KONTROL OTOMATIS PENGISIAN DAN PEMAKAIAN BATERAI SEL SURYA MENGGUNAKAN PULSE WIDTH MODULATION (PWM) ARDUINO UNO R3 SECARA REAL TIME
ARIF TRISMAN DANIEL LAIA
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA* Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Kontrol otomatis pengisian dan pemakaian baterai sel surya menggunakan Pulse Width Modulation (PWM) arduino secara realtime adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, 23 Agustus 2016 Arif Trisman Daniel Laia NIM G74120079
ABSTRAK ARIF TRISMAN DANIEL LAIA. Kontrol otomatis pengisian dan pemakaian baterai sel surya menggunakan Pulse Width Modulation (PWM) secara realtime. Dibimbing oleh HERIYANTO SYAFUTRA dan AKHIRUDDIN MADDU. Sel surya hadir sebagai teknologi yang dapat merubah energi sinar matahari menjadi energi listrik. Energi listrik yang dihasilkan oleh modul sel surya tidak langsung digunakan melainkan akan di simpan ke dalam sebuah baterai agar dapat digunakan ketika malam hari. Untuk mencegah kerusakan baterai, maka di butuhkan sebuah alat pengendali yang berfungsi untuk menghentikan proses pengisian ketika baterai sudah terisi penuh dan saat dan pada saat kondisi tertentu. Solar Charge Controller adalah alat yang di gunakan untuk mengontrol tegangan yang masuk ke dalam baterai. Alat ini bekerja dengan prinsip Pulse Width Modulation dimana pada kondisi tertentu (jika tegangan berada dalam kapasitas baterai) Charge Controller akan melewatkan tegangan dari sel surya melalui gerbang MOSFET untuk mengisi baterai dan akan menghentikan proses pengisian saat tegangan melebihi dan lebih rendah dari kapasitas baterai. Solar Charge Controller Pulse Width Modulation akan melewatkan tegangan dari Sel surya saat tegangan Sel surya berada diatas 12.00 Volt, dan akan menghentikan tegangan dari Sel surya saat tegangan berada di bawah 12.00 Volt. Setelah baterai penuh (tegangan baterai 12.92 Volt) tidak akan langsung digunakan, melainkan akan menunggu hingga kondisi malam dimana intensitas cahaya berkurang sehingga tegangan yang dihasilkan Sel surya pun kecil. Maka baterai akan secara otomatis akan menyalakan load (beban) hingga baterai hampir habis digunakan (tegangan baterai 12.10 Volt), baterai akan berhenti menyalakan load dan menunggu hingga pengisian dilakukan kembali saat tegangan sel surya lebih besar dari 12.00 Volt. Kata kunci: Baterai, energi matahari, Pulse Width Modulation (PWM), sel surya, Solar Charge Controller.
ABSTRACT ARIF TRISMAN DANIEL LAIA. Automatic control battery chargingand usage of solar cells using Pulse Width Modulation (PWM) in realtime. Supervised by HERIYANTO SYAFUTRA and AKHIRUDDIN MADDU. Solar cells are present as a technology that can transform the energi of sunlight into electrical energi. The electrical energi generated by the solar cell module is not directly used, but will be stored in a battery for use when the evenings. To prevent damage to the battery, it is in need of a control device that serves to stop the chargingprocess when the battery is fully charged and the time and at certain conditions. Solar Charge Controller is a tool that is used to control the Voltage that goes into the battery. This tool works with the principle of Pulse Width Modulation which in certain circumstances (if the Voltage is within the capacity of the battery) Charge Controller will miss the Voltage from the solar cells through the MOSFET gate to charge the batteries and will stop the chargingprocess when the Voltage exceeds and is lower than the battery capacity. Solar Charge Controller Pulse Width Modulation would miss the Voltage of the solar cell solar cell when the Voltage is above 12.00 Volts, and will stop the Voltage of the solar cells when the Voltage is below 12.00 Volts. Once the battery is fully charged (the battery Voltage of 12.92 Volts) will not be directly used, but will wait until the condition of those nights where the light intensity is reduced so that the Voltage produced by solar cells is small. Then the battery will automatically turn on Load (load) until the battery is nearly used (battery Voltage of 12.10Volts), the battery will stop powering the load and wait until chargingis done back when the solar cell Voltage is greater than 12 Volts.
Keywords : Battery, Pulse Width Modulation (PWM), solar cell, solar energi, Solar Charge Controller.
KONTROL OTOMATIS PENGISIAN DAN PEMAKAIAN BATERAI SEL SURYA MENGGUNAKAN PULSE WIDTH MODULATION (PWM) ARDUINO SECARA REALTIME
ARIF TRISMAN DANIEL LAIA
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah yang berjudul “kontrol otomatis pengisian dan pemakaian baterai sel surya menggunakan Pulse Width Modulation (PWM) arduino secara realtime” berhasil diselesaikan. Sebagai salah satu syarat kelulusan program sarjana pada Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Terima kasih penulis ucapkan kepada : 1. Orang tua tercinta Mama Fatina Laia atas setiap pengorbanan, doa, motivasi, dan perhatian yang tiada hentinya kepada penulis. 2. Abang Elmantaf Laia dan Kakak Irene Dedi Septin Berlian Laia yang selalu mengingatkan, memotivasi, menghibur dan memberi kasih sayang kepada penulis. 3. Keluarga Besar penulis tercinta yang selalu memberikan motivasi, perhatian yang luar biasa kepada penulis. 4. Bapak Heriyanto Syafutra selaku Dosen Pembimbing Utama dan Bapak Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si selaku Dosen Pembimbing Kedua yang telah membimbing, memberikan saran, bantuan serta memberikan motivasi kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan karya ilmiah ini dengan baik. 5. Bapak Dr. Agus Kartono selaku dosen penguji yang telah memberikan kritik dan saran yang sangat membangun dan memotivasi kepada penulis. 6. Bapak Ardian Arief Setiawan, M.Si selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberikan saran selama penulis menjalani perkuliahan. 7. Dosen Pengajar dan staff departemen Fisika Institut Pertanian Bogor. 