditumpuk terbatas karena berat tumpukan akan membuat air garam keluar dari karton atau kain. Cakram logam juga cenderung cepat korosi, memperpendek umur baterai. Meskipun begitu, satuan gaya gerak listrik yang digunakan hingga saat ini adalah Volt untuk menghormati prestasi Volta.

Terobosan berikutnya dalam teknologi baterai datang pada tahun 1836 ketika kimiawan Inggris, John Frederick Daniell menemukan sel Daniell. Pada awal baterai ini, piring tembaga ditempatkan di bagian bawah wadah kaca dan larutan sulfat tembaga dituangkan di atas piring mengisi setengah wadah kaca. Kemudian pelat seng digantung dalam wadah, dan larutan sulfat seng ditambahkan. Karena tembaga sulfat lebih padat daripada seng sulfat, larutan seng melayang di atas larutan tembaga dan dikelilingi lempeng seng. Kabel yang terhubung ke plat seng mewakili terminal negatif, sedangkan yang terhubung ke pelat tembaga adalah terminal positif. Tentu saja, pengaturan ini tidak akan berfungsi dengan baik dalam senter, tapi untuk aplikasi stasioner ini bekerja dengan baik. Bahkan, sel Daniell adalah cara yang umum digunakan untuk memberi listrik pada bel pintu dan telepon sebelum generasi listrik disempurnakan.

Pada tahun 1898, Colombia Dry Cell menjadi yang pertama baterai komersial yang tersedia dijual di Amerika Serikat. Produsen, Perusahaan Karbon Nasional, kemudian menjadi Perusahaan Baterai Eveready, yang memproduksi merek Energizer.

Baterai adalah suatu proses kimia listrik, dimana pada saat pengisian/cas/charge energi listrik diubah menjadi kimia dan saat pengeluaran/discharge energi kimia diubah menjadi energi listrik. Baterai (dalam hal ini adalah aki; aki mobil/motor/mainan) terdiri dari sel-sel dimana tiap sel memiliki tegangan sebesar 2 V, artinya aki mobil dan aki motor yang memiliki tegangan 12 V terdiri dari 6 sel yang dipasang secara seri (12 V = 6 x 2 V) sedangkan aki yang memiliki tegangan 6 V memiliki 3 sel yang dipasang secara seri (6 V = 3 x 2 V).

                           Gambar:Baterai 12 Volt

Gambar : Baterai 6 Volt

Antara satu sel dengan sel lainnya dipisahkan oleh dinding penyekat yang terdapat dalam bak baterai, artinya tiap ruang pada sel tidak berhubungan karena itu cairan elektrolit pada tiap sel juga tidak berhubungan (dinding pemisah antar sel tidak boleh ada yang bocor / merembes). Di dalam satu sel terdapat susunan pelat pelat yaitu beberapa pelat untuk kutub positif (antar pelat dipisahkan oleh kayu, ebonit atau plastik, tergantung teknologi yang digunakan) dan beberapa pelat untuk kutub negatif. Bahan aktif dari plat positif terbuat dari oksida timah coklat (PbO₂) sedangkan bahan aktif dari plat negatif ialah timah (Pb) berpori (seperti bunga karang). Pelat-pelat tersebut terendam oleh cairan elektrolit yaitu asam sulfat (H₂SO₄).

1. Saat baterai mengeluarkan arus

a. Oksigen(O) pada pelat positif terlepas karena bereaksi/bersenyawa/bergabung dengan hidrogen (H) pada cairan elektrolit yang secara perlahan-lahan keduanya bergabung/berubah menjadi air(H2O)

b. Asam (SO₄) pada cairan elektrolit bergabung dengan timah (Pb) di pelat positif maupun pelat negatif sehigga menempel dikedua pelat tersebut. Reaksi ini akan berlangsung terus sampai isi (tenaga baterai) habis alias dalam keadaan discharge. Pada saat baterai dalam keadaan discharge maka hampir semua asam melekat pada pelat-pelat dalam sel sehingga cairan eletrolit konsentrasinya sangat rendah dan hampir melulu hanya terdiri dari air (H₂O), akibatnya berat jenis cairan menurun menjadi sekitar 1,1 kg/dm³ dan ini mendekati berat jenis air yang 1 kg/dm³. Sedangkan baterai yang masih berkapasitas penuh berat jenisnya sekitar 1,285 kg/dm³. Nah, dengan perbedaan berat jenis inilah kapasitas isi baterai bisa diketahui apakah masih penuh atau sudah berkurang yaitu dengan menggunakan alat hidrometer. Hidrometer ini merupakan salah satu alat yang wajib ada di bengkel aki (bengkel yang menyediakan jasa setrum/cas aki). Selain itu pada saat baterai dalam keadaan discharge maka 85% cairan elektrolit terdiri dari air (H₂O) dimana air ini bisa membeku, bak baterai pecah dan pelat-pelat menjadi rusak.

2. Saat baterai menerima arus
Baterai yang menerima arus adalah baterai yang sedang disetrum/dicas alias sedang diisi dengan cara dialirkan listrik DC, dimana kutup positif baterai dihubungkan dengan arus listrik positif dan kutub negatif dihubungkan dengan arus listrik negatif. Tegangan yang dialiri biasanya sama dengan tegangan total yang dimiliki baterai, artinya baterai 12 V dialiri tegangan 12 V DC, baterai 6 V dialiri tegangan 6 V DC, dan dua baterai 12 V yang dihubungkan secara seri dialiri tegangan 24 V DC (baterai yang duhubungkan seri total tegangannya adalah jumlah dari masing-maing tegangan baterai : Voltase₁ + Voltase₂ = Voltase_total). Hal ini bisa ditemukan di bengkel aki dimana ada beberapa baterai yang duhubungkan secara seri dan semuanya disetrum sekaligus. Berapa kuat arus (ampere) yang harus dialiri bergantung juga dari kapasitas yang dimiliki baterai tersebut (penjelasan tentang ini bisa ditemukan di bagian bawah).

Konsekuensinya, proses penerimaan arus ini berlawanan dengan proses pengeluaran arus, yaitu :
a. Oksigen (O) dalam air (H₂O) terlepas karena bereaksi / bersenyawa / bergabung dengan timah (Pb) pada pelat positif dan secara perlahan-lahan kembali menjadi oksida timah colat (PbO₂).
b. Asam (SO₄) yang menempel pada kedua pelat (pelat positif maupun negatif) terlepas dan bergabung dengan hidrogen (H) pada air (H₂O) di dalam cairan elektrolit dan kembali terbentuk menjadi asam sulfat (H₂SO₄) sebagai cairan elektrolit. Akibatnya berat jenis cairan elektrolit bertambah menjadi sekitar 1,285 (pada baterai yang terisi penuh).


A. Cairan elektrolit
Pelat-pelat baterai harus selalu terendam cairan elektrolit, sebaiknya tinggi cairan elektrolit 4 – 10 mm diatas bagian tertinggi dari pelat. Bila sebagian pelat tidak terendam cairan elektrolit maka bagian pada pelat yang tidak terendam tersebut akan langsung berhubungan dengan udara akibatnya bagian tersebut akan rusak dan tak dapat dipergunakan dalam suatu reaksi kimia yang diharapkan, contoh, sulfat tidak bisa lagi menempel pada bagian dari pelat yang rusak, sebab itu bisa ditemukan konsentrasi sulfat yang sangat tinggi dari ruang sel yang sebagian pelatnya sudah rusak akibat sulfat yang sudah tidak bisa lagi bereaksi dengan bagian yang rusak dari pelat. Oleh karena itu kita harus memeriksa tinggi cairan elektrolit dalam baterai kendaraan bermotor setidaknya 1 bulan sekali (kalau perlu tiap 2 minggu sekali agar lebih aman ) karena senyawa dari cairan elektrolit bisa menguap terutama akibat panas yang terjadi pada proses pengisian (charging), misalnya pengisian yang diberikan oleh alternator.
Bagaimana jika cairan terlalu tinggi? Ini juga tidak baik karena cairan elektrolit bisa tumpah melalui lubang-lubang sel (misalnya pada saat terjadi pengisian) dan dapat merusak benda-benda yang ada disekitar baterai akibat korosi, misalnya sepatu kabel, penyangga / dudukan baterai, dan bodi kendaraan akan terkorosi, selain itu proses pendinginan dari panasnya cairan elektrolit baterai oleh udara yang ada dalam sel tidak efisien akibat kurangnya udara yang terdapat di dalam sel, dan juga asam sulfat akan berkurang karena tumpah keluar; bila asam sulfat berkurang dari volume yang seharusnya maka kapasitas baterai tidak akan maksimal karena proses kimia yang terjadi tidak dalam keadaan optimal sehingga tenaga / kapasitas yang bisa diberikan akan berkurang, yang sebelumnya bisa menyuplai katakanlah 7 ampere dalam satu jam menjadi kurang dari 7 ampere dalam satu jam, yang sebelumnya bisa memberikan pasokan tenaga sampai katakanlah 1 jam kini kurang dari 1 jam isi/tenaga baterai sudah habis.

B. Penyulfatan
Baterai, digunakan ataupun tidak, akan mengeluarkan isinya (maksudnya tenaga baterai keluar / berkurang bukan cairan elektrolit). Bila sedang tidak digunakan maka pengeluaran tersebut terjadi secara perlahan yang biasa disebut pengeluaran isi sendiri (self discharge). Cepat atau lambatnya pengeluaran dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah suhu elektrolit. Sebuah baterai tak terpakai yang berisi penuh akan habis isinya dalam jangka waktu 3 bulan jika elektrolit memiliki suhu 40 derajat Celcius, sedangkan makin dingin suhunya maka makin lambat isi berkurang, contoh, elektrolit yang bersuhu 20 derajat Celcius isinya hanya akan hilang setengah bagian (50%) dalam 3 bulan, dan yang bersuhu 15 derajat Celcius isinya hanya akan berkurang sebesar 7-8% dalam 3 bulan.


