Baterai
Baterai adalah obyek kimia penyimpan arus listrik. Dalam sistem solar cell, energi listrik dalam baterai digunakan pada malam hari dan hari mendung. Karena intensitas sinar matahari bervariasi sepanjang hari, baterai memberikan energi yang konstan.
Baterai tidak seratus persen efisien, beberapa energi hilang seperti panas dari reaksi kimia, selama charging dan discharging. Charging adalah saat energi listrik diberikan kepada baterai, discharging adalah pada saat energi listrik diambil dari baterai. Satu cycle adalah charging dan discharging. Dalam sistem solar cell, satu hari dapat merupakan contoh satu cycle baterai (sepanjang hari charging, malam digunakan/ discharging).
Baterai tersedia dalam berbagai jenis dan ukuran. Ada dua jenis baterai yaitu "disposable" dan rechargeable. Baterai rechargeable digunakan oleh sistem solar cell adalah aki/ baterai lead-acid.
Baterai lead-acid
Baterai lead acid dapat dikelompokkan menjadi Liquid Vented dan Sealed (VRLA - Valve Regulated Lead Acid)
Liquid vented (aki dengan katup pengisian ulang cairan): adalah baterai mobil yang terbuat dari lempengan positif dan negatif dari paduan timah yang ditempatkan dalam larutan elektrolit dan air asam sulfuric. Baterai lead-acid yang terdiri dari 6 individu 2-sel volt. Baterai ini dirancang untuk memberikan arus listrik yang besar hanya beberapa saat, kemudian harus dicharging. (contoh pada saat starter mobil). Jadi baterai Liquid vented tidak cocok untuk sistem solar cell.
Pada saat mendekati full charge, hidrogen dihasilkan dan menguap dari baterai, mengakibatkan air baterai jenis ini berkurang. Untuk maintenance, baterai jenis ini harus dimonitor.
Baterai sealed lead-acid (VRLA). Tidak seperti baterai liquid vented, baterai ini tidak memiliki caps/ katup, tidak ada akses ke elektrolit dan total sealed. Dengan demikian baterai jenis ini tidak memerlukan maintenance. Baterai Deep Cycle, adalah baterai yang cocok untuk sitem solar cell, karena dapat discharge sejumlah arus listrik secara konstan dalam waktu yang lama. Umumnya baterai deep cycle dapat discharge sampai dengan 80% kapasitas baterai. Dengan perencanaan kapasitas dan maintenance yang baik, baterai jenis ini dapat bertahan selama kurang lebih 10 tahun.
Dua jenis baterai sealed yang digunakan sistem panel surya adalah gelcell dan Absorbed Glass Mat (AGM). Baterai gelcell adalah elektrolit baterai di-gel dengan silika gel untuk mengubah cairan menjadi gel massa. Baterai AGM menggunakan mat gelas silik berserat untuk menunda elektrolit. Mat ini menyediakan kantong yang membantu dalam penggabungan gas-gas yang dihasilkan selama charging, dan membatasi jumlah dari gas hidrogen yang dihasilkan.
Keuntungan utama dari baterai sealed yaitu memiliki spill-proof.(tidak tumpah).
Baterai gelcell sangat rentan terhadap kerusakan dari overcharging khususnya pada cuaca panas dan jangka hidup menjadi lebih pendek daripada jenis baterai lainnya. Kebanyakan baterai sealed harus di charge pada tegangan rendah dan tingkat amper yang rendah untuk menghindari kelebihan gas dari kerusakan sel.
Baterai lead-acid memerlukan PV controller untuk menghindari overcharging dan discharging. PV controller, bekerja dengan cara mengawasi tegangan baterai, yang meningkat sebagaimana baterai di charge dan jatuh sebagaimana baterai discharge. Pengontrol charge dibutuhkan karena overcharging menyebabkan kehilangan cairan elektrolit yang berlebihan, yang meningkatkan kebutuhan pemeliharaan dan mempersingkat masa hidup baterai. Semakin baterai secara teratur discharge, umurnya semakin pendek.
Setiap jenis baterai mempunyai sedikit perbedaan tegangan charge (high voltage disconnect atao HVD). Tabel 6-1 menampilkan aturan tegangan untuk sealed dan baterai cairan lead-acid.
