Revisi Lampu Solar Panel Sederhana

Sudah beberapa bulan terakhir ini PSBB masih berlangsung, sehingga Shanti tidak bisa bekerja dilapangan. Shanti menggunakan waktunya untuk melakukan kegiatan di kantor.

Shanti bereksperimen untuk menemukan bentuk ideal bagi lampu solar panel sederhana. Dari beberapa uji coba, ditemukan bahwa rangkaian lampu sederhana tersebut dapat dimasukkan kedalam kotak plastic berukuran 10x6x2,5cm. Sementara solar panelnya dirangkai terpisah. Dengan cara ini, maka lampu dapat dijual terpisah dengan solar panelnya.

Untuk charge baterai, dapat menggunakan kepada charger HP, dengan menyediakan kabel khusus. Satu ujung kabel menggunakan konektor USB male, sementara ujung satunya menggunakan konektor DC biasa. Dengan kabel khusus ini, pengguna dapat melakukan charge baterai melalui kepala charger HP, tanpa membutuhkan solar panel.

Solar Panel dibuat dengan menggunakan triplek ukuran 4mm, beserta 10 buah solar sel berukuran 52x52mm, dan sebuah konektor DC female disebuah pojok. Keseluruhannya, solar panel ini berukuran 30x15cm. Listrik yang dihasilkan adalah 5volt dan 0.9 ampere.

Solar panel ini dapat dihubungkan ke kotak lampu diatas dengan menggunakan sebuah kabel khusus. Masing-masing ujung kabel diberi konektor DC male.

Shanti masih melakukan uji coba supaya dapat menemukan kotak yang paling baik dan murah, serta memperbaiki rangkaian elektronik didalam kotak tersebut. Saat ini kotak berukuran 10x6x2,5cm tersebut dapat menampung dua buah baterai 18650, tanpa tempat baterai. Shanti masih mencari tempat baterai 18650 paralel yang dapat masuk kedalam kotak yang sama, sehingga akan memudahkan pengguna untuk mengganti baterai.

Tampak belakang

tampak atas

Colokan DC female, jadi lebih rapih

Solar panel tampak atas

Solar panel tampak belakang

Colokan solar panel - lampu

Colokan lampu - charger HP

Isi lampu

Uji Coba Peltier untuk penyediaan air bersih

Peltier adalah perangkat generator listrik yang mengkonversi panas (perbedaan suhu) langsung menjadi energi listrik, menggunakan fenomena yang disebut efek Seebeck (bentuk efek termoelektrik). Jika material termoelektrik dialiri listrik, panas yang ada di sekitarnya akan terserap. Dengan demikian, untuk mendinginkan udara, tidak diperlukan kompresor pendingin seperti halnya di mesin-mesin pendingin konvensional. Peltier sering digunakan pada pendingin/cooler untuk dikendaraan.

Ide awalnya adalah untuk merubah air yang ada diudara menjadi air melalui kondensasi dengan menggunakan Peltier. Bila air yang dihasilkan cukup banyak, ide ini dapat menyediakan air bersih ditempat yang tidak mempunyai sumber air.

Sistim ini tidak sulit untuk dibuat. Hanya membutuhkan 1 buah peltier, 2 buah heatsink, dan 1 buah aki yang cukup. Heatsink yang lebih besar berfungsi untuk menghalau panas dari 1 sisi peltier, sehingga membutuhkan kipas. Heatsink yang lebih kecil berfungsi untuk kondensasi udara.

Uji coba dilakukan, dan Shanti  menunggu selama 1 jam untuk melihat hasilnya. Peltier berfungsi, dan air dihasilkan dari uji coba ini. Walaupun begitu, air yang dihasilkan selama 1 jam adalah sekitar 2 sendok makan. Jumlah ini terlalu kecil bila dibandingkan dengan listrik yang digunakan dan waktu untuk memperolehnya.Memang uji coba ini bisa diperbaiki lagi, misalnya dengan meletakkan sistim didalam kotak sterofoam, atau menambah 2-3 peltier, tetapi hasil akhirnya juga tidak akan cukup besar untuk kebutuhan 1 hari untuk 1 keluarga.