Baterai yang sedang mengeluarkan isinya sendiri secara perlahan akan menyulfat. Maksud penyulfatan adalah sulfat timah (PbSO₄) yang terbentuk selama pengeluaran membuat bahan aktif menjadi keras dan mati. Penyulfatan kadang-kadang bisa dihilangkan dengan pengisian lambat (slow charge) sehingga bagian-bagian dari timah sulfat (PbSO₄) mencapai harga yang normal. Penyulfatan yang sudah terlalu banyak pada satu baterai tidak mungkin dihilangkan, baterai ini harus diganti. Penggantian cairan elektrolit (biasa dikenal dengan pengurasan) tidak akan membantu atau tidak akan banyak membantu karena yang sudah rusak disin adalah pelat-pelatnya, kalaupun berhasil memiliki kapasitas setelah dikuras, dalam waktu yang sangat singkat (tergantung pada tingkat kerusakan pelat-pelatnya) baterai akan lemah (drop) kembali.

C. Mengatasi penyulfatan
1. Baterai yang tak terpakai disimpan pada ruangan yang bersuhu rendah (suhu yang lebih dingin).
2. Baterai yang tak terpakai diisi dengan arus pengisian yang sangat rendah yaitu dengan pengisian perawatan (maintenance charge) sampai penuh atau baterai diisi secara teratur tiap bulan.
Pada nomor 2, metode yang paling baik adalah dengan pengisian perawatan (maintenance charge), artinya kita harus memiliki alat pengisi (charger) (lebih baik lagi kalau kuat arus dari alat tersebut bisa kita atur kuat lemahnya) yang secara otomatis menghentikan proses pengisian jika baterai sudah terisi penuh dan kembali menghidupkan proses pengisian jika isi baterai mulai berkurang (memiliki fitur deteksi). Jika tidak ada fitur otomatisasi maka terpaksa yang kita lakukan adalah mengisi baterai secara penuh menggunakan pengisian lambat (slow charge) tiap bulan. Terpaksa disini disebabkan karena baterai yang sudah terisi penuh tidak akan bertambah lagi isinya walaupun tetap terus diisi, selain itu baterai yang t erisi penuh akan kian bertambah panas bila terus diisi / disetrum (overcharging) sehingga beresiko merusaknya, ditambah lagi dengan terjadinya penguapan gas, dan terutama bahaya kemungkinan meledak yang pada akhirnya merusak baterai secara total (sama sekali tidak bisa dipergunakan) dan bahkan berbahaya bagi orang yang ada disekelilingnya jika cairan asam dari baterai muncrat dan mengenai orang tersebut! Ingat, cairan asam bisa mengorosi/merusak plat besi, apalagi daging manusia! Termasuk juga cairan accu zur (cairan yang disikan pada baterai baru yaitu saat pertama kali diisi) cukup korosif! Jadi berhati-hatilah jika berhubungan dengan cairan accu zur terlebih lagi cairan yang telah ada dalam baterai!

D. Kapasitas Baterai
Kapasitas baterai adalah jumlah ampere jam (Ah = kuat arus/Ampere x waktu/hour), artinya baterai dapat memberikan / menyuplai sejumlah isinya secara rata-rata sebelum tiap selnya menyentuh tegangan / voltase turun (drop voltage) yaitu sebesar 1,75 V (ingat, tiap sel memiliki tegangan sebesar 2 V; jika dipakai maka tegangan akan terus turun dan kapasitas efektif dikatakan sudah terpakai semuanya bila tegangan sel telah menyentuh 1,75 V). Misal, baterai 12 V 75 Ah. Baterai ini bisa memberikan kuat arus sebesar 75 Ampere dalam satu jam artinya memberikan daya rata-rata sebesar 900 Watt (Watt = V x I = Voltase x Ampere = 12 V x 75 A). Secara hitungan kasar dapat menyuplai alat berdaya 900 Watt selama satu jam atau alat berdaya 90 Watt selama 10 jam, walaupun pada kenyataannya tidak seperti itu (dijelaskan di bawah ini). Kembali ke kapasitas baterai, pada kendaraan bermotor kapasitas ini bisa dianalogikan sebagai volume maksimal tangki bahan bakar namun yang membuat berbeda adalah kapasitas pada baterai bisa berubah-ubah dari nilai patokannya, jadi mirip tangki bahan bakar mobil yang bahannya terbuat dari karet. Sebagai ilustrasi saya beri contoh balon karet, isinya bisa besar jika terus dimasukkan udara atau bisa juga kecil jika udara yang ditiup sedikit saja. Nah, kapasitas baterai juga tidak tetap, mirip contoh balon karet tadi, dimana ada tiga faktor yang menentukan besar kecilnya kapasitas baterai yaitu :

• Jumlah bahan aktif
  Makin besar ukuran pelat yang bersentuhan dengan cairan elektrolit maka makin besar kapasitasnya; makin banyak pelat yang bersentuhan dengan cairan elektrolit maka makin besar kapasitasnya. Jadi untuk mendapatkan kapasitas yang besar luas pelat dan banyaknya pelat haruslah ditingkatkan, dengan catatan bahwa pelat haruslah terendam oleh cairan elektrolit. Dari sini kita kembali bisa menyadari betapa pentingnya bagi pelat-pelat agar terendam oleh cairan elektrolit karena bagian dari pelat yang tidak terendam sama sekali tidak akan berfungsi bagi peningkatan kapasitas!
• Temperatur
  Makin rendah temperatur (makin dingin) maka makin keci l kapasitas baterai saat digunakan karena reaksi kimia pada suhu yang rendah makin lambat tidak peduli apakah arus yang digunakan tinggi atapun rendah. Kapasitas baterai biasanya diukur pada suhu tertentu, biasanya 25 derajat Celcius.

E. Pengisian baterai/Cas aki/Accu charging
Pengisian arus dialirkan berlawanan dengan waktu pengeluaran isi yang berarti juga bahwa beban aktif dan elektrolit diubah supaya energi kimia bateari mencapai maksimum.
Ada tiga metode pengisian bateari :
1. Pengisian perawatan (maintenance charging) digunakan untuk mengimbangi kehilangan isi (self discharge), dilakukan dengan arus rendah sebesar ¹/₁₀₀₀ dari kapasitas baterai. Ini biasa dilakukan pada baterai tak terpakai untuk melawan proses penyulfatan. Bila baterai memiliki kapasitas 45 Ah maka besarnya arus pengisian perawatan adalah 45 mA (miliAmpere).
2. Pengisian lambat (slow charging) adalah suatu pengisian yang lebih normal. Arus pengisian harus sebesar ¹/₁₀ dari kapasitas baterai. Bila baterai memiliki kapasitas 45 Ah maka besarnya arus pengisian lambat adalah 4,5 A. Waktu pengisian ini bergantung pada kapasitas baterai, keadaan baterai pada permulaan pengisian, dan besarnya arus pengisian. Pengisian harus sampai gasnya mulai menguap dan berat jenis elektrolit tidak bertambah walaupun pengisian terus dilakukan sampai 2 – 3 jam kemudian.
3. Pengisian cepat (fast charging) dilakukan pada arus yang besar yaitu mencapai 60 – 100 A pada waktu yang singkat kira-kira 1 jam dimana baterai akan terisi sebesar tiga per empatnya. Fungsi pengisian cepat adalah memberikan baterai suatu pengisian yang memungkinkannya dapat menstarter motor yang selajutnya generator memberikan pengisian ke baterai.

F. Hal-hal Lain Tentang Baterai
Baterai yang terawat dengan baik dapat berfungsi sampai beberapa tahun, sebaliknya jika tak terawat, baterai bisa diganti kurang dari satu tahun! Pemegang baterai yang longgar bisa menyebabkan baterai tak tahan lama, kabel starter yang rusak dapat mengakibatkan hubungan singkat sehingga baterai cepat rusak, dan baterai yang kotor dapat menyebabkan arus hilang terutama pada kondisi cuaca yang lembab.

Gas-gas yang menguap pada waktu pengisian baterai dapat meledak sehingga menggunakan api pada ruangan dimana baterai diisi dilarang keras! Selain itu ruangan baterai harus dilengkapi dengan ventilasi yang baik untuk mencegah timbulnya karat karena adanya gas asam sulfur. Campuran timah pada baterai selalu beracun karena itu diperlukan kebersihan dan kehati-hatian ekstra. Memeriksa kondisi baterai tidak bisa hanya dengan mengukur tinggi tegangan /voltase yang dihasilkan tapi juga harus dengan memberikan beban pada baterai tersebut.

Bila mengunakan baterai lebih dari satu dimana kondisinya secara keseluruhan sudah lemah maka seluruh baterai harus diganti jadi tidak bisa hanya sekedar mengganti baterai yang sudah lemah saja! Karena jika sebagia diganti dan sebagian lain masih menggunakan baterai yang lama maka peralatan listrik akan menggunakan karakteristik dari baterai terlemah yaitu baterai lama yang masih dipakai dan berakibat penggantian baterai yang lebih cepat; dalam jangka panjang biayanya justru lebih tinggi daripada mengganti seluruh baterai sedari awal. Selain itu alat pengisi baterai (charger) akan melihat keseluruhan baterai sebagai satu kesatuan baterai sehingga batera lama ada kemungkinan bisa mengalami overcharging dan baterai baru mengalami underchargin g yang pada akhirnya mengakibatkan kerusakan baterai secara total terlebih lagi hasil dar baterai gabungan tersebut menyebabkan peralatan listrik tidak bekerja / berjalan secara memadai. Aki kering maupun basah memiliki prinsip kerja yang sama termasuk pengisian arusnya. Jadi substitusi dimungkinkan terjadi namun perlu diperhatikan karakteristik dari peralatan yang menggunakannya dan sistem yang ada.