BATERAI ALKALINE
Baterai Alkaline, seperti baterai nickel-cadmium (logam putih nikel) dan nickel-ion, mempunyai lempengan positif dan negatif dalam elektrolit yang dibuat dari nikel dan logam putih atau nikel dan besi dan elektrolit adalah kalium hidroksida. Setiap sel mempunyai tegangan nominal 1.2 volt dan charge termination point adalah 1.65-1.8 volt. Baterai ini cukup mahal dan terdapat jendela tegangan masalah kompatibilitas dengan inverter tertentu dan pengendali biaya. Keuntungannya adalah tidak terlalu dipengaruhi oleh suhu seperti jenis baterai yang lain.
Baterai lead-acid memerlukan PV controller untuk menghindari overcharging dan discharging. PV controller, bekerja dengan cara mengawasi tegangan baterai, yang meningkat sebagaimana baterai di charge dan jatuh sebagaimana baterai discharge. Pengontrol charge dibutuhkan karena overcharging menyebabkan kehilangan cairan elektrolit yang berlebihan, yang meningkatkan kebutuhan pemeliharaan dan mempersingkat masa hidup baterai. Semakin baterai secara teratur discharge, umurnya semakin pendek.
Setiap jenis baterai mempunyai sedikit perbedaan tegangan charge (high voltage disconnect atao HVD). Tabel 6-1 menampilkan aturan tegangan untuk sealed dan baterai cairan lead-acid.
BATERAI ALKALINE
Baterai Alkaline, seperti baterai nickel-cadmium (logam putih nikel) dan nickel-ion, mempunyai lempengan positif dan negatif dalam elektrolit yang dibuat dari nikel dan logam putih atau nikel dan besi dan elektrolit adalah kalium hidroksida. Setiap sel mempunyai tegangan nominal 1.2 volt dan charge termination point adalah 1.65-1.8 volt. Baterai ini cukup mahal dan terdapat jendela tegangan masalah kompatibilitas dengan inverter tertentu dan pengendali biaya. Keuntungannya adalah tidak terlalu dipengaruhi oleh suhu seperti jenis baterai yang lain.
SPESIFIKASI BATERAI
Perancang sistem panel surya harus mempertimbangkan variable dibawah ini saat menspesifikkan dan menginstall sistem penyimpanan baterai untuk panel surya stand-alone:
Days of Autonomy
Autonomy mengacu pada jumlah hari sistem baterai akan menyediakan suatu muatan tanpa dicharge oleh array panel surya atau sumber yang lain dengan mempertimbangkan lokasi sistem, total muatan, jenis muatan dan cuaca lokal serta iklim untuk secara benar menentukan jumlah hari dari autonomi.
Faktor yang paling penting dalam menentukan autonomi yang sesuai untuk sistem adalah ukuran dan jenis muatan yang disediakan sistem.
Rentang umum dari autonomy adalah:
- 2 sampai 3 hari tidak menggunakan atau sistem dengan generator back up
- 5 sampai 7 hari untuk muatan yang kritis dengan tidak ada sumber energi yang lain.
KAPASITAS BATERAI
Baterai dinilai oleh kapasitas amp-hour (Ah) berdasarkan jumlah energi yang diperlukan untuk menjalankan muatan dan berapa hari yang diperlukan untuk menyimpan energi karena kondisi cuaca.
Beberapa faktor dapat berdampak pada kapasitas baterai, termasuk peringkat, penilaian of discharge (pembebanan), kedalaman pembebanan, suhu, umur, dan karakteristik recharging. Kapasitas yang diminta juga dipengaruhi oleh ukuran muatan. Jika muatan berkurang, kapasitas juga berkurang.
TINGKAT DAN KEDALAMAN DISCHARGE (PEMBEBANAN)(LAJU DAN KEDALAMAN CAIRAN)
Rate (kecepatan) dimana baterai secara langsung discharge mempengaruhi kapasitas. Jika baterai discharge dengan cepat, kapasitas akan berkurang. Sebaliknya, baterai yang discharge dengan lambat akan memiliki kapasitas yang besar. Contohnya, baterai 6-volt akan memiliki kapasitas 180 Ah jika discharge 24 jam.
