BAB I
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan suatu wilayah membutuhkan peranan energi untuk dapat berkembang dengan baik, khususnya energi listrik. Dapat diketahui bahwa listrik sangat bermanfaat bagi hidup manusia. Misalnya, untuk menyalakan lampu, pendingin ruangan, televisi , komputer, dll. Energi Listrik di suatu wilayah saat ini sudah menjadi kebutuhan mendasar bagi manusia untuk dapat hidup layak dan sejahtera. Sedangkan kebanyakan energi listrik saat ini berasal dari energi yang tidak dapat diperbaharui seperti minyak bumi, batubara,gas alam,air. Karena kebutuhan energi meningkat maka usaha manusia untuk mengeksploitasi sumber energi di atas juga terus meningkat. Menurut data energi mix Indonesia sampai saat ini minyak dan gas bumi masih menjadi sumber energi utama dengan kontribusinya yang lebih dari 50% menjadi sumber pemenuh kebutuhan energi di Indonesia. Konsumsi migas tersebut terus meningkat dari tahun ketahun khususnya minyak bumi, sedangkan produksinya terus mengalami penurunan (Decline rate). Saat ini konsumsi minyak bumi sekitar 1,5 juta barel per hari dengan produksi hanya sekitar 900 ribu barel per hari. Hal ini yang menyebabkan Indonesia menjadi negara importir migas sejak tahun 2003 untuk memenuhi kebutuhan konsumsi dalam negeri. [6]
Gambar 1.1 Sumber energi di Indonesia (Overview Industri Hulu Migas, 2015)
1
Kondisi geografis negara Indonesia yang terdiri dari ribuan pulau dan kepulauan, tersebar dan tidak meratanya pusat-pusat beban listrik, rendahnya tingkat permintaan listrik di beberapa wilayah, tingginya biaya marginal pembangunan sistem suplai energi listrik (Ramani K.V, 1992) serta terbatasnya kemampuan finansial, merupakan faktor-faktor penghambat penyediaan energi listrik dalam skala nasional. Selain itu, makin berkurangnya ketersediaan sumber daya energi fosil, khususnya minyak bumi, yang sampai saat ini masih menjadi sumber utama dan komponen utama penghasil energi listrik di Indonesia, serta makin meningkatnya kesadaran akan usaha untuk melestarikan lingkungan, menyebabkan kita harus berpikir untuk mencari alternatif baru untuk sumber energi listrik yang memiliki sifat-sifat,diantaranya : 1. dapat mengurangi ketergantungan terhadap pemakaian energi fosil, khususnya minyak bumi karena selain minyak bumi akan habis, polusi yang ditimbulkan oleh minyak bumi juga besar 2. dapat menyediakan energi listrik dalam skala lokal regional 3. mampu memanfaatkan potensi sumber daya energi setempat maupun yang sudah ada, serta 4. cinta lingkungan, dalam artian proses produksi dan pembuangan hasil produksinya juga harus ramah terhadap lingkungan Sistem penyedia energi listrik yang dapat memenuhi kriteria di atas adalah sistem konversi energi yang memanfaatkan sumber daya energi terbarukan, seperti: matahari, angin, air, biomassa dan lain sebagainya (Djojonegoro, 1992). Energi terbarukan adalah energi yang berasal dari alam seperti cahaya matahari, angin, tenaga air, tenaga gelombang dan geothermal yang dapat diperbarui secara alamiah. Alam menyediakan berbagai sumber energi ini dalam jumlah yang sangat besar karena hampir selalu ada dan siap diolah menjadi sumber energi. Pemanfaatan sumber daya energi terbarukan sebagai bahan baku produksi energi listrik mempunyai kelebihan antara lain: 1. Sumbernya relatif mudah didapat. 2. Dapat diperoleh dengan gratis. 3. Tidak menyebabkan masalah limbah, malah akan mengurangi limbah. 4. Tidak mempengaruhi suhu bumi secara global. 5. Tidak terpengaruh kenaikkan harga bahan bakar (Jarass, 1980). 2
Sumber energi terbarukan adalah sumber energi ramah lingkungan yang tidak mencemari lingkungan dan tidak memberikan kontribusi terhadap perubahan iklim dan pemanasan global seperti pada sumber-sumber yang belum dapat diperbaharui. Inilah alasan mengapa energi terbarukan saat ini sudah sangat dibutuhkan dan diterapkan di Indonesia. [5] Data lain menunjukkan, bahwa sebanyak 2 juta rumah di Jawa Barat belum teraliri listrik . Tingginya angka ini disebabkan oleh letak geografis Jawa Barat yang didominasi oleh pegunungan sehingga untuk mengalirkan listrik antar rumah satu dengan rumah lainnya sangat berjauhan maka biaya infrastruktur pembangunannya juga besar (MetroTV News,2015) . Untuk mengatasi hal ini dibutuhkan solusi menggunakan energi terbarukan yang bisa dimaksimalkan agar tidak bergantung dengan listrik dari Perusahaan Listrik Negara. [2] Energi surya adalah salah satu energi yang sedang giat dikembangkan saat ini. Energi ini merupakan salah satu alternatif pembangkit energi listrik yang sangat baik untuk masa kini dan masa depan. Alat untuk mengubah energi surya menjadi energi listrik adalah panel surya (solar cell). Pada tugas akhir kali ini, akan diteliti tentang pemanfaatan solar cell atau panel surya yang dapat mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik sebagai sumber listrik tegangan DC yang beban listriknya akan dimanfaatkan untuk suatu tipe rumah berukuran 36 sehingga dinamakan dengan DC Power House. Panel Surya (Solar Cell) sangat efektif digunakan di daerah yang banyak terdapat sumber cahaya matahari terutama didaerah beriklim tropis. Tetapi ada beberapa kekurangan dari penggunaan solar cell yaitu sistem penyimpanan arus listrik yang akan digunakan pada malam hari saat matahari tidak terbit. Sehingga dibutuhkan sistem penyimpanan baterai secara otomatis agar energi matahari pada pagi dan siang hari dapat disimpan kedalam baterai berupa Akumulator (Accu) jenis kering untuk menjaga kualitas dan keawetan dari komponen-komponen panel surya itu sendiri dan pada malam hari arus yang disimpan dapat digunakan sebagai energi listrik rumah tangga. Selain itu, ada sebab lain yang menjadi masalah dalam masalah sistem penyimpanan baterai pada DC Power House yakni masa pakai baterai yang terbatas. Beberapa sebab yang menjadi permasalahan masa pakai baterai pada panel surya antara lain pemakaian baterai terus menerus sehingga baterai kosong tanpa diketahui dan penggunaan baterai dengan arus continuous yang terlalu besar.