Cara kerja baterai secara internal biasanya terletak di dalam sebuah kotak logam plastik. Dalam kasus ini, katoda terhubung ke terminal positif, dan anoda terhubung ke terminal negatif. Komponen-komponen ini, lebih umum dikenal sebagai elektroda, menempati sebagian besar ruang di dalam baterai dan merupakan tempat di mana reaksi kimia terjadi. Sebuah pemisah menjadi penghalang antara katoda dan anoda, mencegah elektroda agar tidak tersentuh sambil membiarkan muatan listrik mengalir bebas di antara mereka. Media yang memungkinkan muatan listrik mengalir antara katoda dan anoda dikenal sebagai elektrolit. Pada akhirnya, collector melakukan muatan ke luar baterai dan melalui beban.

1.7 Anatomi Baterai

Lihatlah setiap baterai, dan Anda akan melihat bahwa ia memiliki dua terminal. Satu terminal bertanda (+), atau positif, sedangkan yang lainnya ditandai (-), atau negatif. Dalam baterai senter biasa, seperti AA, C atau sel D, terminal terletak di ujung baterai. Pada baterai 9 volt, terminal terletak bersebelahan satu sama lain di bagian atas baterai. Jika Anda menghubungkan kabel antara dua terminal, maka elektron akan mengalir dari ujung negatif ke ujung positif secepat mereka bisa. Ini akan membuat baterai cepat habis dan juga bisa berbahaya, terutama pada baterai dengan daya lebih besar. Agar anda dapat memanfaatkan muatan listrik yang dihasilkan oleh baterai dengan lebih tepat, Anda harus menghubungkannya ke sebuah beban. Beban bisa berupa sesuatu seperti bola lampu, motor atau sirkuit elektronik seperti radio.

1.8 Reaksi Baterai dan Ilmu Kimia

Banyak yang terjadi di dalam baterai ketika Anda memasukkannya ke dalam senter Anda, remote control, atau perangkat tanpa kabel lainnya. Sedangkan proses dimana mereka menghasilkan listrik sedikit berbeda dengan baterai untuk baterai, namun pada intinya tetap sama.

Ketika beban melengkapi rangkaian antara dua terminal, baterai menghasilkan listrik melalui serangkaian reaksi elektromagnetik antara anoda, katoda, dan elektrolit. Anoda mengalami reaksi oksidasi di mana dua atau lebih ion (atom atau molekul bermuatan listrik) dari elektrolit bergabung dengan anoda, menghasilkan senyawa dan melepaskan satu atau lebih elektron. Pada saat yang sama, katoda berjalan melalui reaksi reduksi, dimana zat katoda, ion dan elektron bebas juga bergabung untuk membentuk senyawa. Meskipun tindakan ini mungkin terdengar rumit, itu sebenarnya sangat sederhana: Reaksi di anoda menciptakan elektron, dan reaksi di katoda menyerap mereka. Hasil akhirnya adalah listrik. Baterai akan terus menghasilkan listrik sampai salah satu atau kedua elektroda kehabisan bahan yang diperlukan untuk reaksi terjadi.

Baterai modern menggunakan berbagai bahan kimia untuk daya reaksi mereka. Bahan kimia baterai yang umum termasuk:

• Zinc-carbon battery: kimia seng-karbon, umum digunakan di banyak baterai-baterai kering murah seperti  AAA , AA , C dan D. Anodanya adalah seng, katodanya adalah manggan dioksida, dan elektrolitnya adalah amonium klorida atau seng klorida.
• Baterai Alkaline: kimia ini juga umum digunakan di baterai-baterai kering AA, C, dan D. Katoda terdiri dari campuran manggan dioksida, sedangkan anoda adalah bubuk seng. Ia mendapat namanya dari elektrolit kalium hidroksida, yang merupakan zat alkali (alkaline).
• Baterai Lithium-ion (rechargeable): kimia lithium sering digunakan dalam perangkat berkinerja tinggi, seperti ponsel, kamera digital, dan bahkan mobil listrik. Beragam zat yang digunakan dalam baterai lithium, namun kombinasi yang umum adalah katoda lithium kobalt oksida dan anoda karbon.
• Timbal-asam baterai (rechargeable): ini adalah kimia yang digunakan pada baterai tipikal seperti aki mobil. Elektroda biasanya terbuat dari timbal dioksida dan timbal logam, sedangkan elektrolit adalah larutan asam sulfat .

Baterai Isi Ulang (Rechargeable)

Dengan meningkatnya perangkat portable seperti laptop, ponsel, MP3 player, dan alat-alat listrik tanpa kabel lainnya, kebutuhan akan baterai isi ulang meningkat dengan pesat dalam beberapa tahun terakhir. Baterai isi ulang telah ada sejak tahun 1859, ketika fisikawan Perancis, Gaston Plante menemukan sel asam timbal. Dengan timbal anoda, timbal dioksida katoda, dan elektrolit asam sulfat, baterai Plante adalah pendahulu dari aki mobil saat ini.

Baterai non-rechargeable, atau sel primer, dan baterai isi ulang, atau sel sekunder, menghasilkan arus dengan cara yang sama: melalui reaksi elektrokimia melibatkan anoda, katoda, dan elektrolit. Dalam baterai isi ulang, reaksinya dapat dibalik. Ketika energi listrik dari sumber luar diterapkan pada sel sekunder, aliran elektron negatif ke positif yang terjadi selama pelepasan dibalik, dan pengisian muatan sel dikembalikan. Baterai isi ulang yang paling umum di pasar saat ini adalah lithium-ion (LiOn) , meskipun nikel-metal hidrida ( NiMH ) dan nikel – kadmium ( NiCd ) merupakan baterai yang juga pernah sangat umum digunakan.

Dalam hal baterai isi ulang, tidak semua baterai dibuat sama. Baterai NiCd termasuk yang pertama sel sekunder yang tersedia secara luas, tetapi mereka mengalami masalah sulit yang dikenal sebagai efek memori. Pada dasarnya, jika baterai ini tidak sepenuhnya habis setiap kali mereka digunakan, mereka akan cepat kehilangan kapasitasnya. Baterai NiCd sebagian besar ditinggalkan karena ada baterai NiMH. Sel-sel sekunder membanggakan kapasitas yang lebih tinggi dan hanya sedikit dipengaruhi oleh efek memori, tetapi mereka tidak memiliki umur simpan yang sangat baik. Seperti baterai NiMH, baterai LiOn memiliki umur panjang, tetapi mereka menyimpan muatan lebih baik, beroperasi pada tegangan yang lebih tinggi, dan tersedia dalam kemasan yang jauh lebih kecil dan ringan. Pada dasarnya semua teknologi portabel berkualitas tinggi yang diproduksi hari ini mengambil keuntungan dari teknologi ini. Namun, baterai LiOn saat ini tidak tersedia dalam ukuran standar seperti AAA, AA, C atau D, dan jauh lebih mahal dari rekan-rekannya yang lebih dulu.

Dengan baterai NiCd dan NiMH, pengisian dapat menjadi rumit. Anda harus berhati-hati untuk tidak men-charge terlalu berlebihan, karena hal ini dapat menyebabkan penurunan kapasitas. Untuk mencegah hal ini terjadi, beberapa pengisi beralih ke trickle charge atau cukup matikan pengisian saat pengisian selesai. Baterai NiCd dan NiMH juga harus direkondisi, berarti Anda sesekali harus benar-benar melakukan pengosongan dan pengisian lagi untuk meminimalkan kehilangan kapasitas. Di sisi lain, baterai LiOn, memiliki pengisian daya canggih yang mencegah pengisian yang berlebihan dan tidak perlu direkondisi.

Bahkan pada akhirnya baterai isi ulang pun akan mati, meskipun mungkin membutuhkan ratusan kali pengisian ulang sebelum hal itu terjadi. Ketika mereka akhirnya benar-benar mati, pastikan untuk membuang mereka di fasilitas daur ulang.

1.9 Pengaturan Baterai dan Tenaga Listrik

Dalam banyak perangkat yang menggunakan baterai -seperti radio portabel dan senter- Anda tidak menggunakan hanya satu sel baterai untuk tiap-tiap perangkat tersebut. Anda biasanya mengelompokkan mereka bersama-sama dalam susunan serial untuk meningkatkan tegangan atau dalam susunan paralel untuk meningkatkan arus. Gambar diatas menunjukkan dua pengaturan tersebut.

Gambar diatas menunjukkan susunan paralel. Empat baterai secara paralel bersama-sama akan menghasilkan tegangan satu sel, tetapi arus yang mereka suplai akan empat kali lipat dari satu sel. Arus adalah tingkat dimana muatan listrik melewati sirkuit, dan diukur dalam ampere. Baterai memiliki nilai dalam amp-hours, atau, dalam kasus baterai rumah tangga yang lebih kecil, milliamp-hours (mAh). Sebuah sel baterai rumah tangga biasanya memiliki nilai 500 milliamp-hours harus mampu memasok 500 milliamps arus ke beban selama satu jam. Anda dapat memilah-milah nilai milliamp-hours dalam banyak cara yang berbeda. Sebuah baterai dengan 500 milliamp-hours juga bisa menghasilkan 5 milliamps selama 100 jam, 10 milliamps selama 50 jam, atau, secara teoritis, 1.000 milliamps selama 30 menit. Pada umumnya, baterai dengan nilai amp-hours yang lebih tinggi memiliki kapasitas yang lebih besar.

Pada bagian bawah gambar menunjukkan susunan serial. Empat baterai secara seri bersama-sama akan menghasilkan arus satu sel, tetapi tegangan yang mereka suplai akan empat kali lipat dari satu sel. Tegangan adalah ukuran energi per satuan muatan dan diukur dalam volt. Dalam baterai, tegangan menentukan seberapa kuat elektron didorong melalui sirkuit, seperti tekanan menentukan seberapa kuat air didorong melalui selang. Kebanyakan baterai AAA, AA, C dan D memiliki tegangan sekitar 1,5 volt.

