LAPORAN TEKNIS TEMATIK TAHUN 2012

                                                           

 

LAPORAN TEKNIS  TEMATIK TAHUN 2012                Tim Penyusun:  Rr. Widhya Yusi Samirahayu, SE., MT  Dr. Purwoko Adhi  Yadi Radiansah, ST  Lisdiani                        PUSAT PENELITIAN ELEKTRONIKA DAN TELEKOMUNIKASI  LEMBAGA ILMU PENGETAHUAN INDONESIA   

KATA PENGANTAR      Program  Tematik  tahun  2012  di  Pusat  Penelitian  Elektronika  dan  Telekomunikasi  (PPET)  terdiri  dari  5  kegiatan,  yang  terbagi  dalam  tiga  bidang  yaitu  Telekomunikasi,  Elektronika, dan Bahan dan Komponen Mikroelektronika.    Laporan  Teknis  ini  disusun  oleh  masing‐masing  tim  peneliti  kegiatan  yang  bersangkutan, dan hanya menampilkan hasil‐hasil yang dicapai selama tahun 2012. Oleh  karena  itu,  laporan  ini  tidak  bersifat  akumulatif  walaupun  beberapa  kegiatan  telah  memasuki  tahap  akhir.  Akan  tetapi,  laporan  ini  tetap  diharapkan  bisa  memberikan  manfaat bagi berbagai pihak yang berkepentingan, termasuk masyarakat pada umumnya.    Kami  menyadari  bahwa  laporan  ini  masih  banyak  kekurangannya,  baik  secara  substansi maupun format penulisannya. Oleh karena itu, kritik dan saran senantiasa kami  harapkan guna perbaikan kualitas laporan teknis PPET dimasa yang akan datang.      Bandung, Januari 2013  Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi  Kepala,          Dr. Hiskia  NIP.  19650615 199103 1 006             

DAFTAR ISI      TIM PENYUSUN    KATA PENGANTAR    DAFTAR ISI      1.   Pemanfaatan  dan  Pemasangan  Radar  Pengawas  Pantai  (Surveillance  Radar) – Peneliti Utama : Dr. Mashury    2.   Pembuatan  Magnet  Barium  Ferit  Nano  Partikel  Bonded  Hybrid  untuk  Aplikasi Generator – Peneliti Utama : Nanang Sudrajat, ST    3.   Pembuatan Sel Surya – Peneliti Utama : Dra. Erlyta Septa Rosa, MT    4.   Perancangan  Battery  Control  Unit  (BCU)  pada  Modul  Panel  Surya  50  Watt Peak (WP) – Peneliti Utama : Iqbal Syamsu, MT    5.   Pengembangan  Through‐Wall  Radar  untuk  Life  Detector  –  Peneliti  Utama : Dr. Purwoko Adhi                                     

                   

Pemanfaatan dan Pemasangan   RADAR Pengawas Pantai  Dr. Mashury   

                                       

LEMBAR PENGESAHAN    1. 

Judul Kegiatan Penelitian  

: 

Pemanfaatan dan Pemasangan Radar  Pengawas Pantai (Surveillance Radar) 

2. 

Kegiatan Prioritas 

: 

Informatika dan Telekomunikasi 

3. 

Peneliti Utama 

: 

  

 

Nama   

: 

Dr. Mashury 

 

Jenis Kelamin   

: 

Pria 

4. 

Sifat Penelitian 

: 

Baru (Tahun ke 3) 

5. 

Lama Penelitian 

: 

4 (empat) Tahun 

6. 

Biaya Total 2011 

: 

Rp. 1.318.250.000,‐ 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Bandung, 31 Desember 2012  Disetujui, 

 

 

Ka. Pusat Peneltian Elektronika 

 

dan Telekomunikasi ‐ LIPI 

 

 

Peneliti Utama 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dr. H i s k i a         

Dr. Mashury       . 