Kesimpulannya adalah, kondensasi dengan peltier memang berfungsi, tetapi jumlah air yang dihasilkan tidak sesuai dengan waktu dan listrik yang digunakan.

Memang dipasaran tersedia alat dehumidifier yang menggunakan refrigerant, berfungsi seperti seperti kulkas. Alat ini bisa menghasilkan air sebanyak 25 liter per hari, dengan listrik sekitar 300 watt. Jumlah air yang dihasilkan cukup banyak untuk kebutuhan 1 hari didaerah yang kering tidak ada sumber air lain. Walaupun begitu, alat tersebut membutuhkan listrik yang sangat besar, 3.600 watt per 12 jam. Sistim solar yang menghasilkan listrik sejumlah itu akan berharga sangat mahal, sehingga tidak efisien dan efektif.

Kesimpulan akhir, tehnik kondensasi bila ingin digunakan dilapangan, lebih baik menggunakan tehnik manual, misalnya, membentangkan jaring untuk menangkap embun dipagi hari. Tehnik ini bisa juga menghasilkan air sesuai dengan ukuran jaringnya dan tidak membutuhkan listrik.

Cara lain yang lebih fisibel adalah dengan menampung air hujan. Tampungan disesuaikan supaya cukup besar untuk kebutuhan dimusim kemarau.

dua buah heatsink, kipas,
dan baterai

Peltier (berwarna putih, diapit
oleh 2 buah heatsink.

Hasil air selama 1 jam.

Menyelesaikan rangkaian solar sistem berukuran cukup besar

Rangkaian solar sistim ini berukuran cukup besar untuk Shanti, menyediakan listrik sebesar 1.200 watt per hari. Solar panel berukuran 350 watt sudah terpasang diatas tiang. Panel ini kira-kira berukuran satu lembar triplek (250 x 110 cm). Rangkaian kontroler dan inverter juga sudah terpasang. Ketika laporan ini ditulis, tes sudah dilakukan beberapa hari dan tidak ditemukan masalah. Lampu-lampu sudah menyala seperti yang diinginkan, baik lampu LED DC maupun AC.

Kontroler yang digunakan adalah tipe MPPT dengan kapasitas 20 Ampere. Sementara Inverter yang digunakan adalah tipe pure sine wave dengan kapasitas 2.000 watt. Aki yang digunakan adalah 12 volt dengan kapasitas 100 AH.

Selama tes beberapa hari, pengisian aki sesuai dengan yang diinginkan, yaitu selama 3 jam. Walaupun kondisi mendung, pengisian aki juga masih berlangsung tetapi dalam waktu yang lebih lama. Shanti akan menambah satu aki lagi yang akan disusun parallel, keduanya seharusnya masih bisa terisi penuh dalam waktu 1 hari. Bila tidak ada masalah, maka listrik yang tersedia akan lebih besar lagi.

Beberapa pembelajaran dari seluruh proses selama ini:

• Kualitas hasil solderan pada solar sel sangat penting. Apabila tidak dilakukan dengan baik, maka solar panel akan membutuhkan perbaikan yang cukup sering.
• Tutup panel dapat menggunakan akrilik atau policarbonat, tetapi ketebalan sebaiknya antara 3-4mm. Shanti menggunakan policarbonat dengan ketebalan sekitar 1,5mm, dan ternyata terlalu tipis sehingga permukaannya bergelombang, dan akhirnya harus diberikan lem silicon supaya air tidak tembus. Ketika membuat lubang untuk sekrup, lubang harus lebih besar dari sekrup untuk menyediakan tempat bagi akrilik/polycarbonate memuai ketika kena matahari.
• Solar sel sebaiknya dikelompokkan sehingga menghasilkan 21 volt pada saat puncak (ketika sinar matahari tidak terhalang apapun). Berdasarkan proses tes tersebut diatas, ketika cuaca mendung, solar panel masih menghasilkan listrik yang cukup untuk mengisi aki.
• Kabel-kabel yang digunakan harus cukup besar, sesuai dengan perhitungan. Shanti menggunakan kabel berukuran AWG 2 (luas penampangnya 35mm2) untuk menghubungkan solar panel dan kontroler. Kabel ini berukuran besar, cukup sulit untuk memotongnya. Ternyata konektor pada kontroler tidak dapat menerima kabel ini karena terlalu besar, sehingga akhirnya menggunakan sekring untuk mengecilkan kabel. 
• Konektor kabel dapat menggunakan berbagai macam konektor, tetapi harus diperhatikan arus yang mampu diteruskan oleh konektor yang digunakan. Untuk menyatukan kabel yang berbeda ukurannya, akan jauh lebih baik menggunakan terminal blok. Terminal blok tersedia dalam berbagai jenis dan ukuran, harus memilih sesuai dengan ukuran kabel yang digunakan.
• Sekring sebaiknya digunakan secukupnya, pada berbagai macam jalur kabel. Sekring juga tersedia dalam berbagai jenis dan ukuran. Harus dipilih sesuai dengan ukuran kabel, dan sekring yang digunakan harus berdasarkan besar arus yang akan melaluinya.
• Untuk solar panel yang berukuran besar, solar sel akan dikelompokkan dan masing-masing menghasilkan 12/24 volt. Penggunaan diode scotchki pada masing-masing kelompok sangat dianjurkan, supaya ketika ada kelompok yang terkena bayangan atau tidak berfungsi, arus listrik tidak kembali ke solar sel.
• Banyak dijual kabel yang berukuran banci. Maksudnya, ukuran sebenarnya lebih kecil dari yang tertera di kabel. Misalnya, ukuran kabel tertulis 35mm (AWG 2), tetapi ukuran sebenarnya adalah 25mm (AWG 4). Kabel ukuran 35mm yang sebenarnya, tidak bisa dipotong dengan tang biasa, perlu tang khusus yang lebih besar atau digergaji.
• Kontroler tipe MPPT jauh lebih efektif untuk mengatur arus listrik, tetapi harganya lebih mahal. Sebagai perbandingan, kontroler tipe PWM dengan kapasitas 20 amper berharga sekitar Rp. 250.000,- sementara tipe MPPT dengan kapasitas sama berharga sekitar Rp. 2.000.000,-. Untuk solar panel yang berukuran cukup besar, seperti yang digunakan Shanti, sebaiknya menggunakan tipe MPPT karena masalah akan jauh lebih sedikit.
• Untuk jarak antara kontroler dan beban yang cukup jauh, akan jauh lebih mudah bisa menggunakan inverter untuk merubah arus DC dari aki menjadi arus AC 220 v (seperti PLN). Sehingga kabel yang biasa dipakai pada instalasi listrik dirumah bisa digunakan, dan akan mengurangi biaya kabel.
• Bila memakai inverter, sebaiknya menggunakan tipe pure sine wave, karena tipe modified sine wave akan lebih cepat panas. Mesin pompa air hanya bisa dinyalakan dengan inverter tipe pure sine wave. Kapasitas inverter yang digunakan juga harus diperhatikan, karena alat elektronik, seperti pompa air, akan membutuhkan listrik lebih besar pada saat baru dinyalakan.
• Semua beban sebaiknya mengambil listrik dari kontroler, termasuk inverter. Cara ini akan menyebabkan pengontrolan arus yang lebih mudah. Tetapi, bila kapasitas kontroler kurang besar, ketika inverter digunakan untuk menyalakan beban pada saat awal, kontroler menjadi error (karena arus yang ditarik oleh inverter cukup besar). Bila hal ini terjadi, inverter bisa langsung dihubungkan ke aki tanpa melalui kontroler. Dampaknya, kontroler tidak bisa mengatur arus yang diambil oleh inverter.
• Ketika inverter dalam posisi idle (tidak menyalakan alat elektronik), inverter tetap akan membutuhkan listrik dalam jumlah lebih kecil. Jumlah ini bergantung pada jenis, tipe, dan merek inverter. Pada tes yang dilakukan Shanti, dengan inverter 2.000 watt, listrik yang dibutuhkan adalah 0,9 ampere. Arus ini akan berlangsung terus menerus selama inverter dalam posisi idle, sehingga harus dimasukkan kedalam perhitungan rancangan solar system.
• Automatic transfer switch dibutuhkan bila akan menggabungkan listrik dari inverter dan listrik PLN. Ketika aki masih cukup kuat, maka switch akan otomatis mengambil listrik dari inverter. Ketika aki habis atau diberi timer, switch akan mengambil listrik PLN. Dengan cara ini, maka alat elektronik akan selalu dapat digunakan.
• Shanti mencoba menghubungkan pompa air, dan bekerja dengan baik. Walaupun begitu, pompa air hanya bisa dinyalakan ketika sinar matahari tidak terhalang awan, karena pompa air yang dicoba membutuhkan listrik sekitar 700 watt sehingga  membutuhkan arus cukup besar dari aki.
• Salah satu alternative untuk solar panel yang berukuran besar, disusun untuk menghasilkan 30+ volt (sistim 24 volt) karena ukuran kabel yang digunakan akan lebih kecil untuk jarak yang jauh. Cara ini berguna bila tidak menggunakan inverter, sehingga semua arus yang digunakan adalah DC. Bila menggunakan inverter, aki 12 volt tidak bermasalah karena arus ke beban menggunakan AC (seperti PLN) dan dapat menggunakan kabel biasa.
• Walaupun begitu, sangat sulit untuk menemukan aki 24 volt dipasaran. 2 aki 12 volt yang dihubungkan secara serial dapat digunakan. Kontroler yang tersedia dipasaran biasanya secara otomatis akan mengetahui aki yang digunakan 12 atau 24 volt. Ingat, pasang terlebih dahulu kabel ke aki (supaya kontroler dapat mengetahui apakah aki yang digunakan 12 atau 24 volt), lalu disusul dengan kabel dari solar panel.