3
Untuk mengatasi masalah tersebut maka diperlukan pula pengontrolan terhadap sistem penyimpanan baterai pada DC Power House yang memiliki dua mode yakni, Charging Mode sebagai pengisi baterai dan Operation Mode sebagai penggunaan baterai ke beban (pelayanan baterai ke beban diputus kalau baterai sudah mulai kosong). Dengan adanya pengontrolan secara otomatis terhadap penyimpanan baterai ini diharapkan sistem DC Power House dapat berjalan dengan baik untuk membantu masyarakat dalam menikmati energi listrik dengan energi yang terbarukan. 1.2 Tujuan Berdasarkan permasalahan yang diuraikan di atas, tujuan dari tugas akhir ini antara lain : 1. Membuat desain photovoltaic dengan sistem MPPT. 2. Mengetahui titik maksimum daya dari photovoltaic dan dihitung efesiensi yang didapatkan 3. Membuat sistem MPPT dengan metode P&O menggunakan photovoltaic, buck converter, mikrokontroler ATMega32 dan beban berupa accumulator.
4. Mampu mendapatkan kinerja sistem DC Power House yang dihasilkan 1.3 Manfaat Manfaat yang diperoleh dari pembuatan tugas akhir ini adalah : 1. Mengetahui cara kerja sistem MPPT dengan metode P&O pada photovoltaic. 2. Memahami cara kerja buck converter pada sistem MPPT. 1.4 Rumusan Masalah Masalah yang diteliti dalam tugas akhir ini adalah: 1. Bagaimana cara kerja sistem pengisian baterai pada DC Power House ? 2. Bagaimana cara merancang sistem pengisian baterai secara otomatis dengan mikrokontroler dan menggunakan PWM ? 1.5 Batasan Masalah Untuk memperjelas arah dari pembahasan tugas akhir ini, maka diberikan batasan masalah yang meliputi: 1. Waktu solar cell untuk men-supply beban tidak ditentukan, hal ini tergantung dengan keadaan cuaca dan kondisi accumulator 2. Tidak membahas ripple keluaran konverter
4
3. Sensor yang digunakan adalah sensor tegangan dan sensor arus ACS712 4. Photovoltaic yang digunakan adalah photovoltaic dengan daya 200 Watt. 5. Mikrokontroller yang digunakan Atmega32.
1.6 Metodologi Penelitian Metodologi penelitian yang digunakan pada penyusunan tugas akhir ini adalah : a. Pendalaman Literatur Pada tahap pendalaman literatur dimaksudkan untuk memahami teori-teori yang berhubungan dengan penyusunan tugas akhir yakni mengenai Solar Cell,Aplikasi PWM,Accumulator sebagai sarana pendukung dalam menganalisis permasalahan yang ada.Adapun sumber yang didapat berasal dari buku referensi,jurnal ilmiah,internet dan diskusi dengan dosen pembimbing. b. Perancangan Alat Melakukan pemodelan,desain dan perancangan tiap blok dari keseluruhan sistem yang dibuat, baik dari perangkat lunak maupun dari perangkat keras. c. Simulasi Alat Melakukan simulasi alat untuk melihat performansi dari alat yang telah dirancang. d. Analisa Kinerja Sistem Melakukan analisa permasalahan yang ada berdasarkan sumber-sumber dan pengamatan terhadap hasil simulasi.
1.7 Sistematika Penulisan Adapun sistematika penulisan yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: BAB I : PENDAHULUAN Bab ini berisi uraian latar belakang, tujuan dan manfaat, rumusan masalah, batasan masalah, metode penelitian dan sistematika penulisan yang akan menjelaskan permasalahan yang akan dibahas secara umum.
5
BAB II : DASAR TEORI Bab ini berisi dasar teori yang digunakan dalam merancang sistem pengontrol baterai otomatis pada DC Power House BAB III : PERANCANGAN SISTEM Bab ini menjelaskan perancangan prototipe alat yang terdiri dari perancangan baterai otomatis, blok diagram dan cara kerja sistem BAB IV : PENGUJIAN DAN ANALISIS Bab ini menjelaskan hasil pengujian sistem sesuai dari perancangan sebelumnya serta analisis alat berdasarkan teori yang ada. BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi kesimpulan seluruh tahap yang telah dilakukan dan saran untuk pengembangan alat dikemudian hari.
6