8. Muhammad Yunus, Immanuel Ivan, Rafi Fadlianto, Nurlia Eka D, Furi Alifiari, Juita Angriani, Febrian Vernando, Endang Suwarna, Anggun A, Murtezha H, selaku orang-orang hebat yang menjadi tempat sharing kehidupan sehari-hari maupun ilmu serta pemberi motivasi dan perhatian serta doa kepada penulis selama perkuliahan. 9. Teman-teman Fisika 49, kakak tingkat dan adik tingkat Fisika IPB yang telah mewarnai dan menemani hari – hari penulis dalam menjalani perkuliahan di Departemen Fisika IPB. 10. Physics Research Club (PRC) dan UKM IPB Street Dance Crew (ISDC) selaku tempat dimana penulis belajar banyak hal, serta Fathur Rachman selaku adik tingkat yang selalu mengingatkan penulis tentang skripsi. Sebagai manusia biasa tentu penulis memiliki banyak kekurangan, maka dari itu kritik dan saran dari rekan-rekan semua sangat diharapkan untuk kelengkapan karya ilmiah ini. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat. Bogor, 23 Agustus 2016 Arif Trisman Daniel Laia
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
viii
DAFTAR GAMBAR
viii
DAFTAR LAMPIRAN
viii
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
3
Sel Surya
3
Sistem Penyimpanan Energi Listrik (Baterai)
4
MOSFET (Metal Oxide FET)
5
Inverter
6
Mikrokontroller Arduino UNO R3
6
Sensor Arus (ACS172)
6
Solar Charge Controller
7
Pulse Width Modulation (PWM)
7
METODE
8
Tempat dan Waktu Penelitian
8
Bahan
8
Alat
8
Metode Penelitian
9
HASIL DAN PEMBAHASAN
11
Skema rangkaian dan hasil pembuatan Alat
11
Mengukur arus pada sel surya
12
Pengujian Tegangan
14
Pengujian Solar Charge Controller PWM (Pulse Width Modulation)
15
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan
20 20
Saran
20
DAFTAR PUSTAKA
21
LAMPIRAN
22
RIWAYAT HIDUP
29
DAFTAR TABEL Tabel 1 Pengujian Persamaan Polynomial Tabel 2 Pengujian DC Step Down Regulator Tabel 3 Pengujian Basic Voltage Sensor
14 15 15
DAFTAR GAMBAR Gambar 1 Sel surya Gambar 2 Baterai (Aki) Gambar 3 MOSFET Gambar 4 PWM (Pulse Width Modulation) Gambar 5 Diagram Blok Alat Gambar 6 Diagram Alir Sistem Alat Gambar 7 Skema Rangkaian Solar Charge Controller Gambar 8 Hasil Pembuatan alat Solar charge Controller Gambar 9 Kurva I vs V memakai Multimeter Gambar 10 Kurva ln I” vs ln V” Gambar 11 Kurva ln I vs ln V Gambar 12 Kurva tegangan sel surya dan baterai saat pengisian baterai (charging) Gambar 13 Kurva tegangan sel surya dan baterai saat pemakaian baterai (dis-charging) Gambar 14 Kurva arus rata-rata sel surya dan baterai setiap ±18 menit Gambar 15 Kurva daya rata-rata sel surya, regulator dan baterai setiap ±18 menit
3 4 6 8 9 10 12 12 13 13 14 17 17 18 18
DAFTAR LAMPIRAN Data Persamaan Polynomial Rangkaian Skematik Alat Program Mikrokontroller Arduino UNO R3
22 22 22
PENDAHULUAN Latar Belakang Energi matahari telah dimanfaatkan dibanyak belahan dunia karena sumber energi inilah yang tidak ada habisnya. Matahari dapat digunakan secara langsung untuk memproduksi energi listrik dengan bantuan dari sel surya. Sel surya hadir sebagai teknologi yang dapat merubah energi sinar matahari menjadi energi listrik.1 Energi listrik yang dihasilkan oleh sel surya tidak semuanya langsung digunakan pada peralatan elektronik tetapi tersimpan dalam sebuah baterai agar dapat digunakan ketika malam hari, baterai yang biasa digunakan adalah LeadAcid Battery (Accu), karena dapat diisi ulang sehingga sangat efisien untuk digunakan pada sistem modul surya. Oleh karena energi listrik yang dihasilkan sel surya disimpan ke dalam baterai maka setiap proses pengisian dan pengosongan baterai yang tidak sesuai dengan kapasitas baterai akan menyebabkan kerusakan pada baterai. Beberapa faktor yang menjadi penyebab kerusakan baterai adalah : a. Pengaruh temperatur Temperatur yang tinggi diakibatkan pengisian berlebihan (Overcharging) yang dapat menyebabkan terjadinya panas yang berlebihan pada baterai dan pembentukan gas yang cepat akan menyebabkan terjadinya pensulfatan dimana pada pelat timbul Kristal timah sulfat halus dan lamakelamaan akan mengeras. b. Pengurangan Elektrolit yang cepat Over-charging adalah pengisian berlebihan yang menyebabkan elektrolit cepat berkurang karena penguapan berlebihan. Self- Discharge adalah pengosongan baterai. Besarnya self-discharge akan naik begitu temperatur, tegangan charging yang lebih rendah dari tegangan baterai (under-charging) dan kapasitas baterai tinggi. Semakin besar self-discharge semakin cepat elektrolit dalam baterai berkurang.17 Oleh karena itu, untuk mencegah kerusakan baterai dibutuhkan sebuah alat pengendali yang berfungsi untuk mengatur proses pengisian (charging) dan pemakaian (dis-charging) baterai yang sesuai dengan kapasitas baterai. Alat tersebut dikenal sebagai charge controller. Di pasaran charge controller sudah memiliki fitur tersebut tetapi masih memiliki kekurangan, yaitu tidak terdapatnya indikator dari energi listrik yang masuk dari sel surya serta yang disimpan kedalam baterai sehingga keadaan baterai yang sesungguhnya tidak diketahui.2 Oleh karena itu dibutuhkan perancangan alat yang dapat memperlihatkan indikator baterai dan dapat di monitoring secara realtime.
2 Perumusan Masalah Adapun yang menjadi masalah yang akan di bahas dalam penelitian adalah: 1. Bagaimanakah mikrokontroller arduino R3 dapat mengontrol charging discharging baterai sel surya? 2. Bagaimanakah memantau proses charging discharging baterai sel surya secara realtime? Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah membuat alat yang dapat mengontrol charging discharging baterai sel surya dan dapat di pantau secara realtime. Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah terancangnya sebuah alat pengontrol pengisian dan pemakaian baterai sel surya (Solar Charge Controller) untuk mencegah baterai dari kerusakan akibat over-charging dan under –charging. Ruang Lingkup Penelitian Penelitian ini melingkupi peralatan elektronika serta pemrograman dalam bahasa C untuk menghasilkan Solar Charge Controller yang seefisien mungkin.