Pada kontroler tipe MPPT, biasanya terdapat port/konektor untuk dihubungkan ke computer. Melalui computer, pengguna bisa mengatur kontroler dan juga dapat mengambil data. Shanti menggunakan merek Epever, dan pabrik ini menyediakan alat-alat yang dapat dibeli terpisah, juga software yang dibutuhkan. Sayangnya software hanya disediakan untuk OS Windows. Alat-alat yang dijual oleh pabrik ini sebetulnya lebih memudahkan karena hanya tinggal dihubungkan saja ke kontroler, tetapi harganya cukup mahal.

Port yang disediakan adalah port RS485 (menggunakan colokan RJ45, atau biasa dikenal dengan kabel LAN). Port ini dihubungkan dengan kabel ke computer, sehingga membutuhkan kabel RS485 – USB. Kabel ini sudah termasuk dengan chip converter didalamnya.

Shanti akan mencoba menggunakan raspberry pi yang sudah dimiliki, untuk mengambil data dari kontroler dan semoga bisa ditampilkan pada blog Shanti sehingga data bisa diakses dari lokasi lain dan dianalisa. Selain untuk mengambil data, port ini juga bisa digunakan untuk mengatur kontroler melalui computer dengan menggunakan software yang disediakan oleh Epever. Sayangnya software ini hanya bisa dijalankan pada OS windows, dan masih belum diketahui apakah dapat dijalankan pada Linux (Raspberry Pi).