Spesifikasi baterai biasanya adalah kapasitas baterai dalam hubungan dengan jumlah jam yang discharged. Tabel 6-2 menampilkan beberapa baterai dan kapasitasnya dalam beberapa kecepatan discharge.
Depth of discharge (DOD) mengacu pada berapa banyak kapasitas yang akan ditarik dari baterai. Baterai Nicad dapat discharged secara total tanpa merusak baterai dan menahan tegangan. Saat NiCad sudah penuh discharged sebaliknya dapat daya tarik, berpotensi membahayakan muatan.
Sistem siklus shallow, discharge baterai hanya 10 sampai 20 persen, mempunyai dua keuntungan. Pertama, secara umum, baterai yang memiliki sistem siklus shallow akan memiliki umur panjang. Jika baterai hanya bersiklus sampai 10 persen DOD, akan berkurang sekitar 5 kali selama disiklus sampai 50 persen. Kedua, kebalikan kapasitas Ah didesain pada sistem untuk memperpanjang cuaca berawan, jika baterai bank besar dengan respect kepada kapasitas dari sumber charge, baterai tidak akan charge dengan cepat untuk mengembalikan pada full state of charge. Ini dapat dihasilkan pada sulfation dan mengurangi umur baterai.
HARAPAN HIDUP
Baterai kehilangan kapasitas dari waktu ke waktu dan dipertimbangkan berada pada akhir masa hidup saat 20 persen kapasitas aslinya hilang, meskipun masih tetap dapat digunakan.
Kedalaman discharge juga mengacu pada persentase kecepatan kapasitas baterai amp-hour yang telah digunakan. Umur baterai (angka siklus harian) berlawanan dengan kedalaman discharge (persen dari kapasitas baterai) ditunjukkan sebagai biaya lebih rendah pada Figure 6-2.
KONDISI LINGKUNGAN
Baterai sangat sensitif dan sangat dipengaruhi oleh suhu lingkungan. Tegangan tinggi charge pada titik penghentian diperlukan untuk mencharge suhu baterai yang menurun. Pengontrol dengan fitur kompensasi suhu dapat secara otomatis sesuai dengan tegangan charge berdasarkan suhu baterai. Figur 6-3 mengilustrasikan dampak dari suhu pada baterai tingkat tiga discharge.
Meskipun kapasitas baterai menurun pada suhu rendah, umur baterai meningkat. Begitu pula, suhu baterai yang bertambah, umur baterai semakin pendek.
Saat sizing sistem, dapat mengimbangi efek dari suhu dengan menggunakan suhu pengganda baterai. Untuk menemukan kapasitas baterai yang sesuai, menggandakan kapasitas baterai yang diperlukan oleh suhu pengganda baterai pada tabel 6-3.
Suhu dingin lebih mempengaruhi dari kapasitas baterai. Pada lingkungan yang dingin, elektrolit dapat menjadi beku. Suhu dimana baterai akan beku adalah fungsi dari state of charge. Saat cairan elektrolit baterai sudah terpenuhi discharged, elektrolit adalah air. Elektrolit pada baterai yang terisi penuh mempunyai konsentrasi asam sulfat yang tinggi, yang beku pada suhu rendah. Elektrolit pada baterai terdiri dari sekitar 25% asam sulfat dan 75% air. Tabel 6-4 menampilkan titik beku pada bermacam-macam states of charge. Untuk mempertahankan suhu tetap, baterai lead-acid dapat ditempatkan pada kotak baterai yang berisolasi (R20 extuded polystyrene). NiCad tidak mudah rentan pada kerusakan pembekuan.
Baterai harus ditempatkan pada study enclosure (kotak baterai). Sejak baterai larutan elektrolit memproduksi hidrogen mudah meledak saat di charge, area dimana terletak baterai harus di vented dengan baik. Pertama, pemicuan dari peralatan listrik dapat menyalakan gas. Kedua, gas tersebut berkarat dan dapat menyerang sistem komponen yang lain. Tempat baterai digunakan untuk mengisi asam dalam kasus kebocoran baterai.
MEASURING BATTERY STATE OF CHARGE
Voltmeter atau hydrometer dapat digunakan untuk mengukur baterai state of charge. Untuk mengecek tegangan, baterai harus didiamkan selama beberapa jam (tidak dihubungkan dari sumber charging dan muatan). Tabel 6-4 dapat digunakan untuk membandingkan tegangan baterai 12V ke state of charge. Untuk sistem 24V, digandakan dengan 2, dan untuk sistem 48V, digandakan dengan 4. Untuk baterai gelcell mengurangi 0.2 volt dari angka di tabel.