NIP. 19650615 199103 1 006 

NIP. 19680408 199303 1 007 

           

ABSTRAK    Rancang  bangun  sebuah  prototip  Radar  Pengawas  Pantai  (Coastal  Surveillance  Radar)  yang dinamakan ISRA (Indonesian Surveillance  Radar) akan dilakukan dalam penelitian ini.  Setelah dilakukan rancang bangun, maka akan dilakukan pengetesan Radar ISRA didalam  laboratorium dan di lapangan yang berdekatan dengan wilayah pantai. Setelah dilakukan  perbaikan kinerja berdasarkan hasil pengetesan, akan dilakukan pengujian bersama/oleh  pihak‐pihak pengguna (user) Radar didalam negeri. Setelah itu, dilakukan instalasi Radar  ISRA  di  salah  satu  pelabuhan  yang  disetujui  oleh  Ditjen  Hubla  Kemenhub.  Semua  Radar  Pengawas  Pantai  ISRA  ini  yang  telah  dibuat  diharapkan  dapat  terkoneksi  dalam  suatu  jaringan  sehingga  bisa  dimonitor  secara  jarak  jauh  dari  Jakarta  atau  Bandung.  Pemanfaatan  dan  pemasangan  Radar  ISRA  ini  akan  membantu  pemerintah  dalam  pengawasan  wilayah  perairan  Negara  Kesatuan  Republik  Indonesia  (NKRI)  karena  Indonesia  memiliki  panjang  pantai  lebih  dari  80.000  km.  Tindakan  ilegal  diwilayah  perairan NKRI dapat dikurangi melalui pengawasan menggunakan Radar ISRA ini.      I. PENDAHULUAN  1.1. Latar Belakang  Pengamanan dan pengawasan wilayah negara kesatuan Republik Indonesia (NKRI)  yang  terdiri  dari  lebih  17.000  pulau  dengan  2/3  wilayah  terdiri  dari  lautan  akan  memerlukan  aparat  dan  peralatan  yang  berjumlah  sangat  besar.  Indonesia  juga  merupakan  salah  satu  negara  dengan  panjang  pantai  terbesar  didunia  yaitu  lebih  dari  80.000 Km. Pada kenyataannya, kemampuan TNI‐AL dan POLRI untuk mengawasi wilayah  RI  sangat  terbatas  sehingga  wilayah  perairan  Indonesia  rawan  akan  pencurian  ikan,  pelanggaran wilayah oleh kapal‐kapal asing, pembajakan kapal laut dan penyelundupan.  Salah  satu  cara  untuk  meningkatkan  kemampuan  aparat  pemerintah  dalam  mengawasi  dan  mengamankan  wilayah  adalah  dengan  menggunakan  Radar  Pengawas  Pantai  untuk  mengawasi pergerakan kapal laut sehingga dapat dicegah tindakan‐tindakan yang dapat  merugikan  NKRI  dan  juga  tabrakan  kapal  apabila  hendak  merapat  ke  pelabuhan.  Pemasangan  Radar  Pengawas  Pantai  daya  besar  (high  power)  di  kapal  atau  dipinggir  daratan (sekitar pantai) dapat digunakan untuk mengawasi wilayah laut yang luas sampai  beberapa puluh mil laut. Gambar 1 memperlihatkan contoh Radar Pengawas Pantai dan  aplikasinya dalam pengawasan pelabuhan. 