<

Solar panel sudah
terpasang diatas tiang

Arus listrik sudah masuk
dari solar panel

Rangkaian peralatan
sebelum dirapihkan

Lokasi konektor/port RS485

Workshop perakitan solar panel yg agak besar

Tanggal 15-20 Maret 2020, Shanti pergi ke Desa Ngarak, Kecamatan Mandor, Kabupaten Landak, Kalimantan barat untuk memberikan pelatihan pembuatan lampu solar Panel ukuran besar.
Ini adalah pelatihan ke 2 di tempat tersebut setelah pada tahun lalu, Shanti melatih mereka membuat lampu ukuran kecil untuk keperluan penerangan dalam rumah, pergi ke kebun maupun aktivitas lainnya.

Tim berkoordinasi dengan IP3 sebagai koordinator kegiatan. Tujuan dari kegiatan ini adalah memberikan tambahan pengetahuan dan skill kepada peserta (khusunya peserta yang pernah dilatih terdahulu) agar mampu merakit dan memperbaiki lampu solar panel sendiri, merakit yang lebih besar, bahkan bisa dijadikan sumber pendapatan dengan cara dijual kepada masyarakat yang membutuhkan. Aktivitas ini akan berhenti apabila tidak dilanjutkan dalam bentuk bisnis.

Kegiatan dilakukan selama 3 hari di lokasi PPMT (Pusat Pengendalian Misi Terpadu)  Ngarak. Dengan pengetahuan dan ketrampilan untuk merangkai sistim panel surya yang lebih besar, diharapkan peserta dapat memulai bisnis lampu surya secara berkelompok.

Saat pelatihan selesai, solar panel beserta lampunya sudah terpasang dan berfungsi. Yang dibutuhkan selanjutnya adalah perawatan terhadap solar panel dan lampunya. Dua peserta sudah mulai mengembangkan sendiri lampu sederhana versi pribadi.

Peserta sedang menyiapkan lampu

Lampu beserta reflektor buatan sendiri

Peserta menyiapkan dudukan panel

Peserta menyolder sel surya

Peserta memasang sel surya ke panel

Menyiapkan penutup panel surya

Merangkai kabel-kabel

panel surya dan box panel sudah siap

memasang panel surya ke atas tiang

Memasang tiang beserta panel surya ke pondasi

Keseluruhan sistim sudah
selesai dipasang

Sudah menyala otomatis
dimalam hari

Hasil kreasi peserta setelah workshop

Hasil kreasi peserta lain setelah workshop

Kelanjutan kegiatan solar panel

Lampu solar panel sederhana mulai diedarkan kepada yang membutuhkan. Saat laporan ini ditulis, sudah empat buah lampu yang diedarkan. Shanti masih menunggu feedback dari para pengguna lampu tersebut.
Salah satu pengguna memberikan foto perbandingan antara lampu hasil produksi Shanti dengan lampu listrik. Terlihat dengan lampu 1 watt, hasilnya lumayan terang, dan akan berguna pada situasi atau dilokasi yang tidak memiliki listrik.

Selain itu, Shanti sedang memppersiapkan dan berkoordinasi dengan Kalbar untuk pelatihan merangkai solar panel berukuran lebih besar. Pada tanggal 17 – 19 MAret 2020, Shanti berencana untuk mengunjungi kecamatan mandor di Kalimantan Barat untuk memberikan pelatihan tentang merangkai solar panel berukuran lebih besar.

Sebuah ruangan dengan lampu
LED listrik 18 watt

Ruangan yang sama dengan
lampu Shanti 1 Watt

Perkembangan belajar solar panel

Mengerjakan solar panel berukuran 250 x 110 cm ternyata membutuhkan waktu yang lebih lama dari yang diperkirakan. Shanti mencoba menggunakan lembaran EVA (ethylene vinyl acetate) untuk melindungi solar cell. Lembaran ini digunakan pada solar panel yang dijual ditoko-toko. Ketika dipanaskan dengan menggunakan heat gun, lembaran ini akan mencair sehingga seperti melaminating solar sel.
   