3
TINJAUAN PUSTAKA Sel Surya Sel surya adalah suatu elemen aktif yang mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik. Sel surya pada umumnya memiliki ketebalan minimum 0.3 mm, yang terbuat dari irisan bahan semikonduktor dengan kutub positif dan kutub negatif. Prinsip dasar pembuatan sel surya adalah memanfaatkan fotovoltaik, yaitu suatu efek yang dapat mengubah langsung cahaya matahari menjadi energi listrik. Prinsip ini pertama kali dikemukakan oleh Bacquerel, seorang ahli fisika berkebangsaan Prancis tahun 1839. Apabila sebuah logam dikenai suatu cahaya dalam bentuk foton dengan frekuensi tertentu, maka energi kinetik dari foton akan menembak ke atom-atom logam tersebut. Atom logam yang iradiasi akan melepaskan elektron – elektronnya. Elektron-elektron bebas inilah yang mengalirkan arus dengan jumlah tertentu. Sel surya adalah semikonduktor dimana radiasi surya langsung diubah menjadi energi listrik. Material yang sering digunakan untuk membuat sel surya adalah silikon kristal. Pada saat ini silikon merupakan bahan yang banyak digunakan untuk pembuatan sel surya. Agar dapat digunakan sebagai bahan sel surya, silikon dimurnikan hingga satu tingkat yang tinggi. Dengan penyinaran yang konstan, daya pada sel surya akan berkurang sesuai dengan kenaikan temperature. Hal ini sesuai dengan sifat tegangan pada hubungan singkat. tegangan beban pada nol berkurang sesuai dengan kenaikan temperatur yang besarnya lebih kurang 3mV/K. sedangkan arus hubungan singkat akan bertambah sesuai dengan naiknya temperatur yang besarnya ± 0.1%/K. Oleh karena itu sebaiknya sel surya ditempatkan pada temperatur yang agak dingin agar penurunan tegangan tidak terlalu besar. Walaupun hal ini agak sulit sebab sel surya akan memanas sendiri apabila ada sinar yang jatuh padanya.3
Gambar 1 Sel surya
4 Sistem Penyimpanan Energi Listrik (Baterai) Sistem penyimpanan energi listrik yang biasa dipakai untuk penyimpanan energi keluaran sel surya adalah baterai. Baterai ini digunakan karena sel surya memiliki karakteristik daya keluaran yang tidak stabil, berubah – ubah sesuai dengan karakteristik intensitas cahaya yang jatuh pada permukaannya, sedangkan beban umumnya menyaratkan suplai daya yang stabil, dan apabila daya masukannya berubah – ubah maka dapat merusak beban tersebut.4 Baterai atau akumulator adalah sebuah sel listrik di mana didalamnya berlangsung proses elektrokimia yang reversible (dapat berbalikan) dengan efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversible, adalah didalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (proses pengosongan), dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga kimia, pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektroda-elektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam arah (polaritas) yang berlawanan didalam sel.9 Beberapa hal yang mempengaruhi proses charging baterai adalah : 1. Kecepatan charging yang diperoleh tidak selalu sama dikarenakan pengaruh dari cuaca. 2. Waktu charging terbatas hanya saat matahari bersinar (ada cahaya matahari) setiap hari. 3. Pengisian di bawah taraf (under charging) biasanya terjadi untuk mempersingkat masa pakai baterai.8 Dikarenakan pentingnya baterai dalam sistem sel surya tersebut, maka penting bagi kita untuk mengetahui karakteristik dari baterai. Karakteristik yang perlu diperhatikan diantaranya tegangan baterai, parameter charging dan discharging kapasitas daya dan lain-lain. Baterai yang ideal mempunyai efesiensi yang tinggi, self-discharge yang rendah, dan harga yang rendah.4
Gambar 2 Baterai (Aki)
5 Cara pengisian baterai ada 2 yaitu : 1. Pengisian Normal Pengisian Normal adalah pengisian dengan besar arus yang normal, besar arus pengisian normal adalah sebesar 10% dari kapasitas baterai. Saat melakukan charging pasti yang di inginkan adalah baterai dalam kondisi full. Untuk menentukan berapa lama waktu pengisian bisa di tentukan dengan rumus berikut : (
)
(
[ [ ]
]
)
(1)
*20% hasil pembagian dari kapasitas aki/arus charger.11 Jika kita memiliki baterai dengan kapasitas 7.5AH, arus pengisian adalah 0.75 A maka waktu yang dibutuhkan adalah ±12 jam. Selain itu untuk menentukan besar kapasitas baterai dari arus pemakaian baterai dapat dilakukan dengan Metode AH (Ampere-Hour) Metode pengujian ini biasa disebut dengan metode pemakaian baterai selama 20 jam. Misalnya sebuah baterai dapat mengalirkan arus sebesar 3 A dalam waktu 20 jam, maka kapasitas baterai tersebut adalah 3 A x 20 jam = 60 AH. 2. Pengisian Cepat Pengisian cepat adalah pengisian dengan arus yang sangat besar. Besar pengisian tidak boleh melebihi 50% dari kapasitas baterai, dengan demikian untuk baterai, dengan demikian untuk baterai 7.5 AH, besar arus pengisian tidak boleh melebihi 3.75 A. Prosedur pengisian cepat sebenarnya sama dengan pengisian normal, yang berbeda adalah besar arus pengisian yang diatur sangat besar. Selain itu juga resiko yang jauh lebih besar, sehingga harus dilakukan dengan ekstra hati-hati.11 MOSFET (Metal Oxide FET) Transistor MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) memiliki drain, source, dan gate sebagai input dan output MOSFET itu sendiri. Dimana gate terisolasi oleh suatu bahan oksida dan terbuat dari bahan metal seperti aluminium. Oleh karena itu transistor ini dinamakan metal-oxide. Karena gate yang terisolasi, jenis transistor ini disebut juga IGFET yaitu insuled-gate FET.12 MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) sering digunakan sebagai saklar dikarenakan sifat saklar dari MOSFET membutuhkan arus yang sangat kecil untuk operasinya. Ada dua tipe MOSFET menurut tegangan kerjanya yaitu n-Channel MOSFET (n-MOS) dan p-Channel MOSFET (p-MOS). Dimana nMOS bekerja dengan memberikan tegangan positif pada gate, dan sebaliknya, pMOS bekerja dengan memberikan tegangan negatif di gate. n-MOS berlaku sebagai saklar dengan membuatnya bekerja didaerah saturasinya.13
6
Gambar 3 MOSFET Inverter Inverter digunakan untuk mengubah tegangan input DC menjadi tegangan AC. Keluaran inverter dapat berupa tegangan yang dapat diatur dan tegangan yang tetap. Sumber tegangan input inverter dapat menggunakan baterai, sel bahan bakar, tenaga surya atau sumber tegangan DC yg lain.10 Mikrokontroller Arduino UNO R3 Arduino UNO R3 adalah sebuah mikrokontroller yang didasarkan pada Atmega328. Arduino UNO R3 mempunyai 14 pin digital input/output (6 diantaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah osilator kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ICSP header, dan sebuah tombol reset.5
Sensor Arus (ACS172) Sensor arus (ACS172) adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik. Sensor arus ini menggunakan metode Hall Effect Sensor. Hall Effect Sensor merupakan sensor yang digunakan untuk mendeteksi medan magnet. Hall Effect Sensor akan menghasilkan sebuah tegangan yang proporsional dengan kekuatan medan magnet yang diterima oleh sensor tersebut. Pendeteksian perubahan kekuatan medan magnet dilakukan dengan menggunakan induktor yang berfungsi sebagai sensornya. Kelemahan dari detektor dengan menggunakan induktor adalah kekuatan medan magnet yang statis (kekuatan medan magnetnya tidak berubah) tidak dapat dideteksi. Oleh sebab itu diperlukan cara lain untuk untuk mendeteksinya yaitu dengan sensor yang dinamakan “hall effect” sensor. Sensor ini terdiri dari sebuah lapisan silikon yang berfungsi untuk mengalirkan arus listrik. Dengan metode ini arus yang dilewatkan akan terbaca pada fungsi besaran tegangan berbentuk gelombang sinusoidal.15