Berdasarkan  uraian  diatas  maka  penggunaan  Radar  sangat  penting  untuk  pengawasan  dan  pengamanan  wilayah  perairan  NKRI.  Kemandirian  bangsa  dalam  pembuatan  Radar  akan  sangat  membantu  dalam  penyediaan  Radar  didalam  negeri.  Hal  ini didukung oleh kenyataan bahwa kondisi perekonomian bangsa yang sedang terpuruk  ini tidak memungkinkan pemerintah untuk membeli peralatan Radar dari luar negeri yang  umumnya bernilai sangat mahal (dari U$100.000 sampai dengan jutaan U$ dollar). Hal ini  ditambah  dengan  sulitnya  mekanisme  pembelian  Radar  yang  sifatnya  strategis  dibidang  pertahanan dan keamanan.  Puslit  Elektronika  dan  Telekomunikasi  LIPI  telah  membuat  satu  prototip  Radar  Pengawas Pantai pada tahun 2009. Diharapkan pada tahun 2010, akan selesai prototip ke  2  yang  merupakan  prototip  versi  komersial/produksi.  Gambar  2  memperlihatkan  desain  grafis  dari  bentuk  system  antena  Radar  (tampak  depan  dan  belakang).  Hasil  perakitan  perangkat keras dan enam belas (16) antena modul ditunjukkan pada Gambar 3. Radome  atau  bungkus  luar  dari  system  antena  untuk  melindungi  terhadap  cuaca  dan  pengaruh  lingkungan diperlihatkan pada Gambar 4.    Ilustrasi  pemakaian  Radar  pengawas  pantai  untuk  pengawasan  wilayah  perairan  sekitar  Selat  Sunda  ditunjukkan  pada  Gambar  5.  Diasumsikan  ada  tiga  buah  Radar  yang  terhubung  melalui  satu  jaringan.  Dalam  gambar  ini,  daerah  jangkauan  Radar  ditentukan  oleh kemampuan daya pancar, ketinggian menara dan polarisasi dari antena [1, 2, 3, 4].  Penggunaan  jaringan  Radar  Pengawas  Pantai  memungkinkan  lalu  lintas  kapal  disekitar  Selat Sunda dan yang menuju atau dari Pelabuhan Tanjung Priok dapat diamati.    Blok  diagram  Radar  frequency  modulated‐continuous  wave  (FM‐CW)  yang  digunakan  pada  prototip  Radar  PPET‐LIPI  diperlihatkan  pada  Gambar  6  [1,  4].  Sistem  Radar FM‐CW ini terbagi atas dua bagian utama yaitu transmitter (pemancar) dan receiver  (penerima).  Hasil  deteksi  Radar  akan  ditampilkan  oleh  Display  unit  yang  mengolah  sinyal/data  yang  diterima  dari  bagian  Receiver  menjadi  suatu  gambar  yang  dapat  diinterpretasikan dengan mudah oleh pengguna [5, 6, 7‐18]. Pengolahan sinyal Radar ini  dilakukan  oleh  sebuah  komputer  yang  berkemampuan  tinggi  sehingga  semua  proses  dilakukan secara real time untuk menghindari adanya penundaan (delay). Seiring dengan 

kemajuan  teknologi  Radar,  peranan  perangkat  lunak  untuk  pengolahan  sinyal  menjadi  semakin  penting  (vital)  [5,  6,  7‐18].  Tampilan  dari  Radar  akan  disesuaikan  dengan  kelaziman  yang  berlaku  pada  Radar  Pengawas  Pantai  yang  telah  dijual  dipasaran,  yaitu  antara  lain  mengikuti  regulasi  International  Maritime  Organization  (IMO)  dan  menampilkan  parameter‐parameter  penting  dari  Radar  sebagai  informasi  untuk  pengguna.  Terdapat  dua  antena  yang  masing‐masing  digunakan  untuk  memancarkan  sinyal  Radar  ke  obyek  yang  ingin  diamati  dan  untuk  menerima  sinyal  Radar  yang  dipantulkan  oleh  obyek.  Antenna  control  yang  berfungsi  untuk  mengatur  agar  gerakan  antenna  sesuai  dengan  tampilan  dilayar  dari  Display  unit.  Pembangkit  frekuensi  (frequency  generator)  berfungsi  untuk  membangkitkan  sinyal  sweep,  memberikan  input  sinyal  osilator  (local  oscillator)  frekuensi  rendah  dan  tinggi  ke  bagian  pemancar  dan  penerima, serta menghasilkan sinyal dengan frekuensi referensi.  

  Gambar 1. Radar maritim di tepi pantai.     

Gambar 2. Desain sistem antena Radar Pengawas Pantai. 

 

 

 

Gambar 3. Bagian depan (kiri) dan belakang (kanan) sistem antena yang telah dirakit.   

  Gambar 4. Bentuk Radome depan dari sistem antena. 

Selat Sunda

  Gambar 5. Illustrasi jangkauan Radar untuk Selat Sunda. 

Pemancar (TX)

Antena TX

Pembangkit Frekuensi (Frequency Generator) Penerima (RX)

Antena RX

Personal Computer + Display

Antena Control  

Gambar 6. Blok Diagram Sistem Radar FM‐CW.    Standar‐standar  yang  ada  saat  ini  untuk  Radar  Maritim  (termasuk  Radar  Pengawas  Pantai) adalah: 

•

Standard Performance Radar Kapal: sesuai Resolution IMO A.477(XII). 

•

Standards Performance for Automatic Radar Plotting AIDs (ARPAs): sesuai Resolution  IMO A.823 (19). 