Bayangkan baterai yang ditunjukkan pada gambar yang memiliki nilai sebesar 1,5 volt dan 500 milliamp-hours. Empat baterai susunan paralel akan menghasilkan 1,5 volt dan 2.000 milliamp-hours. Empat baterai disusun secara seri akan menghasilkan 6 volt di 500 milliamp-hours.

Teknologi baterai telah maju dengan pesat sejak zaman tumpukan Volta. Perkembangan ini jelas tercermin dalam dunia portabel yang serba cepat, yang lebih tergantung dari sebelumnya pada sumber daya portabel yang disediakan baterai. Kita hanya bisa membayangkan seperti apa generasi berikutnya dari baterai yang lebih kecil, lebih kuat, dan tahan lama akan hadir.

1.10 Mengenal prinsip kerja Generator Set

Generator adalah suatu alat yang dapat mengubah tenaga mekanik menjadi energi listrik. Tenaga mekanik bisa berasal dari panas, air, uap, dll. Energi listrik yang dihasilkan oleh generator bisa berupa Listrik AC (listrik bolak-balik) maupun DC (listrik searah). Hal tersebut tegantung dari konstruksi generator yang dipakai oleh pembangkit tenaga listrik.

Mesin listrik dikelompokkan menjadi 3 (tiga) macam, yaitu Generator Listrik, Motor Listrik dan Transformator. Ketiga macam alat tersebut tentu berbeda fungsinya, generator listrik merupakan mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan energi listrik dengan cara merubah energi mekanik (gerak), lalu motor listrik berfungsi sebagai perubah energi listrik menjadi energi gerak sedangkan transformator adalah sebagai pemindah daya listrik apakah yang bersifat step-down maupun step-up.

Generator berhubungan erat dengan hukum faraday. Berikut hasil dari hukum faraday “ bahwa apabila sepotong kawat penghantar listrik berada dalam medan magnet berubah-ubah, maka dalam kawat tersebut akan terbentuk Gaya Gerak Listrik ”

Disebut mesin sinkron, karena bekerja pada kecepatan dan frekuensi konstan di bawah kondisi ”Steady state”. Mesin sinkron bisa dioperasikan baik sebagai generator maupun motor. Mesin sinkron bila difungsikan sebagai motor berputar dalam kecepatan konstan.

Apabila dikehendaki kecepatan yang bersifat variabel, maka motor sinkron dilengkapi dengan pengubah frekuensi seperti Inverter atau Cyclo-converter.

Gaya Gerak Listrik (GGL)

Bila sebatang logam panjang berada di dalam medan listrik,(Eo), maka akan menyebabkan elektron bebas akan bergerak ke kiri yang akhirnya akan menimbulkan medan listrik induksi yang sama kuat dengan medan listrik (Gambar 1) sehingga kuat medan total menjadi nol. Dalam hal ini potensial kedua ujung logam menjadi sama besar dan aliran elektron akan berhenti, maka kedua ujung logam terdapat muatan induksi. Agar aliran elektron bebas berjalan terus maka harus muatan induksi ini terus diambil, sehingga pada logam tidak timbul medan listrik induksi. Dan sumber ggl (misal baterai) yang dapat membuat beda potensial kedua ujung logam harganya tetap, sehingga aliran electron tetap berjalan.

Sedangkan genset (generator set) merupakan bagian dari generator. Genset merupakan suatu alat yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Genset atau sistem generator penyaluran adalah suatu generator listrik yang terdiri dari panel, berenergi solar dan terdapat kincir angin yang ditempatkan pada suatu tempat. Genset dapat digunakan sebagai sistem cadangan listrik atau “off-grid” (sumber daya yang tergantung atas kebutuhan pemakai). Genset sering digunakan oleh rumah sakit dan industri yang mempercayakan sumber daya yang mantap, seperti halnya area pedesaan yang tidak ada akses untuk secara komersial menghasilkan listrik. Generator terpasang satu poros dengan motor diesel, yang biasanya menggunakan generator sinkron (alternator) pada pembangkitan. Generator sinkron terdiri dari dua bagian utama yaitu: sistem medan magnet dan jangkar. Generator ini kapasitasnya besar, medan magnetnya berputar karena terletak pada rotor.
Konstruksi generator AC adalah sebagai berikut:
1. Rangka stator
Terbuat dari besi tuang, rangka stator maerupakan rumah dari bagian-bagian generator yang lain.
2. Stator
Stator memiliki alur-alur sebagai tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator berfungsi sebagai tempat GGL induksi.
3. Rotor
Rotor adalah bagian yang berputar, pada bagian ini terdapat kutub-kutub magnet dengan lilitannya yang dialiri arus searah, melewati cincin geser dan sikat-sikat.
4. Cincin geser
Terbuat dari bahan kuningan atau tembaga yang yang dipasang pada poros dengan memakai bahan isolasi. Slip ring ini berputar bersama-sama dengan poros dan rotor.
5. Generator penguat
Generator penguat merupakan generator arus searah yang dipakai sebagai sumber arus.

Pada umumnya generator AC ini dibuat sedemikian rupa, sehingga lilitan tempat terjadinya GGL induksi tidak bergerak, sedangkan kutub-kutub akan menimbulkan medanmagnet berputar. Generator itu disebut dengan generator berkutub dalam, dapat dilihat pada gambar berikut.
Keuntungan generator kutub dalam bahwa untuk mengambil arus tidak dibutuhkan cincin geser dan sikat arang. Karena lilitan-lilitan tempat terjadinya GGL itu tidak berputar. Generator sinkron sangat cocok untuk mesin-mesin dengan tegangan tinggi danarus yang besar.
Secara umum kutub magnet generator sinkron dibedakan atas:
1. Kutub magnet dengan bagian kutub yang menonjol (salient pole).
Konstruksi seperti ini digunakan untuk putaran rendah, dengan jumlah kutub yang banyak. Diameter rotornya besar dan berporos pendek.
2. Kutub magnet dengan bagian kutub yang tidak menonjol (non salient pole).
Konstruksi seperti ini digunakan untuk putaran tinggi (1500 rpm atau 3000 rpm), dengan jumlah kutub yang sedikit. Kira-kira 2/3 dari seluruh permukaan rotor dibuat alur-alur untuk tempat lilitan penguat. Yang 1/3 bagian lagi merupakan bagian yang utuh, yang berfungsi sebagai inti kutub.













MESIN DIESEL
Mesin diesel termasuk mesin dengan pembakaran dalam atau disebut dengan motor bakar ditinjau dari cara memperoleh energi termalnya. Untuk membangkikan listrik sebuah mesin diesel menggunakan generator dengan sistem penggerak tenaga disel atauyang biasa dikenal dengan sebutan Genset (Generator Set).
Keuntungan pemakaian mesin diesel sebagai Prime Mover

• Design dan instalasi sederhana
• Auxilary equipment sederhana
• Waktu pembebanan relatif singkat
• Konsumsi bahan bakar relatif murah dan hemat

Kerugian pemakaian mesin diesel sebagai Prime Mover

• Berat mesin sangat berat karena harus dapat menahan getaran serta kompresi yang tinggi.
• Starting awal berat, karena kompresinya tinggi yaitu sekitar 200 bar.
• Semakin besar daya maka mesin diesel tersebut dimensinya makin besar pula, hal tersebut menyebabkan kesulitan jika daya mesinnya sangat besar.

Ada 2 komponen utama dalam genset yaitu:
1. Prime mover atau pengerak mula, dalam hal ini mesin diesel/engine
2. Generator.
1.11 Cara Kerja Mesin Diesel
Prime mover merupakan peralatan yang mempunyai fungsi menghasilkan energi mekanis yang diperlukan untuk memutar rotor generator. Pada mesin diesel/engine terjadi penyalaan sendiri, karena proses kerjanya berdasarkan udara murni yang dimampatkan di dalam silinder pada tekanan yang tinggi (± 30 arm), sehingga temperatur di dalam silinder naik. Dan pada saat itu bahan bakar disemprotkan dalam silinder yang bertemperatur dan bertekanan tinggi melebihi titik nyala bahan bakar sehingga akan menyala secara otomatis.
Pada mesin diesel penambahan panas atau energi senantiasa dilakukan pada tekanan yang konstan. Pada mesin diesel, piston melakukan 2 langkah pendek menuju kepala silinder pada setiap langkah daya.
1. Langkah ke atas yang pertama merupakan langkah pemasukan dan penghisapan, di sini udara dan bahan bakar masuk sedangkan poros engkol berputar ke bawah.
2. Langkah kedua merupakan langkah kompresi, poros engkol terus berputar menyebabkan torak naik dan menekan bahan bakar sehingga terjadi pembakaran. Kedua proses ini (1 dan 2) termasuk proses pembakaran.
3. Langkah ketiga merupakan langkah ekspansi dan kerja, di sini kedua katup yaitu katup isap dan buang tertutup sedangkan poros engkol terus berputar dan menarik kembali torak ke bawah.
4. Langkah keempat merupakan langkah pembuangan, disini katup buang terbuka dan menyebabkan gas akibat sisa pembakaran terbuang keluar. Gas dapat keluar karena padaproses keempat ini torak kembali bergerak naik keatas dan menyebabkan gas dapat keluar. Kedua proses terakhir ini (3 dan 4) termasuk proses pembuangan.
5. Setelah keempat proses tersebut, maka proses berikutnya akan mengulang kembali proses yang pertama, dimana udara dan bahan bakar masuk kembali. adipedia

 

 

 

1.12 Generator Listrik

GENERATOR LISTRIK
Generator listrik adalah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber mekanik dengan menggunakan induksi elektromagnetik.
Konsep generator pertama kali ditemukan oleh Michael Faraday yang berkebangsaan Inggris, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Hukum Faraday

Dari gambar di atas, bila konduktor digerakkan maju mundur antara kutub utara dan kutub selatan maka jarum galvanometer akan bergerak. Gerakan tersebut menunjukkan adanya gaya listrik yang dihasilkan.
Berikut di bawah ini animasi Faraday Law:
Dari gambar di atas dapat diamati bahwa;
*Jarum Galvanometer akan bergerak, bila konduktor/magnet yang bergerak
*Arah gerak jarum sama dengan arah gerakan konduktor arah kutub-kutubnya
*Besarnya penyimpangan jarum akan sebanding dengan kecepatan potong.
*Jarum tidak akan bergerak bila gerakan dihentikan.