7 Solar Charge Controller Solar Charge Controller adalah peralatan elektronik yang digunakan untuk mengatur arus searah yang diisi ke baterai dan di ambil dari baterai ke beban. Solar charge controller mengatur overcharging (kelebihan pengisian – karena baterai sudah „penuh‟) dan kelebihan Voltase dari panel surya / Sel surya. Kelebihan Voltase dan pengisian akan mengurangi umur baterai. Solar charge controller menerapkan teknologi Pulse Width Modulation (PWM) untuk mengatur fungsi pengisian baterai dan pembebasan arus dari baterai ke beban. Sel surya 12.00 Volt umumnya memiliki tegangan output 16.00 – 21.00 Volt. Jadi tanpa Solar Charge Controller baterai akan rusak oleh over-charging diakibatkan ketidakstabilan tegangan kelebihan tegangan yang masuk ke dalam baterai.7 Cara kerja dari Solar Charge Controller Pulse Width Modulation (PWM) yaitu menggunakan “lebar” pulse dari on dan off elektrikal, sehingga menciptakan seakan-akan sine wave electrical form. Lamanya arus pulsa yang sedang diisi ulang secara perlahan – lahan berkurang sebagaimana tegangan baterai meningkat, mengurangi rata-rata arus ke dalam baterai. Pulse Width Modulation (PWM) Pulse Width Modulation (PWM) secara umum adalah sebuah cara memanipulasi lebar sinyal yang dinyatakan dengan pulsa dalam satu periode, untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda. Beberapa contoh aplikasi PWM adalah pengontrolan daya atau tegangan yang masuk ke beban, regulator tegangan, pengaturan nyala terang LED, pengendalian motor, dll. Modulasi lebar pulsa (PWM) dicapai/diperoleh dengan bantuan sebuah gelombang kotak yang mana siklus kerja (duty cycle) gelombang dapat diubahubah untuk mendapatkan sebuah tegangan keluaran yang bervariasi yang merupakan nilai rata-rata dari gelombang tersebut. Siklus kerja atau duty cycle sebuah gelombang didefenisikan sebagai : (
)
=
(2)
Tegangan keluaran dapat bervariasi dengan duty-cycle dan dapat dirumuskan sebagai berikut : (3)
(4) Keterangan : D = duty cycle Vout = Tegangan output Vin = Tegangan input
8
Gambar 4 PWM (Pulse Width Modulation) Ton adalah waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi tinggi (baca : high atau 1) Toff adalah waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi rendah (baca : low atau 0) Ttotal adalah waktu satu siklus atau penjumlahan antara Ton dengan Toff, biasa dikenal dengan istilah “periode satu gelombang”. Ttotal = Ton+Toff Dari persamaan 3 dan 4 diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa tegangan keluaran dapat diubah-ubah secara langsung dengan mengubah nilai Ton. Apabila Ton adalah 0, Vout juga akan 0. Apabila Ton adalah Ttotal maka Vout adalah Vin atau katakanlah nilai maksimumnya.6
METODE Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Mikrokontroller Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor. Penelitian ini dilakukan mulai 01 Februari 2016 sampai 31 Juli 2016. Bahan Penelitian ini menggunakan bahan berupa komponen elektronik yaitu Arduino UNO R3, Resistor 330 Ω, Resistor 1 kΩ, Resistor 10 kΩ, Transistor 2N2222, Transistor 3904, MOSFET IR9530, Kapasitor 100 µF, LED (Light Emitting Diode), Kabel jumper, Baterai Accu 12V7.5AH, LCD 16x2, Sensor Arus ACS172, Basic Voltage Sensor (Sensor tegangan), DC Step-Down modul, dioda, dioda zener. Alat Penelitian ini menggunakan Software Arduino Genuino, Laptop HP Ideapad Y460P dengan spefisikasi prosesor intel ® Core ™ i7-2630QM
[email protected] (8CPUs),~2.0GHz, RAM 4GB, Operating System Windows 8, Sel surya, Adaptor, Solder, timah solder, gunting, alat tulis, PCB (Print Circuit Board), printer, kabel data, bor tangan.
9 Metode Penelitian Perancangan Alat dan Pengukuran Studi pustaka di perlukan untuk mengetahui fungsi setiap komponen, rangkaian, dan sejauh mana perkembangan Solar Charge Controller saat ini. Perancangan terdiri dari pembuatan diagram blok, diagram alat dan skema rangkaian. Sel surya berperan sebagai penyuplai energi listrik kedalam baterai terhubung dengan Solar Charge Controller PWM menggunakan Arduino UNO R3 yang terdiri atas sensor tegangan, rangkaian controller, dan sensor arus sebagai penentu indikator pengisian baterai. Setelah baterai penuh dan ingin digunakan maka secara otomatis akan menyalakan peralatan elektronik yang terhubung dengan Inverter. Hubungan setiap komponen elektronika dalam alat ini dapat dilihat dalam gambar 5 (diagram blok alat). Diagram alir sistem menunjukkan cara kerja keseluruhan dari sistem yang terbentuk dari sinkronisasi antar komponen elektronik yang di hubungkan oleh pemrograman mikrokontroller berdasarkan pada indikator tegangan sel surya dan baterai. Dimana pengisian dan pengosongan baterai bergantung pada tegangan sel surya dan baterai tersebut. Sel surya
Basic Voltage Sensor
DC Step-Down Regulator Sensor ACS172
Basic Voltage Sensor Rangkaian Utama
Baterai
Arduino Uno R3 Gerbang MOSFET Inverter
Peralatan Elektronik
Gambar 5 Diagram Blok Alat
10 Sel surya
Arduino ON
Baterai
Inisialisasi
No Charging Discharging Gerbang MOSFET 1 tertutup
Gerbang MOSFET 1 terbuka Gerbang MOSFET 2 tertutup
Gerbang MOSFET 2 terbuka Inverter
Charging Gerbang MOSFET 2 tertutup
Dis-Charging Gerbang MOSFET 1 tertutup
Peralatan Elektronik
Gambar 6 Diagram Alir Sistem Alat Mengukur arus sel surya dan baterai di lakukan dengan cara yang berbeda, dimana mengukur arus pada sel surya dilakukan dengan menggunakan persamaan polynomial yang terlebih dahulu di lakukan secara manual dengan mengambil data arus dan tegangan yang berbeda-beda dan kemudian di olah menggunakan Microsoft excel untuk mendapatkan persamaan polynomial yang mendekati nilai arus Sel surya. Mengukur arus baterai dilakukan dengan menggunakan sensor arus ACS172 yang disambungkan dengan inverter untuk mengubah arus searah menjadi arus bolak balik yang dapat di gunakan untuk menyalakan peralatan elektronik. Mengukur tegangan sel surya dan baterai dilakukan dengan menggunakan basic voltage sensor (sensor tegangan). Tegangan yang terukur kemudian diolah menjadi indikator charging-discharging baterai sel surya.
11 Pengujian Rangkaian Tegangan yang dihasilkan sel surya tidak semuanya langsung dialirkan masuk kedalam rangkaian utama, melainkan akan di filter menggunakan DC-Step Down Regulator dengan mengatur tegangan yang akan dialirkan menuju rangkaian utama adalah 13.35 Volt. Kondisi Over-charging adalah pengisian yang terus dilakukan saat baterai sudah penuh atau kondisi dimana arus dan tegangan yang masuk ke dalam baterai melebihi kapasitas baterai itu sendiri. Oleh karena itu dilakukan pemutusan charging saat baterai penuh dengan menggunakan gerbang MOSFET yang diatur waktu terbuka dan tertutupnya menggunakan Pulse Width Modulation dengan indikator tegangan pada sel surya dan baterai. Under-charging adalah kondisi dimana tegangan charging baterai berada di bawah ambang kapasitas baterai, sehingga dapat menyebabkan self-discharging pada baterai. Oleh karena itu dilakukan pemutusan charging saat tegangan dari sel surya lebih rendah daripada tegangan kapasitas baterai dengan menggunakan gerbang MOSFET yang diatur waktu terbuka dan tertutupnya menggunakan Pulse Width Modulation dengan indikator tegangan pada sel surya dan baterai.
HASIL DAN PEMBAHASAN Skema rangkaian dan hasil pembuatan Alat Skema rangkaian alat dapat dilihat pada Gambar 7 merupakan struktur hubungan antar komponen elektronik yang digunakan dalam pembuatan Solar Charge Controller ini. Dimana skema rangkaian terbagi atas beberapa bagian yaitu sumber daya yang berasal dari sel surya yang diteruskan kedalam rangkaian melalui basic voltage sensor dan DC step down regulator modul, bagian penyearah (filter), Gerbang MOSFET 1 sebagai pengatur pengisian baterai, bagian baterai dan basic voltage sensor, dan terakhir adalah gerbang MOSFET 2 dan inverter sebagai pengatur pengosongan baterai. Hasil dari penelitian ini adalah sebuah alat yang dapat digunakan untuk mengontrol charging dis-charging baterai sel surya dengan spesifikasi sel surya dan baterai sesuai dengan pengujian yang dilakukan pada Pengujian Solar Charge Controller PWM (Pulse Width Modulation). Jika alat ini digunakan untuk spesifikasi sel surya dan baterai yang berbeda maka perlu dilakukan kalibrasi kembali dengan mengubah program yang ada didalam mikrokontroller Arduino UNO R3. Hasil dari penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 8, dimana pada alat ini telah dipasang LCD 16 x 2 sebagai interface untuk melihat indikator keadaan baterai dan sel surya, LED, dan 8 Port yang di gunakan untuk menghubungkan sel surya, baterai, inverter, dan sensor tegangan baterai.