•

Standard Performance untuk VTS: Recommendations IALA V‐128 on Operational and  Technical Performance Requirements for VTS  Requirements.   Berdasarkan  standar  diatas,  maka  prototip  Radar  ISRA  terutama  prototip  II  yang 

merupakan  versi  komersial  harus  dapat  memenuhi  semua  standar‐standar  yang  ada.  Maka  pengetesan  Radar  ISRA  dilakukan  mengikuti  ketentuan  didalam  standar  tersebut  dan ketentuan yang di‐inginkan oleh user. Apabila semua standar sudah dipenuhi, maka  Radar  ISRA  layak  mendapatkan  sertifikasi.  Akan  ada  serangkaian  pengetesan  yang  dilakukan  secara  intensif  dengan  Dislitbang  TNI‐AL  dan  Direktorat  Kenavigasian  Ditjen  Hubla, Dephub.  Dikarenakan  Radar  ISRA  menggunakan  frekuensi  Radio,  maka  dalam  aplikasinya  harus  mendapatkan  sertifikasi  POSTEL  yang  menyatakan  bahwa  Radar  ISRA  layak  digunakan dan tidak mengganggu peralatan Radio lainnya. Selain itu, karena Radar ISRA  merupakan  produk  Nasional  maka  perlu  mendapatkan  persetujuan  dari  Badan  Standarisasi Nasional dalam bentuk SNI (standar nasional Indonesia).   

Pada  penelitian  Radar  tahun  2012  ini  dan  pada  tahun‐tahun  selanjutnya,  akan 

dilakukan  rancang  bangun  Radar  sesuai  dengan  prototip  II  Radar  ISRA.  Setelah  itu  dilakukan  pengetesan,  sertifikasi,  pemanfaatan  dan  pemasangan  pada  tempat‐tempat  tertentu  digaris  pantai  yang  berdekatan  dengan  wilayah  perairan  strategis.  Kemudian,  Radar‐Radar yang sudah terpasang ini akan dihubungkan melalui suatu jaringan sehingga  dapat dimonitor dan dikendalikan dari jarak jauh.    

Spesifikasi Radar yang akan dibuat pada tahun 2012 adalah:  •

Principle: FMCW (Frequency‐Modulated Continuous Wave). 

•

Software: IMO Standards  + ECDIS* (* optional) 

•

Transmitter:  ƒ

Frequency: X band (~  9 GHz). 

ƒ

Frequency sweep: 4 MHz, 8 MHz, 16 MHz, 32 MHz, 64 MHz (or 48  MHz). 

ƒ

Selected range: 24 NM, 12 NM, 6 NM, 3 NM, 1,5 NM. The  maximum  radar range is set to be 24 NM,  larger than 27 km (the  predetermined distance from  the radar to the horizon) to give a  possibility for detecting tall ships located several kilometers beyond  the horizon. 

•

•

ƒ

Sweep repetition frequency: 1,5 kHz. 

ƒ

Output power: 2 Watt. 

Receiver / processor:  ƒ

IF bandwidth: 60 MHz. 

ƒ

Number of range cells: 512. 

ƒ

Range cells: 48 meter, 24 meter, 12 meter, 6 meter, 3 meter 

ƒ

PC‐based processor. 

ƒ

Standard PC display. 

Antenna:  ƒ

Microstrip patch arrays antenna with rectangular patch elements. 

ƒ

Antenna with flares for reducing vertical beamwidth. 

ƒ

Modular system 

ƒ

Dual antenna configuration for transmit and receive. 

ƒ

Horizontal beamwidth: ~ 2 Degree. 

ƒ

Vertical beamwidth: ~ 10 Degree. 

ƒ

Polarization: horizontal. 

ƒ

Rotational speed: 10  rpm max. 

  a. Perumusan Masalah  •

Melakukan  rancang  bangun  Radar  Pengawas  Pantai  (coastal  surveillance  Radar). 

•

Pemanfaatan dan pemasangan Radar Pengawas Pantai.        c.

 

Tujuan dan Sasaran  

Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  melakukan  perancangan  dan  implementasi  dari 

Radar  Pengawas  pantai  ISRA  yang  akan  dipasang  dan  dimanfaatkan  untuk  memonitor  wilayah perairan strategis di wilayah NKRI. Prototip Radar Pengawas Pantai ini juga akan  dites  secara  keseluruhan  dalam  rangka  mendapatkan  sertifikasi  dari  lembaga‐lembaga  yang berwenang. Serangkaian tes akan dilakukan yang melibatkan pihak pengguna seperti  TNI‐AL, dan Direktorat Kenavigasian Ditjen Hubla Dephub.   