TEORI PEMBANGKITAN KELISTRIKAN
1. Induksi Elektromagnetik
Generator ini menggunakan prinsip hukum Faraday yaitu bila sebuah konduktor digerakkan di dalam medan magnet, maka akan timbul  arus induksi pada konduktor tersebut.
2. Arah Gaya Listrik
Arah dari gaya gerak listrik yang dibangkitkan pada sebuah konduktor dalam medan magnet akan berubah dengan bertukarnya arah dari magnetic flux dan arah gerakan konduktor.
Hal ini dapat ditunjukkan dengan kaidah tangan kananFleming  yaitu;
“Apabila sebuah penghantar bergerak keluar memotong garis gaya magnet, maka gaya gerak listrik akan bergerak ke kiri”.

Kaidah tangan kanan Fleming

CARA MERUBAH ENERGI MEKANIK MENJADI ENERGI LISTRIK
Prinsip Generator
*Bila hanya sebuah konduktor saja yang diputar dalam sebuah medan magnet,
maka gaya listrik yang dihasilkan juga sedikit (kecil).
*Bila konduktor yang digunakan semakin banyak maka akan dihasilkan gaya
listrik semakin besar. Demikian pula bila konduktor diputar semakin cepat
di dalam medan magnet, maka bertambah besar pula gaya listriknya.
*Konduktor yang berbentuk coil (kumparan), jumlah gaya listrik yang terjadi
akan semakin besar.

Perhatikan gambar di bawah ini!

Prinsip Generator

Ada 2 cara untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik, yaitu dengan:
1. Generator arus searah (DC Generator)
2. Generator arus bolak balik (AC Generator)
A. Generator arus searah (DC Generator) adalah:
alat yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik searah (DC).

Generator DC

Generator DC terdiri dua bagian, yaitu stator, yaitu bagian mesin DC yang diam/tidak bergerak, dan bagian rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box. Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor.
Prinsip kerja generator DC sama dengan generator AC. Namun, pada generator DC arah arus induksinya tidak berubah. Hal ini disebabkan cincin yang digunakan pada generator DC berupa cincin belah (komutator).
Bagian yang harus menjadi perhatian untuk perawatan secara rutin adalah sikat arang yang akan memendek dan harus diganti secara periodik/berkala. Komutator harus dibersihkan dari kotoran sisa sikat arang yang menempel dan serbuk arang yang mengisi celah-celah komutator, gunakan amplas halus untuk membersihkan noda bekas sikat arang.
B. Generator arus bolak balik (AC Generator) adalah:
alat yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik bolak balik (AC).








Generator AC
Bagian utama generator AC terdiri atas: magnet permanen (tetap), kumparan (solenoida). cincin geser, dan sikat. Pada generator. perubahan garis gaya magnet diperoleh dengan cara memutar kumparan di dalam medan magnet permanen. Karena dihubungkan dengan cincin geser, perputaran kumparan menimbulkan GGL induksi AC. OIeh karena itu, arus induksi yang ditimbulkan berupa arus AC. Adanya arus AC ini ditunjukkan oleh menyalanya lampu pijar yang disusun seri dengan kedua sikat.
Contoh generator AC yang akan sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah dinamo sepeda. Bagian utama dinamo sepeda adalah sebuah magnet tetap dan kumparan yang disisipi besi lunak. Jika magnet tetap diputar, perputaran tersebut menimbulkan GGL induksi pada kumparan. Jika sebuah lampu pijar (lampu sepeda) dipasang pada kabel yang menghubungkan kedua ujung kumparan. lampu tersebut akan dilalui arus induksi AC. Akibatnya, lampu tersebut menyala. Nyala lampu akan makin terang jika perputaran magnet tetap makin cepat (laju sepeda makin kencang).
SISTEM PENGISIAN
Sistem Pengisian adalah sistem yang berfungsi menyediakan atau menghasilkan arus listrik yang dimanfaatkan oleh komponen kelistrikan pada kendaraan dan sekaligus mengisi ulang arus pada baterai.
Pada sistem pengisian terdiri dari 3 komponen penting, yaitu: baterai, regulator, dan alternator.














Baterai
Baterai berfungsi untuk menyimpan arus listrik dan juga sebagai sumber arus listrik pada saat mesin kendaraan belum hidup.













Baterai pada kendaraan merupakan sumber listrik arus searah. Sifat muatannya adalah akan habis jika dipakai terus secara kontinu. Padahal keperluan arus listrik bagi perlengkapan kendaraan adalah setiap saat,utamanya akan banyak dihabiskan oleh sistem starter. Muatan listrik baterai akan berkurang bahkan habis apabila komponen kelistrikan kendaraan dihidupkan saat mesin mati.Dengan demikian agar baterai selalu siap pakai dalam arti muatannya selalu penuh, maka harus ada suatu sistem yang dapat mengisi ulang muatan. Nah sistem pengisian inilah yang mempunyai fungsi tersebut.Sistem pengisian bekerja apabila mesin dalam keadaan berputar. Selama mesin hidup sistem pengisian yang akan menyuplai arus listrik bagi semua komponen kelistrikan yang ada, namun jika pemakaian arus tidak terlalu banyak dan ada kelebihan arus, maka arus akan mengisi muatan di baterai. Dengan demikian baterai akan selalu penuh muatan listriknya. Arus yang dihasilkan oleh sistem pengisian adalah arus bolak balik. Padahal semua sistem dan komponen kelistrikan kendaraan memakai arus searah. Diodalah yang berfungsi menyearahkan arus bolak balik.
Regulator
Regulator berfungsi sebagai pengontrol arus dan pembatas tegangan pengisian.
Terdiri dari :
Voltage regulator untuk mengatur tegangan
Voltage relay  untuk mematikan lampu CHG ( charging )

Gambar Regulator

Alternator
Alternator sebagai pembangkit arus dan bersama sama dengan baterai untuk menghasilkan listrik ketika mesin dihidupkan.
Tegangan yang dihasilkan oleh alternator adalah tegangan AC, kemudian dikonversi/diubah menjadi tegangan DC.
Adapun bagian-bagian dari alternator sebagai berikut:
a. Kipas, sebagi pendingin
b. Pully, sebagai tempat v-belt
c. Stator, merupakan lilitan yang diam
d. Rotor, merupakan lilitan yang bergerak
e. Sikat, sebagai penghantar arus
























Prinsip kerja:
Alternator digerakkan oleh mesin melalui v-belt. Jika arus dari baterai mengalir ke rotor melalui regulator, maka akan terjadi kemagnetan pada lilitan rotor. Selanjutnya jika mesin berputar, rotor juga berputar. Hal ini menyebabkan terjadinya induksi tegangan dari rotor ke kumparan stator. Pada kumparan stator akan dibangkitkan tegangan arus bolak balik yang selanjutnya disearahkan oleh dioda. Arus yang sudah disearahkan akan disalurkan ke baterai. Adapun pengaturan besar kecilnya tegangan pengisian diatur oleh regulator.


Konstruksi Alternator
ROTOR
Rotor berfungsi untuk membangkitkan medan magnet.
Pada beberapa jenis alternator, fan dijadikan satu dengan rotor sehingga ukurannya menjadi lebih kecil dan kompak.





















STATOR
Stator berfungsi ntuk membangkitkan arus listrik bolak – balik.








RECTIFIER














Rectifier berfungsi untuk merubah arus AC menjadi DC.
Dioda holder berfungsi untuk meradiasikan panas.

PULLEY










Pulley berfungsi untuk menerima tenaga mekanis dari mesin untuk memutar rotor.

END FRAME








End Frame untuk memegang bagian bagian alternator.