Walaupun begitu, ternyata tidak mudah untuk melakukannya. Hasil akhirnya kurang memuaskan karena masih banyak gelembung udara yang terperangkap. Alternatif lain untuk melindungi solar cell adalah dengan menyemprotkan cat akrilik bening. Cara ini lebih murah dan mudah dibandingkan dengan menggunakan EVA. Memang penggunaan EVA akan jauh lebih tahan lama dibandingkan dengan cat akrilik.

Saat laporan ini ditulis, solar cell berukuran besar tersebut sudah selesai dipasang pada dudukannya, dan sudah selesai dilapisi dengan EVA. Harga panel berukuran sama yang dijual ditoko kurang lebih adalah Rp. 3 juta lebih, sementara panel yang dibuat Shanti berharga sekitar Rp. 1 juta rupiah lebih.

Untuk lampu solar panel sederhana, shanti sudah selesai menghasilkan total lebih dari 20 buah. Ketika laporan ini ditulis, Shanti masih dalam proses menyelesaikan sekitar 10 buah lampu lagi. Seiring dengan proses pembuatan lampu ini, Shanti belajar banyak hal karena beberapa  masalah terjadi tanpa diduga. Hasil produksinya juga makin lama makin membaik.

Disaat yang sama, Shanti juga mencoba bereksperimen dengan membuat lampu menggunakan wadah botol bekas. Hasilnya cukup baik. Walaupun begitu, proses menggunakan wadah botol bekas ini tidak mudah. Saat ini hanya diproduksi satu buah sebagai contoh. Bila masyarakat tertarik, akan dibuat lebih banyak lagi.

Selain itu, Shanti akan bereksperimen dengan membuat charger HP dan lampu menggunakan modul kecil yang dapat dihubungkan dengan aki biasa. Modul tersebut tinggal dihubungkan ke aki, dan dapat langsung menggunakan 2 buah colokan USB yang tersedia. Akan disediakan 1 buah lampu ukuran 1 watt yang juga tinggal dicolokkan ke USB. Shanti akan mencoba membuat 10 set dan melihat respon masyarakat. Selain untuk lampu dan charge HP, modul ini juga bisa untuk menyalakan Raspberry pi beserta monitor DC nya.

Lampu sederhana dan charger HP hasil karya Shanti tersebut diatas berharga murah dan akan diuji coba dilapangan dan melihat minat dari masyarakat. Hasilnya akan digunakan untuk menentukan langkah selanjutnya.

Lapisan EVA sedang dipanaskan

Mencoba menggunakan botol bekas untuk
wadah lampu

Hasil produksi lampu solar panel sederhana

Modul charger HP yang akan dicoba

Eksperiman dengan solar panel ukuran lebih besar

Shanti sedang bereksperimen dengan solar panel dengan ukuran lebih besar. Solar cell yang digunakan berukuran 6 x 6 inchi. Jauh lebih besar dari solar cell yang digunakan untuk lampu sederhana (52 x 26cm). 80 solar cell yang besar ini akan dilindungi dengan lapisan EVA, dan lalu dipasang diatas lembaran triplek. Lapisan EVA ini harusnya dapat melindungi solar cell dalam jangka waktu yang sangat lama.

Keseluruhan panel menggunakan dudukan 1 keping triplek tebal 4mm. Rangka dibuat dari besi hollow tebal 0.5mm. Saat laporan ini ditulis, Solar cell sudah sebagian besar dirangkai, dudukan panel sudah selesai. Tinggal menunggu beberapa barang supaya solar cell dapat dipasang, terutama lapisan EVA yang akan dicoba untuk melindungi solar cell.

Diharapkan, diwaktu yang akan datang, Shanti mempunyai pengetahuan, ketrampilan, dan pengalaman untuk membuat solar panel kecil hingga besar.

Perbandingan Solar cell 6x6 inchi dengan
yang digunakan untuk lampu sederhana (26x52mm)

Satu lembar triplek yang akan
menjadi dudukan solar panel

Solar cell 6x6 inchi sedang dirangkai