Sasaran  kegiatan  penelitian  ini  pada  tahun  2012  adalah  perangkat  lunak 

(software)  untuk  pengolahan  sinyal  dan  jaringan  Radar,  modul‐modul  perangkat  keras,  sistem antena Radar, sistem mekanik Radar,  pengetesan modul‐modul yang sudah dibuat  dan  mendapatkan  sertifikasi  dari  lembaga‐lembaga  yang  berwenang  di  Indonesia  yang  menyatakan bahwa Radar pantai layak digunakan oleh pemakai dan memenuhi standar‐ standar  yang  ada.  Satu  standar  operational  procedure  (SOP)  dari  pengetesan  dan  pengujian Radar dapat dihasilkan melalui kegiatan ini.     d. Kerangka Analitik  Kerangka  analitik  yang  digunakan  adalah  Radar  Pengawas  Pantai  memiliki  penggunaan yang strategis terutama untuk Negara Kepulauan seperti Indonesia. Rancang  bangun  Radar  Pengawas  Pantai  dengan  harga  terjangkau,  kandungan  lokal  tinggi,  memiliki  kerahasiaan  dan  keamanan  data  yang  tinggi,  memenuhi  standarisasi  yang 

ditentukan  oleh  IMO  dan  disertifikasi  oleh  lembaga  berwenang  merupakan  satu  tantangan  untuk  para  peneliti  Tim Radar  ISRA  di  PPET‐LIPI.  Tim  Radar di  PPET‐LIPI  telah  memiliki  pengalaman  sebelumnya  melalui  pembuatan  prototip  I  dan  II  Radar  ISRA.  Selanjutnya Radar Pengawas Pantai ini akan dipasang dan dimanfaatkan untuk memantau  wilayah  perairan  strategis  di  Indonesia.  Satu  standar  operational  procedure  (SOP)  yang  baku dari pengetesan dan pengujian Radar harus dibuat.        e.

Hipotesis 

Penelitian  ini  bersifat  terapan  sehingga  hipotesa  yang  bisa  dibangun  adalah  apakah  hasil  desain  Radar  pantai  dapat  direalisasikan  dan  menunjukkan  kinerja  sesuai  dengan spesifikasi yang telah ditentukan. Serta dapat memenuhi semua persyaratan yang  tercantum dalam standar‐standar didunia maritim.   

I. Metodologi  Dalam kegiatan penelitian ini, metodologi yang digunakan adalah:  •

Rancang bangun perangkat lunak pengolah sinyal Radar dan jaringan Radar 

•

Pembuatan perangkat keras Radar pantai 

•

Pengujian dan pengetesan Radar pantai 

•

Evaluasi dan Perbaikan 

•

Seminar dan Publikasi    II. Jadwal Kegiatan 2012 

  No. 

Tahapan Kegiatan 

Bulan  1 

2 

3 

4 

5 

6 

7 

8 

9 

10 

11 

12 

1.  

Rancang  Bangun  Perangkat    Lunak  Radar  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.  

Pembuatan  Perangkat  Keras    Radar 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.  

Pengujian  Perangkat  Keras    dan Lunak Radar   Sertifikasi Radar ISRA    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.  

Evaluasi dan Perbaikan 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.  

Publikasi Ilmiah 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.  

   

  Gambar 7. Desain Radar versi prototip IV tahun 2012. 

  Gambar 8. Dudukan motor dan antena Radar. 

  Gambar 9. Sistem mekanik keseluruhan Radar.     

  •

Berikut Gambar Kemajuan Mekanikal Antena X band 

                         Gambar 10. Sistem antena tampak depan                                  Gambar 11. Sistem antena tampak belakang 

  Gambar 12. Sistem antena tampak Samping                      Gambar 13. Sistem antena untuk pengarah                       

  Gambar 14. Dudukan Antena                        Gambar 15. Sistem motor antena tampak bawah                    Gambar 16. Sistem motor antena tampak samping                 