12
Gambar 7 Skema Rangkaian Solar Charge Controller
Gambar 8 Hasil Pembuatan alat Solar charge Controller Mengukur arus pada sel surya Mengukur arus yang mengalir melalui sel surya dilakukan dengan menggunakan persamaan polynomial, dimana data untuk membentuk persamaan polynomial tersebut di ambil secara manual terlebih dahulu dengan menggunakan multimeter. Persamaan polynomial digunakan karena tidak adanya sensor arus yang mampu mendeteksi besar arus yang mengalir melalui sel surya, sehingga perlu dilakukan pendekatan dengan persamaan polynomial dimana nilai arus bergantung pada nilai tegangan yang mengalir.Data yang diambil menggunakan multimeter adalah data arus dan tegangan yang berbeda-beda sebanyak 9 data (Lampiran 1; Gambar 9) yang kemudian di olah dengan menggunakan microsoft excel dengan logaritma natural (ln) sebanyak 1 kali untuk tegangan di atas 12.00 Volt dan logaritma natural 2 kali untuk tegangan di bawah 12.00 Volt, hal ini dilakukan untuk mendapatkan persamaan polynomial yang mendekati data. Persamaan polynomial yang digunakan untuk menentukan besar arus yang mengalir melalui sel surya terdiri atas 2 persamaan, yaitu persamaan pada tegangan 0.00 Volt – 12.00 Volt dan 12.00 Volt – 20.00 Volt. Hal ini di karenakan perbedaan nilai error yang terjadi jika hanya ada 1 persamaan, dimana jika memakai salah satu persamaan nilai error yang terjadi mencapai 167 mA sedangkan dengan memakai 2 persamaan dengan membagi rentang tegangan nilai error yang didapatkan paling tinggi 100 mA. Persamaan pertama adalah y = 2.373x2 + 6.778x – 3.544, untuk tegangan mulai dari 0.00 Volt – 12.00 Volt dan
13
Arus
persamaan kedua adalah y = 261.833x3 – 2206.869x2 + 6207.283x – 5822.569, untuk tegangan mulai dari 12.00 Volt – 20.00 Volt. Keterangan : y = Arus x = tegangan Persamaan pertama dilakukan operasi matematika ln satu kali terhadap tegangan (x) yang mengalir dari sel surya dan untuk persaman kedua di lakukan ln dua kali terhadap tegangan (x) sel surya, yang kemudian di inverse satu dan dua kali untuk mendapatkan nilai arus yang mendekati. Berdasarkan Tabel 1 dapat dilihat hasil pengujian dari kedua persamaan polynomial, dimana pengujian dilakukan dengan mengambil data tegangan dan arus secara manual menggunakan multimeter. Data yang diambil kemudian diolah menggunakan persamaan polynomial sehingga didapatkan nilai arus berdasarkan persamaan polynomial yang kemudian di bandingkan dengan nilai arus yang didapat menggunakan multimeter untuk mendapatkan error (kesalahan) dari hasil persamaan polynomial. Dari perbandingan pada Tabel 1 didapatkan bahwa kesalahan terbesar dari persamaan polynomial ini adalah sekitar 75 mA.
1000 800 600 400 200 0
mA
I vs V Volt
0
10
20
30
Tegangan
Gambar 9 Kurva I vs V memakai Multimeter 1
ln I"
0,5 ln I" 0
-0,5 -1
0
0,5
Poly. (ln I") 1
ln V"
Gambar 10 Kurva ln I” vs ln V”
14 8 Ln I
6 4
ln I
2
Poly. (ln I)
0 2,6
2,8
3
3,2
Ln V
Gambar 11 Kurva ln I vs ln V Tabel 1 Pengujian Persamaan Polynomial Tegangan (V) 17.88 19.58 19.68 20.00 3.34 15.30
I MultiMeter (mA) 100.00 513.00 612.00 875.00 1.08 14.68
I Persamaan (mA) 83.60 462.39 536.30 898.69 1.09 21.69
Error (mA) 16.40 50.61 75.70 -23.69 -0.01 -7,01
Pengujian Tegangan Pengujian Pembatas Tegangan (DC Step Down Regulator) dan Pengujian Ketelitian Sensor Tegangan Pengujian DC Step Down Regulator bertujuan untuk mengetahui apakah DC-Step Down Regulator berfungsi sesuai dengan yang diharapkan atau tidak sekaligus untuk mengetahui error (kesalahan) dari DC Step Down Regulator itu sendiri. Berdasarkan data Tabel 2 di dapatkan error (kesalahan) dari DC Step Down Regulator adalah sekitar 20 mV dari tegangan yang di ukur dengan menggunakan Multimeter. Selain itu dapat di lihat bahwa DC Step Down Regulator telah berfungsi sesuai dengan yang diinginkan dimana DC Step Down Regulator akan tetap meneruskan tegangan yang berada di bawah 13.35 Volt dan akan memotong tegangan yang berada di atas 13.35 Volt dengan hanya meneruskan tegangan sebesar 13.35 Volt.
15 Tabel 2 Pengujian DC Step Down Regulator Tegangan Multimeter (V) 2.53 4.57 10.55 14.38 18.31
Tegangan Regulator (V) 2.53 4.38 10.35 13.35 13.35
Tabel 3 Pengujian Basic Voltage Sensor Tegangan Multimeter (V) 2.81 4.85 6.95 9.03 15.01
Tegangan Sensor (V) 2.83 4.83 6.96 9.06 15.00
Pengujian sensor tegangan bertujuan untuk mengetahui ketelitian dari Basic Voltage Sensor yang digunakan. Basic Voltage Sensor memiliki prinsip kerja layaknya pembagi tegangan dimana hambatan pada R1 sebesar 30 kΩ dan hambatan pada R2 sebesar 7.5 kΩ. Berdasarkan data pengujian sensor tegangan pada Tabel 3 didapatkan bahwa ketelitian dari sensor ini sekitar 98% dimana perbedaan tegangan yang terbaca hanya sekitar 0.02 Volt, sehingga dalam penggunaannya sensor ini layak untuk mendeteksi nilai tegangan dari sel surya maupun dari baterai.