Sitem pengisian dengan regulator tipe kontak point









Cara kerja sistem pengisian:
A. Saat kunci “On” mesin mati.
Bila kunci kontak diputar ke posisi “On” arus dari baterai mengalir ke rotor dan mempengaruhi rotor coil. Arus baterai juga mengalir ke lampu pengisian (CHG), akibatnya lampu “On”.
Secara keseluruhan arus yang mengalir adalah sebagai berikut:
a. Arus yang ke field coil
Termial (+) baterai → fusible link → kunci kontak (IG switch) → sekering →terminal IG regulator → point PL₁ → point PL₀ → terminal F regulator → termial F alternator → brush → slip ring → rotor coil →slip ring →brush →terminal E alternator →massa → bodi.
Akibatnya rotor timbul kemgnetan yang selanjutnya arus ini disebut arus medan (field current).
b. Arus ke lampu charge
Terminal (+) baterai→fusible link→sakelar kunci kontak IG (IG switch)→sekering→lampu CHG→terminal L regulator→titik kontak P₀→titik kontak P₁→terminal E regulator→massa bodi.
B. Mesin hidup kecepatan rendah

Setelah mesin hidup dan rotor berputar tegangan/voltage dibangkitkan dalam stator coil dan tegangan netral digunakan untuk voltage relay akibatnya lampu charge mati. Pada waktu yang sama tegangan yang dikeluarkan beraksi pada voltage regulator. Arus medan (field current) yang ke rotor dikontrol dan disesuaikan dengan tegangan yang dikeluarkan terminal B yang beraksi pada voltage regulator. Demikian salah satu arus medan akan menembus atau tidak menembus resistor R, tergantung pada keadaan titik kontak PL₀.
Bila gerakan P₀ dari voltge relay berhubungan dengan  P₂, maka sirkuit sebelum dan sesudah lampu pengisian (charge) tegangannya sama besar. Sehingga arus tidak akan ke lampu dan akhirnya lampu mati.
Jadi pada saat mesin berputar antara kecepatan rendah sampai menengah terdapat 2 tegangan dan 2 arus, yaitu:
1. Tegangan Neutral
2. Tegangan output (Output Voltage)
3. Arus yang ke Field (Field Current)
4. Arus keluar (Output Current)
Untuk lebih jelasnya perhatikan aliran arus pada masing-masing peristiwa di bawah ini.
1. Tegangan Neutral (Neutral Voltage)
Terminal N alternator→terminal N regulator→magnet coil dari voltage relay→terminal E regulator→massa bodi.
Akibatnya pada magnet coil dari voltage relay akan terjadi kemagnetan dan dapat menarik titik kontak P₀ dari P₁ dan selanjutnya P₀ akan bersatu dengan P₂. Dengan demikian lampu pengisian (charge) jadi mati.
2. Tegangan Output (Output Voltage)
Terminal B alternator→terminal B regulator→titik kontak P₂→kontak P₀→magnet coil dari voltage regulator→terminal E regulator→massa bodi.
Akibatnya pada coil voltage regulator timbul kemagnetan yang dapat mempengaruhi posisi dari titik kontak (Point) PL₀. Dalam hal ini PL₀ akan tertarik dari PL₁, sehingga pada kecepata sedang PL₀ akan mengambang.
3. Arus yang ke Field (Field Current)
Terminal B alternator→IG switch→Fuse→terminal IG regulator→
point PL₁→ponit PL₀→resistor R→terminal F  regulator→terminal F alternator→rotor coil→terminal E alternator→massa bodi.
Dalam hal ini jumlah arus/tegangan yang memasuki rotor coil bisa melalui 2 saluran:
a. Bila emagnetan di voltage regulator besar dan mampu menarik PL₀ dari PL₁ maka arus yang ke rotor coil akan melalui resistor R. Akibatnya arus akan kecil dan kemagnetan yang ditimbulkan rotor coil juga kecil/berkurang.
b. Sedangkan bila kemagnetan pada voltage regulator lemah dan PL₀ tidak tertarik  dari PL₁, maka arus yang rotor coil akan tetap melalui point PL₁→ point PL₀. Akibatnya arus tidak melalui resistor dan arus yang masuk ke rotor coil akan normal kembali.
4. Arus keluar (Output Current)
Terminal B alternator→baterai dan beban→massa bodi.
C. Mesin hidup kecepatan tinggi

Jika putaran mesin bertambah, voltage yang dihasilkan oleh kumparan stator naik dan gaya tarik dari kemgnetan kumparan voltage regulator menjadi lebih kuat.
Dengan gaya tarik yang lebih kuat, field current yang ke rotor akan mengalir terputus-putus (intermittently). Dengan kata lain, gerakan titik kontak PL₀ dari voltage regulator kadang-kadang membuat hubungan dengan PL₂.
Pergerakan titik kontak PL₀ pada regulator berhubungn dengan titik kontak PL₂, field current akan dibatasi. Bagaimanapun juga  P₀ dari voltage relay tidak akan dari point P₂, sebab tegangan neutral terpelihara dalam sisa flux dari rotor.
Aliran arusnya adalah sebagai berikut:
a. Voltage Neutral (tegangan netral)
Terminal N alternator→terminal N regulator→magnet coil dari voltage relay→ terminal E regulator→massa bodi.
Arus ini juga sering disebut neutral voltage.
b. Output Voltage
Terminal B alternator→terminal B regulator→point P₂ →point P₀ →magnet coil dari N regulator→terminal E regulator.
Inilah yang disebut dengan Output Voltage.
c. Tidak ada arus ke Field Current
Terminal B alternator→IG switch→fuse→terminal IG regulator → resitor R→terminal F regulator→terminal F alternator→rotor coil→ atau→point PL₀→point P₂→ground (no FC)→terminal E alternator→ massa (F current).
Bila arus resistor R mengalir→terminal F regulator→terminal F alternator→rotor coil→massa, akibatnya ada arus yang ke rotor tapi kalau PL₀ menempel ke PL₂ maka arus mengalir ke massa sehingga yang ke rotor coil tidak ada arus yang mengalir.
d. Output Current
Terminal B alternator→baterai/load→massa.

1.13 Prinsip Kerja Generator Listrik :

Prinsip kerja generator listrik sekarang ini dan umumnya, merupakan pergerakan medan magnet pada rotor terhadap kumparan tetap pada stator. Medan magnet yang dihasilkan adalah dengan cara memberikan tegangan DC (Direct Current) pada kumparan penguat medan pada rotor, yang bisa dihasilkan dari penguat sendiri maupun penguat terpisah. Untuk penguat sendiri dapat dihasilkan oleh tegangan dan arus sendiri yang dihasilkan oleh kumparan stator. Untuk kumparan stator generator listrik ini tergantung dari pabrik pembuatnya bisa saja dirancang dengan sistem 3 fasa  maupun sistem 1 fasa dengan sifat tegangan bolak balik (AC = Alternating Current), sehingga tegangan AC  yang dihasilkan harus di Jadikan tegangan DC oleh rangkaian Penyearah Dioda maupun slip-ring dialirkan pada kumparan penguat medan magnet.

Generator Listrik dengan penguat sendiri selalu dirancang dengan AVR ( Automatic Voltage Regulator ) yang berfungsi  pengontrol tegangan output stator. Jika tengangan yang diharapkan adalah 220 Volt atau 380 Volt maka AVR akan mengotrol besar kecilnya arus dan tegangan yang masuk pada kumparan pada penguat utama (Main Exciter), dan akan di lanjutkan dengan menyalurkan tegangan DC pada pada lilitan penguat medan melalui slip ring maupun penyearah Dioda.

AVR tidak dirancang untuk penstabil Frekuensi, karena Frekuensi didapat dari putaran rotor. Jika penggerak generator listrik adalah mesin diesel maka harus ada suatu alat penstabil putaran mesin meskipun beban generator relatif tidak tetap dengan mengatur pasokan bahan bakar pada mesin disel tersebut atau alat lain yang di sebut dengan ELC (Electronic Load Controller)/DLC (Digital load Controller) pada generator sinkron  atau sistem governor  pada PLTMH ( Pusat Listrik Tenagan Micro Hidro ).

Untuk generator listrik dengan penguat terpisah yaitu dengan memberikan suplay tegangan DC dari luar generator tersebut misalnya dari sistem penyearah dari luar yang di alirkan ke kumparan penguat medan magnet.  Namun jenis generator dengan penguat terpisah mungkin tidak ada di pasaran disebabkan tidak efektif kali.

1.14 Prinsip Kerja Solar Panel atau photovoltaic sistem

SOLAR SEL ATAU SEL SURYA

SOLAR CELL

Sebelum membahas sistim pembangkit listrik tenaga surya, Pertama-tama akan dijelaskan secara singkat komponen penting dalam sistim ini yang berfungsi sebagai perubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Listrik tenaga matahari dibangkitkan oleh komponen yang disebut solar cell yang besarnya sekitar 10 ~ 15 cm persegi. Komponen ini mengkonversikan energi dari cahaya matahari menjadi energi listrik. Solar cell merupakan komponen vital yang umumnya terbuat dari bahan semikonduktor. multicrystalline silicon adalah bahan yang paling banyak dipakai dalam industri solar cell. Multicrystalline dan monocrystalline silicon menghasilkan efisiensi yang relativ lebih tinggi daripada amorphous silicon.

Sedangkan amorphus silicon dipakai karena biaya yang relativ lebih rendah. Selain dari bahan nonorganik diatas dipakai pula molekul-molekul organik walaupun masih dalam tahap penelitian.Sebagai salah satu ukuran performansi solar cell adalah efisiensi. Yaitu prosentasi perubahan energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Efisiensi dari solar cell yang sekarang diproduksi sangat bervariasi. Monocrystalline silicon mempunyai efisiensi 12~15 %. Multicrystalline silicon mempunyai efisiensi 10~13 %. Amorphous silicon mempunyai efisiensi 6~9 %. Tetapi dengan penemuan metode-metode baru sekarang efisiensi dari multicrystalline silicon dapat mencapai 16.0 % sedangkan monocrystalline dapat mencapai lebih dari 17 %. Bahkan dalam satu konferensi pada September 2000, perusahaan Sanyo mengumumkan bahwa mereka akan memproduksi solar cell yang mempunyai efisiensi sebesar 20.7 %. Ini merupakan efisiensi yang terbesar yang pernah dicapai.Tenaga listrik yang dihasilkan oleh satu solar cell sangat kecil maka beberapa solar cell harus digabungkan sehingga terbentuklah satuan komponen yang disebut module. Produk yang dikeluarkan oleh industri-industri solar cell adalah dalam bentuk module ini.Pada applikasinya, karena tenaga listrik yang dihasilkan oleh satu module masih cukup kecil (rata-rata maksimum tenaga listrik yang dihasilkan 130 W) maka dalam pemanfaatannya beberapa module digabungkan dan terbentuklah apa yang disebut array. Sebagai contoh untuk menghasilkan listrik sebesar 3 kW dibutuhkan array seluas kira-kira 20 ~ 30 meter persegi. Secara lebih jelas lagi, dengan memakai module produksi Sharp yang bernomor seri NE-J130A yang mempunyai efisiensi 15.3% diperlukan luas 23.1m2 untuk menghasilkan listrik sebesar 3.00 kW. Besarnya kapasitas PLTS yang ingin dipasang menambah luas area pemasangan.