      Gambar 17. Antena Array X‐Band         Berikut Tabel Hasil Pengukuran Antena Array X‐Band untuk Gambar 17    Tabel 1. Hasil Pengukuran Antena Array X‐Band       Variabel  Hasil Pengukuran  Antena 1  VSWR (9,4 GHz)  1,205  S11 (9,4 GHz)  ‐18,485 dB  Impedansi (9,4 GHz)  41,485 Ω  Rang. Frekuensi (VSWR 1,5)  9,27975 GHz s/d 9,4495 GHz  BW  169,75 MHz  Antena 2  VSWR (9,4 GHz)  1,206  S11 (9,4 GHz)  ‐20,559 dB  Impedansi (9,4 GHz)  41,989 Ω  Rang. Frekuensi (VSWR 1,5)  9,31725 GHz s/d 9,4815 GHz  BW  164,25 MHz  Antena 3  VSWR (9,4 GHz)  1,165  S11 (9,4 GHz)  ‐22,337 dB  Impedansi (9,4 GHz)  43,462 Ω  Rang. Frekuensi (VSWR 1,5)  9,3125 GHz s/d 9,48275 GHz  BW  170,25 MHz  Antena 4  VSWR (9,4 GHz)  1,171  S11 (9,4 GHz)  ‐22,057 dB  Impedansi (9,4 GHz)  42,631 Ω  Rang. Frekuensi (VSWR 1,5)  9,30125 GHz s/d 9,471 GHz  BW  169,75 MHz  Antena 5  VSWR (9,4 GHz)  1,168  S11 (9,4 GHz)  ‐22,201 dB  Impedansi (9,4 GHz)  43,242 Ω  Rang. Frekuensi (VSWR 1,5)  9,3 GHz s/d 9,478 GHz  BW  178 MHz  Antena 6  VSWR (9,4 GHz)  1,197  S11 (9,4 GHz)  ‐20,911 dB  Impedansi (9,4 GHz)  43,112 Ω  Rang. Frekuensi (VSWR 1,5)  9,31575 GHz s/d 9,48425 GHz  BW  168,5 MHz 

Antena 7 

Antena 8 

VSWR (9,4 GHz)  S11 (9,4 GHz)  Impedansi (9,4 GHz)  Rang. Frekuensi (VSWR 1,5)  BW  VSWR (9,4 GHz)  S11 (9,4 GHz)  Impedansi (9,4 GHz)  Rang. Frekuensi (VSWR 1,5)  BW 

1,270  ‐18,485 dB  40,788 Ω  9,3235 GHz s/d 9,47625 GHz  152,75 MHz  1,178  ‐21,709 dB  44,428 Ω  9,31175 GHz s/d 9,4905 GHz  178,75 MHz 

  Dari  hasil  pengukuran  didapat,  spesifikasi  sesuai  dengan  yang  diharapan,  dengan  VSWR  dibawah 1,5 dan lebar bandwidth di atas 60 MHz serta impedansi yang mendekati 50 Ω.    A. Antena 1  

    

    Dari gambar di atas, didapatkan nilai VSWR pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar 1,205 

    Dari gambar di atas, didapatkan nilai S11 pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar ‐20,603 dB   

    Dari gambar di atas, didapatkan Impedansi pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar 41,485 Ω    B. Antena 2    

    Dari gambar di atas, didapatkan nilai VSWR pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar 1,206   

 

  Dari gambar di atas, didapatkan nilai S11 pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar ‐20,559 dB   

    Dari gambar di atas, didapatkan Impedansi pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar 41,989 Ω    C. Antena 3   

    Dari gambar di atas, didapatkan nilai VSWR pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar 1,165   

    Dari gambar di atas, didapatkan nilai S11 pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar ‐22,337 dB   

    Dari gambar di atas, didapatkan Impedansi pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar 43,462 Ω    D. Antena 4   

    Dari gambar di atas, didapatkan nilai VSWR pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar 1,171   

    Dari gambar di atas, didapatkan nilai S11 pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar ‐22,057 dB   

    Dari gambar di atas, didapatkan Impedansi pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar 42,631 Ω   

E. Antena 5   

  Dari gambar di atas, didapatkan nilai VSWR pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar 1,168   

 

    Dari gambar di atas, didapatkan nilai S11 pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar ‐22,201 dB   

    Dari gambar di atas, didapatkan Impedansi pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar 43,242 Ω  F. Antena 6   

    Dari gambar di atas, didapatkan nilai VSWR pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar 1,197   

    Dari gambar di atas, didapatkan nilai S11 pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar ‐20,911 dB   

    Dari gambar di atas, didapatkan Impedansi pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar 43,112   G. Antena 7   

    Dari gambar di atas, didapatkan nilai VSWR pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar 1,270   

    Dari gambar di atas, didapatkan nilai S11 pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar ‐18,485 dB   

