Merakit Charger Baterai 6 V dan 12 V Menggunakan Solar Sel

          Bahasan berikut ini masih tetap tentang merakit charger baterai, kalau pada pertemuan sebelumnya penulis telah menyajikan rangkaian charger baterai menggunakan solar sel yang hanya untuk mengisi baterai 6 V dan rangkaian charger baterai menggunakan solar sel yang hanya untuk mengisi baterai 12 V. Selanjutnya untuk pertemuan kali ini kita mencoba merakit charger baterai yang digunakan untuk mengisi baterai bertegangan 6 V sekaligus juga bisa untuk mengisi baterai bertegangan 12 V.

          Berikut ini  (gambar 1) adalah rangkaian charger baterai solar sel yang paling sederhana dan terjangkau untuk dibuat oleh penghobi elektronika. Charger ini disamping memiliki beberapa kekurangan dibanding dengan charger lain yang serupa, tetapi mempunyai lebih banyak keuntungan dan kelebihan. Charger  ini dimaksudkan untuk pengisian baterai lead acid, tetapi juga dapat digunakan untuk pengisian jenis baterai apapun pada tegangan konstan antara 5 V hingga 14 V. Tegangan outputnya dapat disesuaikan/diatur dengan mengatur R3.

Gambar 1. Skema rangkaian charger baterai 6V dan 12V menggunakan solar sel

Gambar 2. PCB charger baterai 6V dan 12V menggunakan solar sel

Kelebihan dari charger ini antara lain adalah :

+ Sederhana, bentuknya kecil dan harganya murah

+ Menggunakan komponen-komponen yang tersedia di pasaran

+ Tegangan dapat diatur/disesuaikan (Adjustable)

+ Pengosongan debit baterai nol (zero) ketika matahari tidak bersinar.

Sedangkan kerugiannya antara lain adalah :

- Batas drop-out tegangan untuk aplikasi 6V cukup tinggi

- Arus pengisian terbatas hanya sampai 1,5 A

- Tidak ada LED indikator, tidak ada bel atau alarm

Spesifikasi charger baterai solar sel ini adalah sebagai berikut :

- Kapasitas daya panel surya : 20W (untuk 12V) atau 10W (untuk 6V),

- Range tegangan output : 5 s/d 14V (adjustable), dapat dikurangi lebih lanjut dengan menghubung singkat R2,

- Disipasi daya maksimal : 10W (termasuk disipasi daya D1)

- Drop tegangan : 2 s/d 2,75V (tergantung pada arus beban)

- Arus maksimum : 1,5A (batas internal sekitar 2,2A)

- Pengaturan tegangan : ± 100 mV (karena sambungan seri penyearah)

- Pengosongan daya baterai : 0 mA (tidak perlu melepaskan baterai ketika matahari tidak bersinar)

Untuk aplikasi pada baterai 6V:

- Tegangan Output : Set pada 7V

- Tegangan input :

Untuk baterai yang telah kosong/habis (6V) : sebesar 8,75V dengan arus minimal 1,5A (sedikit lebih tinggi untuk panel surya dengan operasi 6 V). Sedangkan untuk baterai yang telah terisi (7V) : sebesar 9V dengan arus minimal 10 mA.

Untuk aplikasi pada baterai 12V :

- Tegangan Output : Set pada 14V

- Tegangan input :

Untuk baterai yang telah kosong/habis (12V) : sebesar 14,75V dengan arus minimal 1,5A (tersedia dari panel surya untuk operasi 12V). Sedangkan untuk baterai yang telah  terisi (14V): sebesar 16V dengan arus minimal 10 mA.

Drop Tegangan Minimum :

          Oleh karena terdapat drop tegangan sebasar 2 s/d 2,75V, maka tegangan input harus lebih besar dari tegangan output sekitar 2,75V dengan arus minimal 1,5A. Untungnya, saat baterai habis, tegangan output lebih rendah sehingga tegangan panel surya juga akan lebih rendah. Ketika terisi penuh, tegangan baterai akan tinggi, tetapi arus sangat rendah pada saat itu, tegangan drop-out akan mengurangi sekitar 2V dari  tegangan panel surya yang datang mengalir ke dalam rangkaian. Rectifier Schottky dipilih untuk mengurangi drop tegangan ini dengan persyaratan bahwa drop tegangan dari Schottky adalah sekitar 0,5V dengan arus minimal 1,5A atau sekitar setengah dari rectifier silikon.

Disipasi Daya Maksimum :

          Dalam ramgkaian pengisi daya baterai dengan solar sel, daya dibatasi oleh kedua faktor yaitu resistensi dan panas dari IC LM317T dan heat zink. Untuk menjaga agar suhu keduanya di bawah 125 °C, daya harus dibatasi sekitar 10W. Jika heat zink lebih kecil atau kurang efektif digunakan, disipasi daya maksimum harus dihitung ulang. Untungnya IC LM317T telah membatasi suhu internal sehingga jika terlalu panas IC akan menutup, dengan demikian akan melindungi diri dari kerusakan. Daya maksimum mulai berlaku saat pengisian baterai 12V dengan arus minimal 1,5A : misalnya tegangan baterai = 12V, panel surya = 18V, maka  P = (18V - 12V) x 1,5A = 9W. Jadi panas itu harus disesuaikan secara hati-hati dengan nilai arus.

          Jika panel surya yang beroperasi untuk 12V, tetapi diaplikasikan untuk pengisian baterai 6V, maka arus maksimum harus dikurangi menjadi sekitar 0,7A : misalnya tegangan baterai = 6V, tegangan panel surya = 18V, maka P = (18V - 6V) x 0,7A = 9,6W. Dalam hal ini, daya panel surya tidak boleh melebihi 10W.

          Saat pengisian baterai mulai berlangsung, biasanya heat zink menghangat. Ketika mulai "top off" atau sedang menyelesaikan pengisian pada tegangan maksimum, heat zink panas. Ketika baterai telah terisi penuh, heat sink mulai mendingin. Panas tersebut tidak benar-benar terbuang, sehingga energi tersebut adalah kelebihan daya yang tidak dibutuhkan dalam proses pengisian baterai.

Aplikasi pada berbagai  jenis tegangan baterai :

          Sulit untuk menentukan bagaimana menyesuaikan atau mengatur tegangan pada jenis baterai yang berbeda. Cara termudah untuk melakukannya adalah dengan mengisi baterai sampai penuh menggunakan cara lain dan kemudian mentransfer baterai yang terisi penuh dengan mengendalikan dan menghubungkan amperemeter secara seri. Selanjutnya mengatur tegangan sampai ada arus yang signifikan dan kemudian kembali mengatur potensiometer sampai arus mengalir sebesar 10 mA atau lebih. Beberapa jenis baterai seperti jenis lithium ion harus diputus setelah pengisian penuh untuk mencegah kerusakan pada baterai tersebut.

Perlindungan Charger Baterai :

          Kapasitor C1 memberikan perlindungan substansial terhadap terbentuknya listrik statis, tetapi tidak ada perlindungan terhadap polaritas terbalik. Hal ini dapat terlindungi jika panel surya terhubung dengan polaritas terbalik tanpa terhubung dengan baterai, atau jika baterai terhubung dengan polaritas terbalik tanpa terhubung dengan panel surya. Namun, jika baterai atau panel surya terhubung dengan polaritas terbalik dan kedua terhubung secara bersamaan, hal ini belum dapat terlindungi (perlu dicarikan solusinya).