Struktur Sel Surya
Sesuai dengan perkembangan sains&teknologi, jenis-jenis teknologi sel surya pun berkembang dengan berbagai inovasi. Ada yang disebut sel surya generasi satu, dua, tiga dan empat, dengan struktur atau bagian-bagian penyusun sel yang berbeda pula (Jenis-jenis teknologi surya akan dibahas di tulisan “Sel Surya : Jenis-jenis teknologi”). Dalam tulisan ini akan dibahas struktur dan cara kerja dari sel surya yang umum berada dipasaran saat ini yaitu sel surya berbasis material silikon yang juga secara umum mencakup struktur dan cara kerja sel surya generasi pertama (sel surya silikon) dan kedua (thin film/lapisan tipis).

Struktur dari sel surya komersial yang menggunakan material silikon sebagai semikonduktor. (Gambar:HowStuffWorks)

Gambar diatas  menunjukan ilustrasi sel surya dan juga bagian-bagiannya. Secara umum terdiri dari :
1. Substrat/Metal backing
Substrat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya. Material substrat juga harus mempunyai konduktifitas listrik yang baik karena juga berfungsi sebagai kontak terminal positif sel surya, sehinga umumnya digunakan material metal atau logam seperti aluminium atau molybdenum. Untuk  sel surya dye-sensitized  (DSSC) dan sel surya organik, substrat juga berfungsi sebagai tempat masuknya cahaya sehingga material yang digunakan yaitu material yang konduktif tapi juga transparan sepertii ndium tin oxide (ITO) dan flourine doped tin oxide (FTO).
2. Material semikonduktor
Material semikonduktor merupakan bagian inti dari sel surya yang biasanya mempunyai tebal sampai beberapa ratus mikrometer untuk sel surya generasi pertama (silikon), dan 1-3 mikrometer untuk sel surya lapisan tipis. Material semikonduktor inilah yang berfungsi menyerap cahaya dari sinar matahari. Untuk kasus gambar diatas, semikonduktor yang digunakan adalah material silikon, yang umum diaplikasikan di industri elektronik. Sedangkan untuk sel surya lapisan tipis, material semikonduktor yang umum digunakan dan telah masuk pasaran yaitu contohnya material Cu(In,Ga)(S,Se)₂ (CIGS), CdTe (kadmium telluride), dan amorphous silikon, disamping material-material semikonduktor potensial lain yang dalam sedang dalam penelitian intensif seperti Cu₂ZnSn(S,Se)₄ (CZTS) dan Cu₂O (copper oxide).
Bagian semikonduktor tersebut terdiri dari junction atau gabungan dari dua material semikonduktor yaitu semikonduktor tipe-p (material-material yang disebutkan diatas) dan  tipe-n (silikon tipe-n, CdS,dll)  yang membentuk p-n junction. P-n junction ini menjadi kunci dari prinsip kerja sel surya. Pengertian semikonduktor tipe-p, tipe-n, dan juga prinsip p-n junction dan sel  surya akan dibahas dibagian “cara kerja sel surya”.
3. Kontak metal / contact grid
Selain substrat sebagai kontak positif, diatas sebagian material semikonduktor biasanya dilapiskan material metal atau material konduktif transparan sebagai kontak negatif.
4.Lapisan antireflektif
Refleksi cahaya harus diminimalisir agar mengoptimalkan cahaya yang terserap oleh semikonduktor. Oleh karena itu biasanya sel surya dilapisi oleh lapisan anti-refleksi. Material anti-refleksi ini adalah lapisan tipis material dengan besar indeks refraktif optik antara semikonduktor dan udara yang menyebabkan cahaya dibelokkan ke arah semikonduktor sehingga meminimumkan cahaya yang dipantulkan kembali.
5.Enkapsulasi / cover glass
Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul surya dari hujan atau kotoran.

SOLAR CELL

sejarah soral cell

Tenaga listrik dari cahaya matahari pertama kali ditemukan oleh Alexandre – Edmund Becquerel seorang ahli fisika Perancis pada tahun 1839. Temuannya ini merupakan cikal bakal teknologi solar cell. Percobaannya dilakukan dengan menyinari 2 elektrode dengan berbagai macam cahaya. Elektrode tersebut di balut (coated) dengan bahan yang sensitif terhadapcahaya, yaitu AgCl dan AgBr dan dilakukan pada kotak hitam yang dikelilingi dengan campuran asam. Dalam percobaanya ternyata tenaga listrik meningkat manakala intensitascahaya meningkat. Selanjutnya penelitian dari Bacquerel dilanjutkan oleh peneliti-peneliti lain. Tahun 1873 seorang insinyur Inggris Willoughby Smith menemukan Selenium sebagai suatu elemen photo conductivity. Kemudian tahun 1876, William Grylls dan Richard Evans Day membuktikan bahwa Selenium menghasilkan arus listrik apabila disinari dengan cahaya matahari. Hasil penemuan mereka menyatakan bahwa Selenium dapat mengubah tenaga matahari secara langsung menjadi listrik tanpa ada bagian bergerak atau panas. Sehingga disimpulkan bahwa solar cell sangat tidak efisien dan tidak dapat digunakan untuk menggerakkan peralatan listrik.
Tahun 1894 Charles Fritts membuat Solar Cell pertama yang sesungguhnya yaitu suatu bahan semi conductor (selenium) dibalut dengan lapisan tipis emas. Tingkat efisiensi yang dicapai baru 1% sehingga belum juga dapat dipakai sebagai sumber energi, namun kemudian dipakai sebagai sensor cahaya. Tahun 1905 Albert Einstein mempublikasikan tulisannya mengenai photoelectric effect. Tulisannya ini mengungkapkan bahwa cahaya terdiri dari paket-paket atau “quanta of energi” yang sekarang ini lazim disebut “photon.” Teorinya ini sangat sederhana tetapi revolusioner. Kemudian tahun 1916 pendapat Einstein mengenai photoelectric effect dibuktikan oleh percobaan Robert Andrew Millikan seorang ahli fisika berkebangsaan Amerika dan ia mendapatkan Nobel Prize untuk karya photoelectric effect. Tahun 1923 Albert Einstein akhirnya juga mendapatkan Nobel Prize untuk teorinya yang menerangkan photoelectric effect yang dipublikasikan 18 tahun sebelumnya.
Hingga tahun 1980 an efisiensi dari hasil penelitian terhadap solar cell masih sangat rendah sehingga belum dapat digunakan sebagai sumber daya listrik. Tahun 1982, Hans Tholstrup seorang Australia mengendarai mobil bertenaga surya pertama untuk jarak 4000 km dalam waktu 20 hari dengan kecepatan maksimum 72 km/jam. Tahun 1985 University of South Wales Australia memecahkan rekor efisiensi solar cell mencapai 20% dibawah kondisi satu cahaya matahari. Tahun 2007 University of Delaware berhasil menemukan solar cell technology yang efisiensinya mencapai 42.8% Hal ini merupakan rekor terbaru untuk “thin film photovoltaicsolar cell.” Perkembangan dalam riset solar cell telah mendorong komersialisasi dan produksi solar cell untuk penggunaannya sebagai sumber daya listrik.

CARA KERJA SEL SURYA
Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu junction antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar.  Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron (muatan negatif)  sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole (muatan positif) dalam struktur atomnya.  Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk mendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom fosfor. Ilustrasi dibawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.
Bila sel surya itu dikenakan pada sinar matahari, maka timbul yang dinamakan elektron dan hole. Elektron-elektron dan hole-hole yang timbul di sekitar pn junction bergerak berturut-turut ke arah lapisan n dan ke arah lapisan p. Sehingga pada saat elektron-elektron dan hole-hole itu melintasi pn junction, timbul beda potensial pada kedua ujung sel surya. Jika pada kedua ujung sel surya diberi beban maka timbul arus listrik yang mengalir melalui beban.Bahan dan cara kerja yang aman terhadap lingkungan menjadikan sel surya sebagai salah satu hasil teknologi pembangkit listrik yang efisien bagi sumber energi alternatif masyarakat di masa depan.

Junction antara semikonduktor tipe-p (kelebihan hole) dan tipe-n (kelebihan elektron). (Gambar : eere.energy.gov)

 Peran dari p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron (dan hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada  semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang mana  ketika cahaya matahari mengenai susuna p-n junction ini maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya hole bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang, seperti diilustrasikan pada gambar dibawah.