Pengujian Solar Charge Controller PWM (Pulse Width Modulation) Pengujian Solar Charge Controller PWM (Pulse Width Modulation) dilakukan menggunakan sel surya, baterai dan inverter DC-AC dengan spesifikasi sebagai berikut : Sel surya : PM = 20.00 Watt VOC = 21.60 Volt ISC = 1.30 Ampere VMP = 17.20 Volt IMP = 1.17 Ampere Baterai : 12 V 7.5 AH Inverter : DC 12 V to AC 220 V Power Maks = 300 W Pengujian rangkaian dilakukan pada hari yang agak cerah dengan langit berawan. Pada pengujian Solar Charge Controller, tegangan yang dihasilkan oleh sel surya tidak langsung di alirkan masuk kedalam rangkaian utama, melainkan di lewatkan terlebih dahulu melalui DC Step-Down Regulator untuk memotong (mengecilkan) tegangan menjadi 13.35 Volt, apabila tegangan yang dihasilkan
16 oleh sel surya diatas 13.35 Volt. Hal ini dibutuhkan untuk menjaga komponen rangkaian utama dari kerusakan akibat tegangan yang terlalu besar.. Tegangan yang melewati DC Step-down Regulator kemudian akan diteruskan ke rangkaian utama, yang kemudian akan di kendalikan (control) menggunakan PWM (Pulse Width Modulation) arduino uno R3 apakah tegangan akan di teruskan ke baterai melalui gerbang MOSFET 1 atau tidak. Tegangan akan di teruskan melalui gerbang MOSFET 1 jika tegangan yang dihasilkan sel surya diatas 12.00 Volt dan tegangan baterai berada diantara 12.00 Volt – 13.20 Volt, dengan pengaturan kecepatan charging menggunakan PWM (Pulse Width Modulation) saat tegangan baterai berada pada rentang 12.00 Volt – 13.10 Volt adalah 95% dan 10% pada rentang tegangan 13.10-13.20 Volt. Setelah tegangan baterai mencapai tegangan maksimum (baterai terisi penuh), maka tegangan sel surya akan otomatis terputus yaitu dengan memberi pengaturan 0% pada pin PWM (Pulse Width Modulation) gerbang MOSFET 1 sehingga gerbang MOSFET 1 akan menjadi terbuka yang menyebabkan tidak adanya tegangan dan arus yang dialirkan menuju baterai. Setelah baterai terisi penuh (tegangan baterai maksimum), baterai tidak akan langsung mengalami discharging melainkan menunggu kondisi lain, yaitu saat matahari mulai terbenam. Ketika matahari mulai terbenam, maka intensitas cahaya yang di terima oleh sel surya akan berkurang sehingga menyebabkan tegangan yang dihasilkanpun mengecil, dengan mengatur pin PWM (Pulse Width Modulation) Load (Gerbang MOSFET 2) maka baterai akan mengalami discharging secara otomatis. Pengaturan pin PWM (Pulse Width Modulation) Load dilakukan dengan membandingkan dua indikator tegangan, yaitu tegangan sel surya dan tegangan baterai. Apabila tegangan sel surya berada di bawah 8.00 Volt dan tegangan baterai berada di antara 12.10 Volt – 13.20 Volt, maka baterai akan otomatis melakukan discharging dengan menyalakan Load Inverter untuk menghidupkan peralatan elektronik yang diinginkan (dalam penelitian ini, peneliti menggunakan kipas kecil). Setelah baterai mengalami discharging maka tegangan baterai akan semakin menurun hingga pada kondisi dibawah 12.10 Volt. Saat tegangan baterai berada di bawah 12.10 Volt maka gerbang MOSFET 2 (Load) akan secara otomatis terputus dan baterai akan menunggu hingga tegangan sel surya kembali berada di atas 12.00 Volt untuk melakukan pengisian kembali. Hal ini dilakukan untuk menjaga performa baterai agar baterai tidak terkuras sampai habis, yang dapat memperpendek umur baterai tersebut. Berikut adalah data pengujian Solar Charge Controller Pulse Width Modulation (PWM) :
17
Vsolar Vbat
9:44:31 9:58:34 10:12:38 10:26:41 10:40:44 10:54:48 11:08:51 11:22:55 11:36:58 11:51:02 12:05:05 12:19:08 12:33:12 12:47:15
Tegangan
V
19,50 olt 18,50 17,50 16,50 15,50 14,50 13,50 12,50 11,50 10,50 9,50 8,50 7,50 6,50 5,50 4,50 3,50 2,50 1,50 0,50
Waktu
14,00 V 13,00 olt 12,00 11,00 10,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00
Vsolar Vbat
13:02:11 13:07:47 13:13:22 13:18:57 13:24:33 13:30:08 13:35:44 13:41:19 13:46:54 13:52:30 13:58:05 14:03:41 14:09:16 14:14:51
Tegangan
Gambar 12 Kurva tegangan sel surya dan baterai saat pengisian baterai (charging)
Waktu
Gambar 13 Kurva tegangan sel surya dan baterai saat pemakaian baterai (discharging)
18 Ampere
0,6 0,5
Arus
0,4 0,3 Isolar 0,2
Ibat
0,1
14:00:44
13:43:05
13:25:26
13:07:47
12:48:09
12:30:12
12:11:58
11:53:43
11:35:46
11:14:32
10:56:36
10:38:39
10:20:42
-0,1
10:02:45
9:44:49
0
Waktu
Gambar 14 Kurva arus rata-rata sel surya dan baterai setiap ±18 menit Ampere
12 10
Daya
8 6
Psolar Pregulator
4
Pbat
2
-2
9:44:49 10:02:45 10:20:42 10:38:39 10:56:36 11:14:32 11:32:47 11:50:44 12:08:58 12:26:55 12:44:52 13:04:32 13:22:12 13:39:51 13:57:30 14:15:09
0
Waktu
Gambar 15 Kurva daya rata-rata sel surya, regulator dan baterai setiap ±18 menit Berdasarkan data pengujian sel surya dan baterai dapat dilihat 2 jenis data yaitu data charging dan discharging. Data charging adalah data yang diambil saat pengisian baterai yaitu kondisi dimana tegangan sel surya diatas 12.00 Volt dan tegangan baterai diantara 12.00 Volt – 13.10 Volt. Sedangkan data discharging adalah data saat baterai menyalakan beban (Load) melalui inverter yaitu pada kondisi dimana tegangan sel surya dibawah 8 Volt dan tegangan baterai berada di antara 12.10– 13.20 Volt.
19 Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir dari suatu titik yang berpotensial rendah (jumlah elektronnya banyak dan jumlah protonnya sedikit) ke titik yang berpotensial tinggi (jumlah elektron sedikit dan jumlah proton banyak) dalam waktu satu detik. Peristiwa mengalirnya arus listrik disebabkan karena adanya elektron yang bergerak. Perbedaan potensial ini disebabkan adanya sumber tegangan seperti baterai. Arus listrik terbagi menjadi dua yaitu arus listrik searah (DC/Direct Current) dan arus listrik bolak-balik (AC/Alternating Current).16 Berdasarkan data pada gambar 14 yaitu data arus rata-rata yang dihasilkan oleh sel surya dan baterai setiap ±18 menit menunjukkan bahwa arus yang dihasilkan sel surya semakin meningkat seiring dengan meningkatnya intensitas cahaya yang di peroleh oleh sel surya, hal ini dapat di lihat dari kurva yang semakin naik saat waktu semakin siang. Selain itu, arus yang dihasilkan oleh baterai mengalir ketika beban (Load) menyala, dan arus yang dihasilkan tergantung dari beban itu sendiri. Arus listrik yang di deteksi oleh Sensor ACS172 berbentuk sinusoidal sehingga arus pemakaian baterai adalah saat baterai mengalami discharging dengan rata-rata arus pemakaian adalah 0.22 Ampere sedangkan rata-rata arus charging adalah sebesar 0.38 Ampere. Daya listrik adalah besar kecepatan energi listrik yang diubah menjadi energi bentuk lain, atau biasa dikatakan bahwa daya listrik adalah banyaknya energi tiap satuan waktu.14 Perbandingan daya antara daya sel surya dan daya DC Step-Down Regulator dibutuhkan untuk mengetahui seberapa banyak daya yang hilang dari sel surya dengan daya yang masuk kedalam Solar Charge Controller. Sementara daya dari baterai adalah daya yang dipakai saat baterai mengalami discharging, berdasarkan data daya rata-rata baterai pada gambar 15 daya baterai tidak menunjukkan arus 0 Ampere saat baterai tidak melakukan discharging, hal ini diakibatkan karena sifat dari Sensor ACS172 yang menghasilkan arus dalam gelombang sinusoidal sehingga berpengaruh terhadap daya yang dihasilkan berbentuk sinusoidal juga, dimana rata-rata daya keluaran baterai adalah 2.66 Watt. Banyaknya daya rata-rata yang hilang (tidak terpakai) dari sel surya yang masuk menuju rangkaian adalah sebesar : 2.31 Watt. Dimana daya rata-rata charging sel surya adalah : 7.36 Watt, dan daya rata-rata charging yang melalui regulator adalah 5.50 Watt.