Tabel 6-4 dapat juga digunakan untuk menentukan baterai state of charge dengan mengukur gravitasi sel yang sesuai dengan hydrometer.
KEAMANAN BATERAI
Baterai adalah sistem PV yang sangat berbahaya jika tidak ditangani, dijaga atau dipelihara dengan benar. Bahan kimia yang berbahaya, berat, dan tegangan tinggi dan arus adalah potensi yang sangat berbahaya yang dapat mengakibatkan shock listrik, peledakan, kebakaran, atau kerusakan karatan pada diri kita dan properti.
Peraturan keamanan untuk pemakaian yang tepat, instal, dan pemeliharaan dan penggantian sistem baterai panel surya:
Aturan keamanan baterai secara umum
- Gambar diagram batreri sebelum pengikatan (wiring)
- Pindahkan berbagai macam perhiasan sebelum bekerja disekitar baterai
- Gunakan perlatan yang memadai saat merakit sel
- Desain area baterai untuk mendapat ventilasi/pertukaran udara yang sesuai
- Gunakan pakaian yang sesuai (khususnya perlindungan mata) ketika bekerja pada baterai
- Memiliki baking soda (pengembang kue) untuk menetralisir asam dan spill (tumpah)
- Memiliki akses untuk air segar jika terkena siraman elektorlit pada kulit atau mata; jika terjadi siram dengan air lima sampai sepuluh menit, lalu hubungi dokter
- Jauhkan api dan sejenis dari baterai. Jangan merokok didekat baterai
- Pengosongan listrik statis tubuh sebelum menyentuh terminal post
- Jangan menghubungkan bank baterai dari berbagai sumber charging atau discharging sebelum bekerja pada baterai
- Jangan angkat baterai di terminal post atau menekan sisi baterai. Angkat baterai dari atas atau gunakan alat pengangkat.
- Jangan menggunakan logam yang keras pada peralatan non-insulated disekitar baterai untuk menghindari kemungkinan shock. Gunakan alat yang diikat untuk menghindari kecelakaan.
- Cuci tangan dengan segera setelah memegang baterai
- Letakkan baterai di tempat aman agar terhindar dari jangkauan anak kecil atau pun orang dewasa yang belum berpengalaman
- Ikuti petunjuk manufakturer
- Gunakan perasaan
Yang dapat dilakukan pada baterai:
- Jaga baterai dari living space (ruang hidup)
- Perlengkapan keselamatan tetap dekat pada baterai
- Gunakan pencegahan keamanan saat bekerja pada baterai
- Gunakan jadwal pemeliharaan dan pengairan
- Letakkan kotak baterai di luar ruangan
- Panjang kabel harus tetap sama ukuran
- Angka hubungan pararel harus minimum
- Cek dan rekam gravitasi spesifik semua sel saat pertama kali menerima baterai
- Menyamakan dalam keteraturan
- Membersihkan korosi
- Kabel untuk inverter dipindahkan dari atas kotak baterai (lubang diikat)
- Menghubungkan baterai terakhir
- Menumpahkan penahan
- Baterai tetap pada suhunya
Yang tidak boleh dilakukan pada baterai:
- Jangan mencampurkan jenis baterai yang berbeda
- Jangan mencampurkan baterai lama dengan yang baru
- Jangan mengairi baterai sebelum disamakan
- Jangan mengecek amps bersilang dengan terminalnya.
WUJUD PENGIKATAN BATERAI
Baterai perlu dibentuk (konfigurasi) untuk mendapatkan tegangan dan amp-hours yang dikehendaki dengan menggunakan desain dan parameter baterai. Figure 6-4, Figur 6-5, Figure 6-6 menunjukkan contoh dari bentuk pengikatan baterai bank untuk 12V, 24V, dan 48V.
Untuk menciptakan jalur panjang yang sama untuk aliran elektron melalui baterai, harus diikatkan pada posisi berlawanan dari baterai bank. Lihat figure 6-4, figure 6-5, dan figure 6-6.
