Charge Controller

Charge controller adalah peralatan elektronik yang digunakan untuk mengatur arus searah DC yang diisi ke baterai dan diambil dari baterai ke beban. Charge controller mengatur overcharging (kelebihan pengisian karena baterai sudah penuh) dan kelebihan tegangan (voltase) dari panel surya. Kelebihan voltase dari pengisian akan mengurangi umur baterai.

Charge controller menerapkan teknologi Pulse Width Modulation (PWM) untuk mengatur fungsi pengisian baterai dan pembebasan arus dari baterai ke beban. Panel surya 12 volt umumnya memiliki tegangan output 16-21 volt. Jadi tanpa charge controller, baterai akan rusak oleh overcharging dan ketidakstabilan tegangan. Baterai umumnya diisi pada tegangan 14-14,7 volt. Fungsi dari charge controller adalah mengatur arus untuk pengisian ke baterai agar tidak overcharging dan overvoltage, mengatur arus yang dibebaskan/diambil dari baterai agar baterai tidak full discharge dan overloading, dan monitoring temperatur baterai.

Bila baterai sudah penuh terisi maka secara otomatis pengisian arus dari panel sel surya berhenti. Cara deteksi adalah melalui monitor level tegangan baterai. Charge controller akan mengisi baterai sampai level tegangan tertentu, kemudian apabila level tegangan drop, maka baterai akan diisi kembali.

Charge controller biasanya terdiri dari satu input (dua terminal) yang terhubung dengan output panel sel surya, satu output (dua terminal) yang terhubung dengan baterai/aki dan satu output (dua terminal) yang terhubung dengan beban. Arus listrik DC yang berasal dari baterai tidak mungkin masuk ke panel surya karena biasanya ada diode protection yang hanya melewatkan arus listrik DC dari panel surya ke baterai, bukan sebaliknya. Ada beberapa nilai yang harus diperhatikan dalam merancang charge controller diantaranya adalah sebagai berikut:

1.    Voltage Regulation (VR) set point

VR set point didefinisikan sebagai batas tegangan maksimum baterai yang diperbolehkan pada saat pengisian untuk menghindari kelebihan pengisian. ketika kontroler sudah mendeteksi tegangan baterai mencapai titik VR ini, maka kontroler akan memutuskan koneksi pengisian dari panel surya.

2.     Array Reconnect Voltage (ARV) set point

Ketika kontroler sudah mendeteksi VR set point, maka kontroler akan memutuskan koneksi pengisian dari panel surya. pada saat tersebut level tegangan baterai akan turun (level tegangan baterai turun diakibatkan oleh sejumlah pemakaian pada beban atau pun disebabkan oleh self discharge baterai itu sendiri) hingga mencapai level tegangan tertentu, dimana pada level tegangan tersebut kontroler akan menghubungkan kembali koneksi pengisian, level tegangan beterai ini disebut Array Reconnect Voltage set point.

3.    Voltage Regulation Hysteresis (VRH)

Selisih tegangan antara voltage regulation dengan ARV dikenal sebagai voltage regulation hysteresis. Nilai VRH merupakan faktor yang penting dalam sistem kontrol on-off. Jika histeresisnya terlalu besar, maka baterai akan terputus dari panel surya untuk waktu yang lama dan menyebabkan baterai tidak benar-benar penuh terisi dan jika histeresisnya terlalu kecil, dapat menyebabkan kerusakan pada kontroler jika menggunakan komponen elektro mekanikal komponen seperti relay untuk switching-nya. Pada umumnya, besar nilai histeresis yang digunakan pada beberapa produk charger kontrol on-off berkisar antara 0,4 hingga 1,4 volt untuk sistem tegangan baterai 12Volt.

4.    Low Voltage Load Disconnect (LVD) set point

Pada saat baterai berada pada kondisi pengosongan, level tegangan baterai akan turun hingga mencapai titik tertentu, dimana pada titik tersebut baterai sudah tidak diperbolehkan untuk dilakukan pengosongan lagi. Pada level tersebut kontroler akan memutuskan hubungan dengan beban. Level tegangan baterai pada kondisi ini dikenal sebagai Low Voltage Load Disconnect set point atau lebih dikenal LVD.

5.    Load Reconnect Voltage (LRV) set point

Pada saat level tegangan baterai telah mencapai level LVD dan kondisi panel surya dapat melakukan pengisian, maka kontroler akan melakukan pengisian sehingga level tegangan baterai pun akan naik. pada saat level tegangan baterai telah mencapai suatu titik tertentu kontroler akan menghubungkan kembali beban. Pada titik inilah dinamakan sebagai Load Reconnect Voltage atau LRV.

6.    Low Voltage Load Disconnect Hysteresis (LVDH)

Beda tegangan antara titik LRV dengan LVD dinamakan sebagai Low Voltage Load Disconnect Hysteresis. Histeresis pada titik ini pun merupakan faktor yang penting. Jika histeresis yang digunakan terlalu besar, umur baterai akan lebih panjang karena penggunaan baterai akan berkurang (pengosongan berkurang), tetapi akan mengurangi jam kebutuhan pengunaan beban. Sedangkan ketika histeresis di-set kecil, akan terjadi proses switching yang cepat pada level tegangan baterai yang rendah, yang dapat mengakibatkan kerusakan pada lampu atau kontroler, dan memperpanjang waktu untuk baterai bisa benar-benar penuh ketika pengisian.

Secara garis besar sistem kerja dari kontrol on-off dapat diilustrasikan sebagai berikut.

Gambar 1

Sistem Kerja Charge Controller

Berdasarkan dari cara kerja dalam proses switching antara kontroler dengan panel surya, dapat dibagi menjadi dua jenis tipe kontrol, yaitu:

1.    Shunt Controller

Karena sel surya dirancang sebagai sumber arus dan didesain dengan batasan arus tertentu, maka sel surya dapat dihubung singkatkan dengan aman. Karena hal inilah yang menjadi dasar sistem kerja dari shunt controller. Bagan kerja secara umum dari shunt controller adalah sebagai berikut:

Gambar 2

Bagan Kerja Shunt Controller

Dari gambar 2, dapat dilihat pada bagian kiri gambar terdapat saklar untuk menghubung singkatkan panel surya. sistem kerja dari shunt controller ini adalah saklar berada pada posisi off ketika proses pengisian baterai berlangsung, dan saklar berada pada posisi on ketika kontroler menghentikan proses pengisian pada baterai.

Hal yang perlu diperhatikan dalam shunt controller ini adalah kemampuan dari saklar yang digunakan terhadap arus maksimal panel dalam keadaan terhubung singkat. Data arus panel surya dalam keadaan terhubung singkat bisa kita dapatkan pada saat pembelian panel surya, yang biasanya disimbolkan dengan Isc ( I short circuit).

2.    Series Controller

Sesuai dengan namanya, tipe kontrol ini menghubungkan saklar secara seri dengan panel surya, tidak seperti shunt yang dihubungkan secara paralel. Tipe kontrol ini yang pada umumnya digunakan oleh beberapa produk solar charge controller. Secara umum bagan kerja dari series controller adalah sebagai berikut.

Gambar 3

Bagan Kerja Series Controller

Secara umum kerja dari tipe ini adalah pada saat kontroler melakukan pengisian maka saklar series element dihubungkan, begitu pula sebaliknya jika kontroler ingin memutuskan koneksi antara panel surya dengan baterai, maka saklar series element diputuskan

Sumber:

Dunlop, P James. (1997). Batteries and Charge Control in Stand-Alone Photovoltaic System Fundamentals and Application. Florida: Florida Solar Energy Center.