20
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Solar Charge Controller berbasis PWM (Pulse Width Modulation) dengan menggunakan mikrokontroller arduino UNO R3 telah berhasil. Tegangan baterai yang tidak melebihi kapasitas baterai dan kecepatan pengisian ketika baterai hampir penuh yang melambat serta pengaktifan dan non-aktifnya Load secara otomatis menunjukkan Solar Charge Controller berfungsi dengan baik.
Saran Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut atau penambahan indikator, seperti suhu, penambahan sensor arus yang dapat mendeteksi arus dari sel surya dan penambahan rangkaian untuk menjaga tegangan Sel surya tetap stabil sehingga pengisian baterai lebih efektif serta perlu diperhatikan kondisi baterai yang diuji apakah masih berfungsi dengan baik atau tidak.
21
DAFTAR PUSTAKA 1. Sallu S, Khodijah. Konsep penerapan Sel surya pada sebuah rumah sebagai sumber energi menggunakan sistem otomatis ditinjau dari sudut pandang ekonomi (Study:Sebuah rumah Tanjung Pinang). Teknik Informatika Fakultas Teknik, Ilmu Kelautan Fakultas Ilmu Kelautan dan Perikanan Universitas Maritim Raja Ali Haji. 2. Astra I M, Satwiko Sidopekso. Studi rancang bangun Solar Charge Controller dengan indikator arus, tegangan dan suhu berbasis mikrokontroller ATMEGA 8535. Jurnal Fisika dan Aplikasinya vol.XI. Jurusan Fisika FMIPA; Universitas Negeri Jakarta. 3. Subandi, Hanis, S. Pembangkit Listrik Energi Matahari Sebagai Penggerak Pompa air dengan Menggunakan Sel surya.Institut Sains dan Teknologi AKPRIND Yogyakarta. 2(4)2015. 4. Adityawan E. Studi Karakteristik Pencatuan Sel surya Terhadap Kapasitas Sistem Penyimpanan Energi Baterai. Universitas Indonesia;Depok. 2010. 5. Patiung F T, dkk. Rancang Bangun Robot Beroda dengan Pengendali Suara. Teknik Elektro-FT UNSRAT; Manado. 2013. 6. Dechita C U, Ginting T. Simulasi alat untuk menaikkan bendera secara otomatis berdasar tinggi tiang dan durasi lagu. STMIK AUB Surakarta, Politeknik Pratama Mulia Surakarta.1(20)2014. 7. As Sadad T R, Iswanto. Peranan Teknologi Sel surya dalam peningkatan daya saing usaha kecil dan menengah. Semesta Teknika. 1(14) 2011. 8. Vieira JAB, Alexandre MM.A High-Performance Stand-Alone Solar PV Power System for LED Lighting. ISRN Renewable Energi. Aveiro;Portugal.573919(2013)2013. 9. Andri H. Rancang Bangun System Battery Charging Automatic[skripsi]. DEPOK (ID): Universitas Indonesia. 2010. 10. Abidin Z. Penyedia Daya Cadangan Menggunakan Inverter. Jurnal INTEKNA.2014; 14(2):102-209. 11. Cara pengisian baterai mobil (AKI/ACCU) [internet]. [Diakses pada 01 Agustus 2016]. Tersedia dari : http://www.bsierad.com/cara-pengisianbaterai-mobil-accuaki/ 12. Transistor + FET [internet]. [Diakses pada 01 Agustus 2016]. Tersedia dari : robby.c.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/4798/Transistor+FET.doc 13. Transistor sebagai saklar[internet]. [Diakses pada 01 Agustus 2016]. Tersedia dari :
http://rangkaianelektronika.info/transistor-sebagai-saklar/. 14. Saraswati S L. Listrik dan Magnet (Daya Listrik). Konten Diklat Online PPPPTK IPA Bandung. 15. Yani T L. Sistem Pengukuran Beda Potensial Material Karena Pengaruh Paparan Medan Magnet [skripsi]. DEPOK (ID); Universitas Indonesia 2012. 16. Saraswati S L. Arus Listrik dan Kuat Arus. Konten Diklat Online PPPPTK IPA Bandung. 17. Wibowo IA, C.Sudibyo, Basori. Pengaruh Penggunaan Battery Life Extender Technology Terhadap Temperatur Charging dan Berat Elektrolit pada Yuasa Lead Acid Battery Tipe Liquid Vented 12V 5Ah. JIPTEK.2014; 7 (1).