    Dari gambar di atas, didapatkan Impedansi pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar 40,788 Ω 

H. Antena 8   

    Dari gambar di atas, didapatkan nilai VSWR pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar 1,178   

    Dari gambar di atas, didapatkan nilai S11 pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar ‐21,709 dB   

 

 

Dari gambar di atas, didapatkan Impedansi pada Frekuensi 9,4 GHz, sebesar 44,428 Ω      III. Rencana Selanjutnya (tahap IV)  Rencana kegiatan selanjutnya sampai dengan akhir tahun 2012 adalah:  •

Penyelesaian sertifikasi TKDN (tingkat komponen dalam negeri) dan kelaikan dari  Dislitbang TNI‐AL 

•

Pembuatan/realisasi sistem mekanik antena. 

•

Perakitan dan pengetesan perangkat keras. 

•

Pemasangan modul2 antena. 

•

Pemasangan motor penggerak Radar. 

•

Pembuatan perangkat lunak (software). 

•

Pemasangan aksesoris termasuk power supply. 

•

Pengetesan dan setting antena. 

•

Integrasi software dan hardware. 

•

Pengetesan keseluruhan baik di laboratorium dan di lapangan.   

IV.  Kendala dan permasalahan  • Pemesanan  komponen  memakan  waktu  lama  terutama  yang  dari  USA  (hampir  4  bulan).  • Keharusan lelang sehingga menghambat delivery dari komponen‐komponen impor.  Prosedur pengadaan ini mengakibatkan sebagian anggota tim Radar ‘menganggur’  karena menunggu datang‐nya komponen impor.  • Perlu  tambahan  SDM  terutama  untuk  bidang  software  karena  mengingat  banyaknya pekerjaan terkait Radar.  • Peralatan  ukur  untuk  tes  dilapangan  masih  terbatas  seperti  handheld  spectrum  analyser dan signal generator.  •

Perlu  kerjasama  kemitraan  dimasa  depan  utk  pemasangan  Radar  di  daerah2  supaya bisa dimanfaatkan oleh pemerintahan daerah (PEMDA) tingkat I dan II.    

V. Kesimpulan  

Telah  disampaikan  laporan  kemajuan  pelaksanaan  kegiatan  litbang  DIPA  Tematik  dengan judul pemanfaatan dan pemasangan Radar pengawas pantai yang merupakan  kegiatan  dengan  satuan  biaya  khusus  pada  tahun  2012.  Output  utama  dari  kegiatan  ini  adalah  satu  prototip  Radar  yang  seharusnya  dapat  dipasang  disuatu  tempat  tertentu  yang  berdekatan  dengan  garis  pantai  dengan  bekerjasama  dengan  mitra  Industri  (PT.  INTI)  dan  PEMDA.  Kegiatan  perakitan,  integrasi  dan  pengetesan  akan  dilakukan pada pertengahan tahun sampai akhir tahun 2012.     VI. Referensi  1.

M.I. Skolnik, ’Radar Handbook’, McGraw‐Hill, 1990. 

2.

M.I. Skolnik, ’Introduction to Radar Systems’, McGraw‐Hill, 2002. 

3.

S. Kingsley and S. Quegan, ’Understanding Radar Systems’, CHIPS. 

4.

Leo  P.  Ligthart,  ’Short  Course  on  Radar  Technologies’,  International  Research Centre for Telecommunications‐transmission and Radar, TU Delft,  September 2005. 

5.

Mark Richards, ’Radar Signal Processing’, McGraw‐Hill, 2005. 

6.

Bassem  R.  Mahafza,  ‘Radar  Systems  Analysis  and  Design  Using  MATLAB’,  Chapman & Hall, 2005. 

7.

Mashury  Wahab  dan  Pamungkas  Daud,  ‘Image  Processing  Algorithm  for  FM‐CW Radar’, TSSA/WSSA Conference 2006, ITB Bandung, 2006. 

8.

Mashury, ‘Development of Radar Image Processing Algorithm’, Information  and Communication Technology Seminar 2006, ITS Surabaya, 2006. 

9.

Mashury  Wahab,  Pamungkas  Daud,  Yuyu  Wahyu,  Yusuf  Nur  Wijayanto.  “Radar  Trainer  System  for  LIPI  FM‐CW  Radar  Network”,  ICICI  2007,  Bandung. 

10.