Ilustrasi cara kerja sel surya dengan prinsip p-n junction. (Gambar : sun-nrg.org)

CARA KERJA PLTS

KONSEP KERJA SISTEM PLTS

Pembangkit listrik tenaga surya itu konsepnya sederhana. Yaitu mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik. Cahaya matahari merupakan salah satu bentuk energi dari sumber daya alam. Sumber daya alam matahari ini sudah banyak digunakan untuk memasok daya listrik di satelit komunikasi melalui sel surya. Sel surya ini dapat menghasilkan energi listrik dalam jumlah yang tidak terbatas langsung diambil dari matahari, tanpa ada bagian yang berputar dan tidak memerlukan bahan bakar. Sehingga sistem sel surya sering dikatakan bersih dan ramah lingkungan. Badingkan dengan sebuah generator listrik, ada bagian yang berputar dan memerlukan bahan bakar untuk dapat menghasilkan listrik. Suaranya bising. Selain itu gas buang yang dihasilkan dapat menimbulkan efek gas rumah kaca (green house gas) yang pengaruhnya dapat merusak ekosistem planet bumi kita. Sistem sel surya yang digunakan di permukaan bumi terdiri dari panel sel surya, rangkaian kontroler pengisian (charge controller),
dan aki (batere) 12 volt yang maintenance free. Panel sel surya merupakan modul yang terdiri beberapa sel surya yang digabung dalam hubungkan seri dan paralel tergantung ukuran dan kapasitas yang diperlukan. Yang sering digunakan adalah modul sel surya 20 watt atau 30 watt. Modul sel surya itu menghasilkan energi listrik yang proporsional dengan luas permukaan panel yang terkena sinar matahari. Rangkaian kontroler pengisian aki dalam sistemsel surya itu merupakan rangkaian elektronik yang mengatur proses pengisian akinya. Kontroler ini dapat mengatur tegangan aki dalam selang tegangan 12 volt plus minus 10 persen. Bila tegangan turun sampai 10,8 volt, maka kontroler akan mengisi aki dengan panelsurya sebagai sumber dayanya. Tentu saja proses pengisian itu akan terjadi bila berlangsung pada saat ada cahaya matahari. Jika penurunan tegangan itu terjadi pada malam hari, maka kontroler akan memutus pemasokan energi listrik. Setelah proses pengisian itu berlangsung selama beberapa jam, tegangan aki itu akan naik. Rangkaian kontroler pengisian itu sebenarnya mudah untuk dirakit sendiri. Tapi, biasanya rangkaian kontroler ini sudah tersedia dalam keadaan jadi di pasaran. Memang harga kontroler itu cukup mahal kalau dibeli sebagai unit tersendiri. Kebanyakan sistem sel surya itu hanya dijual dalam bentuk paket lengkap yang siap pakai.
Jadi, sistem sel surya dalam bentuk paket lengkap itu jelas lebih murah dibandingkan dengan bila merakit sendiri. Biasanya panel surya itu letakkan dengan posisi statis menghadap matahari. Padahal bumi itu bergerak mengelilingi matahari. Orbit yang ditempuh bumi berbentuk elip dengan matahari berada di salah satu titik fokusnya. Karena matahari bergerak membentuk sudut selalu berubah, maka dengan posisi panel surya itu yang statis itu tidak akan diperoleh energi listrik yang optimal. Agar dapat terserap secara maksimum, maka sinar matahari itu harus diusahakan selalu jatuh tegak lurus pada permukaan panel surya. Jadi, untuk mendapatkan energi listrik yang optimal, sistem sel surya itu masih harus dilengkapi pula dengan rangkaian kontroler optional untuk mengatur arah permukaan panel surya agar selalu menghadap matahari sedemikian rupa sehingga sinar mahatari jatuh hampir tegak lurus pada panel suryanya. Kontroler seperti ini dapat dibangun, misalnya, dengan menggunakan mikrokontroler 8031. Kontroler ini tidak sederhana, karena terdiri dari bagian perangkat keras dan bagian perangkat lunak. Biasanya, paket sistem sel surya yang lengkap belum termasuk kontroler untuk menggerakkan panel surya secara otomatis supaya sinar matahari jatuh tegak lurus.

Komponen utama sistem surya fotovoltaik adalah modul yang merupakan unit rakitan beberapa sel surya fotovoltaik. Untuk membuat modul fotovoltaik secara pabrikasi bisa menggunakan teknologi kristal dan thin film. Modul fotovoltaik kristal dapat dibuat dengan teknologi yang relatif sederhana, sedangkan untuk membuat sel fotovoltaik diperlukan teknologi tinggi.

Modul fotovoltaik tersusun dari beberapa sel fotovoltaik yang dihubungkan secara seri dan paralel. Biaya yang dikeluarkan untuk membuat modul sel surya yaitu sebesar 60% dari biaya total. Jadi, jika modul sel surya itu bisa diproduksi di dalam negeri berarti akan bisa menghemat biaya pembangunan PLTS. Untuk itulah, modul pembuatan sel surya di Indonesia tahap pertama adalah membuat bingkai (frame), kemudian membuat laminasi dengan sel-sel yang masih diimpor. Jika permintaan pasar banyak maka pembuatan sel dilakukan di dalam negeri. Hal ini karena teknologi pembuatan sel surya dengan bahan silikon single dan poly cristal secara teoritis sudah dikuasai. Dalam bidang fotovoltaik yang digunakan pada PLTS, Indonesia ternyata telah melewati tahapan penelitian dan pengembangan dan sekarang menuju tahapan pelaksanaan dan instalasi

Teknologi ini cukup canggih dan keuntungannya adalah harganya murah, bersih, mudah dipasang dan dioperasikan dan mudah dirawat. Sedangkan kendala utama yang dihadapi dalam pengembangan energi surya fotovoltaik adalah investasi awal yang besar dan harga per kWh listrik yang dibangkitkan relatif tinggi, karena memerlukan subsistem yang terdiri atas baterai, unit pengatur dan inverter sesuai dengan kebutuhannya.

Bahan sel surya sendiri terdiri kaca pelindung dan material adhesive transparan yang melindungi bahan sel surya dari keadaan lingkungan, material anti-refleksi untuk menyerap lebih banyak cahaya dan mengurangi jumlah cahaya yang dipantulkan, semi­konduktor P-type dan N-type (terbuat dari campuran Silikon) untuk menghasilkan medan listrik, saluran awal dan saluran akhir (tebuat dari logam tipis) untuk mengirim elektron ke perabot listrik. Cara kerja sel surya sendiri sebenarnya identik dengan piranti semikonduktor dioda. Ketika cahaya bersentuhan dengan sel surya dan diserap oleh bahan semi-konduktor, terjadi pelepasan elektron. Apabila elektron tersebut bisa menempuh perjalanan menuju bahan semi-konduktor pada lapisan yang berbeda, terjadi perubahan sigma gaya-gaya pada bahan. Gaya tolakan antar bahan semi-konduktor, menyebabkan aliran medan listrik. Dan menyebabkan elektron dapat disalurkan ke saluran awal dan akhir untuk digunakan pada perabot listrik.

Proses konversi

Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini dimungkinkan karena bahan material yang menyusun sel surya berupa semikonduktor. Lebih tepatnya tersusun atas dua jenis semikonduktor; yakni jenis n dan jenis p.

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 semkonduktor, maka kita dapat mengontrol jenis semikonduktor tersebut, sebagaimana diilustrasikan pada gambar di bawah ini.

Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan panas semikonduktor alami. Di dalam semikonduktor alami (disebut dengan semikonduktor intrinsik) ini, elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama. Kelebihan elektron atau hole dapat meningkatkan daya hantar listrik maupun panas dari sebuah semikoduktor.

Misal 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.

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.

1.     Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung.

2.     Sesaat setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan elektron-elektron dari semikonduktor n menuju semikonduktor p, dan perpindahan hole dari semikonduktor pmenuju semikonduktor n. Perpindahan elektron maupun hole ini hanya sampai pada jarak tertentu dari batas sambungan awal.

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.

4.     Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion region) ditandai dengan huruf W.

5.     Baik elektron maupun hole yang ada pada daerah deplesi disebut dengan pembawa muatan minoritas (minority charge carriers) karena keberadaannya di jenis semikonduktor yang berbeda.

6.     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 semikonduktor n. Medan listrik ini cenderung berlawanan dengan perpindahan hole maupun elektron pada awal terjadinya daerah deplesi (nomor 1 di atas).

7.     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 pakibat 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 sel surya, 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 sel surya dapat terus terserap dan masuk ke daerah deplesi dan semikonduktor p.

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.

Cahaya matahari dengan panjang gelombang (dilambangkan dengan simbol “lambda” sbgn di gambar atas ) yang berbeda, membuat fotogenerasi pada sambungan pn berada pada bagian sambungan pnyang 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.

Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan pn terdapat medan listrikE, 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 kabel, lampu tersebut menyala dikarenakan mendapat arus listrik, dimana arus listrik ini timbul akibat pergerakan elektron.

Pada umumnya, untuk memperkenalkan cara kerja sel surya secara umum, ilustrasi di bawah ini menjelaskan segalanya tentang proses konversi cahaya matahari menjadi energi listrik.

Aplikasi Solar Sell

Sebelum mendisain sistem energi alternatif yang memanfaatkan sel surya, sebaiknya anda mempertimbangkan beberapa ha berikut :

• Pemakaian daya rata-rata selama 24 jam.
• Pemakaian daya rata-rata pada malam hari (terhitung dari hilangnya sinar matahari sampai munculnya sinar matahari yang mengenai sel surya)
• Pemakaian daya puncak
• Berdasarkan perhitungan penulis, untuk saat ini jangan berharap biaya operasional/pemeliharan sistem sel surya ini lebih murah dari listrik PLN.

Gambar di atas memperlihatkan sistem energi listrik alternatif yang memanfaatkan sinar matahari. Pertimbangan-pertimbangan di atas di gunakan untuk mengetahui spesifikasi komponen yang akan di pasang pada sistem tersebut, sebab salah memilih komponen bisa menyebabkan sitem ini tidak bekerja dengan baik (mudah rusak/tidak maksimal).

Fungsi Tiap Bagian Sistem Diatas
Sell Surya
Sebagai sumber energi listrik. berdasarkan pengujian penulis (pada gambar fisik sell surya yang paling besar) 1 buah sell surya pada saat sinar matahari cukup terik menghasilkan 20v-23,..v/1,9 - 2,4..A (38 - 50 watt) atau sekitar 350 Watt/ hari.

Controll ON/OFF
Untuk mengontrol pengisian batery dan menghubungkan batery dengan beban (inverter).

Batery
Untuk menyimpan energi listrik yang di hasilkan sell surya. biasanya batery yang di gunakan memiliki Ampare hour yang cukup tinggi. sebab untuk menghidupkan lampu 10 watt saja selama 1 malam (12 jam) idealnya membutuhkan batery 12V/10A.

Inverter
Untuk mengubah tegangan DC 12V dari batery menjadi 220 AC. untuk hasil yang lebih baik gunakan inverter yang menghasilkan gelombang sinus.