22
LAMPIRAN Data Persamaan Polynomial V (Volt) 14.00
I Multimeter (mA) 16,57
16.00
33,9
18.2
104,5
20.00
900
ln V
ln I
I persamaan (mA)
2,70805
2,807594
16,54763
Error (mA) 0,022368
2,772589
3,523415
33,85344
0,046559
2,901422
4,649187
104,3518
0,148205
2,995732
6,802395
898,6957
1,304252
ln I”
ln I’
0,504599
-0,72804
0,724189
0,120035
5,15
0,86574
11,06
6,43
12.0
9,71
V (Volt) 3,6
I Multimeter (mA) 1,62
5,24
3,11
10,77
ln V”
0,482854
I persamaan (mA) 1,620693
Error (mA) -0,00069
1,127536
3,08804
0,02196
0,545409
1,725314
5,614282
-0,46428
0,876857
0,57479
1,776757
5,910656
0,519344
0,910235
0,659477
1,93378
6,915603
2,794397
Rangkaian Skematik Alat
Program Mikrokontroller Arduino UNO R3 #include <Wire.h> #include
#include #include <math.h> #define I2C_ADDR 0x27 // <<----- Add your address here. Find it from I2C Scanner #define BACKLIGHT_PIN 3 #define En_pin 2 #define Rw_pin 1 #define Rs_pin 0 #define D4_pin 4 #define D5_pin 5 #define D6_pin 6
23 #define D7_pin 7 int n = 1; LiquidCrystal_I2C lcd(I2C_ADDR,En_pin,Rw_pin,Rs_pin,D4_pin,D5_pin,D6_pin,D7_pin); int analogInput = A0; float vout1 = 0.0; float vin1 = 0.0; float R1 = 30000.0; // float R2 = 7500.0; // int value = 0; int analogInput1 = A2; float vout2 = 0.0; float vin2 = 0.0; float vin21 =0.0; float R11 = 30000.0; // float R21 = 7500.0; // float I1=0.0; float I2=0.0; float P1=0.0; //P solar float P2=0.0; //P regulator float P3=0.0; //P baterai const int analogIn = A1; int mVperAmp = 185; int RawValue = 0; int ACSoffset = 2500; double Voltage = 0; double Amps = 0; int value1 = 0; int pwm=6; // pwm out put to MOSFET int load=9; //load is connected to pin-9 int charged_percent =0; int backLight = 13; // pin 13 will control the backlight int RED = 4; int GREEN = 3; double v11 = 0; double v12= 0; double I21 = 0; double I22 = 0; double I24 = 0; double I11 = 0; double I23 = 0; void setup() { TCCR0B = TCCR0B & 0b11111000 | 0x05; // setting prescaar for 61.03Hz pwm Serial.begin(9600);
24 pinMode (analogInput, INPUT); pinMode (analogInput1, INPUT); pinMode(pwm,OUTPUT); pinMode(load,OUTPUT); pinMode (RED,OUTPUT); pinMode (GREEN, OUTPUT); digitalWrite(pwm,LOW); digitalWrite(load,LOW); digitalWrite(RED, LOW); digitalWrite (GREEN, LOW); Serial.println ("CLEARDATA"); Serial.println ("LABEL, Time, Vsolar, Isolar, Psolar, Preg, Vbat, Ibat, Pbat,PWM, Charged%, LOAD"); pinMode(backLight, OUTPUT); //set pin 13 as output analogWrite(backLight, 150); //controls the backlight intensity 0-255 lcd.begin(16,2); // columns, rows. size of display lcd.setBacklightPin(BACKLIGHT_PIN,POSITIVE); lcd.setBacklight(HIGH); lcd.home(); lcd.clear(); } void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: lcd.setCursor(16,1); // set the cursor outside the display count lcd.print(" "); for(int i=0;i<30;i++) { value+=analogRead(analogInput); //read the input Voltage from sel surya value1+=analogRead(analogInput1); //read the battery Voltage delay(20); } value = value/30; value1= value1/30; //value = analogRead(analogInput); vout1 = (value * 5.0) / 1023.0; // see text vin1 = (vout1 / (R2/(R1+R2))); vout2 = (value1 * 5.0) / 1023.0; // see text vin2= (vout2 / (R21/(R11+R21)))-2.30; //vin2 = vin21-1.7; if (vin1<0) vin1=0; if (vin1 > 12.0) vin2= (vout2 / (R21/(R11+R21)))-2.30; else
25 vin2= (vout2 / (R21/(R11+R21)))-1.70; //I baterai RawValue = analogRead (analogIn); Voltage = (RawValue / 1024.0)*5000; Amps = ((Voltage - ACSoffset)/mVperAmp); // I Solar v11 = log (vin1); v12 = log (v11); I22 = 261.833*pow(v11,3) -2206.869*pow(v11,2) + 6207.283*v11 - 5822.569;// V>12 I11 = exp (I22); I24 = -2.373*pow(I11,2)+6.778*I11-3.544; I21 = exp (I24); I23 = exp (I21); if (vin1>12.0) I1 = I11/1000; else if (vin1<0) I1 = 0; else I1 = I23/1000; P1= vin1*I1; P2=13.35*I1; P3=vin2*Amps; Serial.print ("DATA, TIME"); Serial.print (","); Serial.print (vin1); Serial.print (","); Serial.print (I1); Serial.print (","); Serial.print (P1); Serial.print (","); Serial.print (P2); Serial.print (","); Serial.print (vin2,2); Serial.print (","); Serial.print (Amps,3); Serial.print (","); Serial.print (P3); Serial.print (","); //Serial.print (charged_percent); //Serial.print (","); delay (500);
26 if((vin1 > vin2)&&(vin2 <= 13.1)) // dengan anggapan bahwa sensor sebelum regulator maka tegangan >12 { analogWrite(pwm,242.5); // 10% duty // float charging Serial.print("95%"); Serial.print (","); } else if((vin1 > 12.0)&&(vin2 > 13.1 )&& (vin2 <= 13.2)) { analogWrite(pwm,25.5); // 10% duty // float charging Serial.print("10%"); Serial.print (","); } // // shut down when battery is fully charged or when sunlight is not enough else if ((vin2 > 13.2) or (vin1 < vin2)) { analogWrite(pwm,0); Serial.print("0%"); Serial.print (","); digitalWrite(GREEN,LOW); } charged_percent = vin2*10; charged_percent=map(vin2*10, 120, 132, 0, 100); if (((vin1 > vin2) && (vin2 <= 13.2)) or ((vin1<12.0) && (vin2 <=13.2))) { Serial.print (charged_percent); Serial.print (","); } else if (vin2<12.0) { Serial.print (" Baterainya Rusak Bro!"); Serial.print (","); } //LOAD if ((vin1<8) && (vin2 < 13.2)) { digitalWrite (load, HIGH); Serial.println ("HIGH"); } if ((vin2 < 12.1) or (vin1 > 12.0)) { digitalWrite (load, LOW); Serial.println ("LOW");
27 } //LED if ( vin1 > vin2 && vin2 < 13.2) { digitalWrite (GREEN, HIGH); delay (10); digitalWrite (GREEN, LOW); delay (10); } if (12.1>vin2>12.0) { digitalWrite (RED, HIGH); delay (10); } if (vin2>12.1) { digitalWrite (GREEN, HIGH); } if (vin2<12.0) { digitalWrite (RED,HIGH); }
//LCD lcd.setCursor(0,0); // set the cursor at 1st col and 1st row lcd.print("S:"); if (vin1<=0) lcd.print (0); else lcd.print(vin1); lcd.print(" B:"); if (vin2<=0) lcd.print (0); else lcd.print(vin2);
lcd.setCursor(1,1); // set the cursor at 1st col and 2nd row // LCD will show the %charged during chargingperiod only if ((vin2 > 12) && (vin2 <=13.5)) {
28 lcd.print(charged_percent); lcd.print("%"); lcd.print (" Ps:"); lcd.print (P1); } // LCD will alart when battery is dead by displaying the message "BATTERY IS DEAD!!" else if (vin2 < 12) { lcd.print("BATTERY IS DEAD!!"); } }
29
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Gunungsitoli, pada tanggal 21 Januari 1995 sebagai anak ketiga dari Bapak Alm. Tahonogo Laia dan Ibu Fatina Laia. Penulis adalah putra ketiga dari tiga bersaudara. Tahun 2012 penulis lulus di SMA Swasta Kampus Teluk dalam, Nias selatan dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Beasiswa Utusan Daerah Nias Selatan dan di terima di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor. Selama mengikuti perkuliahan di Institut Pertanian Bogor, penulis aktif dalam beberapa organisasi, antara lain dipercaya menjadi Ketua IPB Street Dance Community (ISDC) pada tahun 2013, Anggota Sainstek Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) IPB pada tahun 2013/2014, dan Manajer Instrumentasi dan Robotika Physics Research Club (PRC) IPB pada tahun 2014/2015. Selain berorganisasi penulis juga menjadi asisten praktikum Elektronika Dasar tahun ajaran 2014/2015 dan 2015/2016, asisten praktikum Sensor dan Transduser tahun ajaran 2015/2016, serta menjadi instruktur Pelatihan Mikrokontroller dan Robotika di beberapa kesempatan antara lain, Instruktur Pelatihan Basic Microcontroller Arduino yang di adakan oleh Fabrication Laboratory (FABLAB) FMIPA IPB pada tahun 2014, Instruktur dan Mekanik Pelatihan dan Perlombaan Robot Line Follower Physics Expo (PE) tahun 2015, dan Instruktur dan Mekanik Pelatihan dan Perlombaan Robot Line Follower SMAN 1 Sukabumi pada tahun 2015.