Mashury  Wahab,  ‘Penggunaan  UAIS  dan  Radar  pengawasan  pantai  untuk  monitoring  wilayah  perairan  indonesia’,  Seminar  Radar  nasional  2007,  Jakarta. 

11.

Yusuf  Nur  Wijayanto,  Dadin  Mahmuddin,  and  Mashury  Wahab  “Perancangan  Sistem  LFM‐Chirp  Radar  menggunakan  Matlab  untuk  Menentukan Posisi Target”, IES‐EEPIS‐ITS 2007, Surabaya. 

12.

Mashury, Yuyu Wahyu, A. Adya Pramudita, and Pamungkas Daud, “Coupled  Patch  Array  Antenna  For  Surveillance  Radar”,  International  Conference  TSSA 2007, Bandung, 2007. 

13.

Mashury  Wahab  and  Yuyu  Wahyu,  “Patch  Array  Antenna  For  FM‐CW  Radar”, International Conference r‐ICT 2007, Bandung, 2007. 

14.

Mashury  Wahab,  Pamungkas  Daud,  Yuyu  Wahyu,  Yusuf  Nur  Wijayanto,  “Radar  Trainer  System  for  LIPI  FM‐CW  Radar  Network”,  International  Conference ICICI 2007, Bandung, 2007. 

15.

Mashury,  Yusuf  N.  W.,  Pamungkas  D.,  Dadin  M.,  Djohar  S.,  “  A  Data  Processing  Scheme  For  LIPI  Coastal  Surveillance  Radar”,  International  Conference on Telecommunications (ICTEL) 2008, Bandung. 

16.

Mashury  Wahab,  Sulistyaningsih  and  Yusuf  Nur  Wijayanto,  “Radar  Cross  Section  For  Object  Detection  Of  FM‐CW  Coastal  Surveillance  Radar”,  Electrical  Power,  Electronics,  Communications,  Control  and  Information  Seminar (EECCIS) 2008, Malang. 

17.

Mashury,  Dadin  Mahmudin  dan  Yusuf  Nur  Wijayanto,  “  Rancang  Bangun  Perangkat Lunak Citra Radar”, Seminar Radar Nasional 2008, Jakarta. 

18.

Mashury  Wahab,  Pamungkas  Daud,  Yuyu  Wahyu,  dan  Rustini  S.  Kayatmo,  “Rancang  Bangun  Radar  Pengawasan  Pantai  INDRA  II  Di  Pusat  Penelitian  Elektronika dan Telekomunikasi (PPET) LIPI”, Seminar Radar Nasional 2008,  Jakarta. 

           

Daftar Publikasi Ilmiah    1. Judul    :  Radar Target  Image Analysis Using Fuzzy  C Means and  Coordinat     Calculation  Penulis: Octa Heriana dan Sulistyaningsih  Afiliasi : PPET‐LIPI    Abstract    The image analyisis on a moving object target of the RADAR detection image was  done  by  the  method  of  coordinates  calculation  of  image  pixels  to  determine  distance, direction and speed of the object movement. Fuzzy C Means was used to  determine  the  coordinates  center  of  the  detected  object.  Image  data  that  used  was  the  data  of  RADAR  recording  software.  Image  processing  was  done  by  the  programming  software,  the  first  step  was  the  process  of  image  thresholding  to  separate the mainland with a radar target object, and then the number of objects  known  through  calculation  of  pixel  box  which  is  then  used  to  determine  the  number of clusters on the Fuzzy C Means and show the number of coordinates of  the  detected  objects.  Object  coordinates  were  measured  from  the  center  of  RADAR  unit  to  calculate  the  distance  and  direction  of  object  movement  speed. 

Results of analysis showed that the coordinates position, distance, direction, and  speed of the object can be determined by this method with a fast computation.    Keywords: Image; Coordinate; Moving Object; Fuzzy C Means.   

2. Judul    :  Design  and  Realization  of  a  Low  Cost  Two‐Way  Wilkinson  Power   Divide at Intermediate Frequency for a RADAR System  Penulis: Taufiqqurrachman and Hana Arisesa  Afiliasi : PPET‐LIPI    Abstract    This  paper  presents  analysis  and  design  narrowband  two‐way  Conventional  Wilkinson  power.  The  design  employyed  common  lumped  element  that  much  easier to realize. This Wilkinson power divider is designed at 456 MHz for using in  IF  RADAR  System.  The  Practical  fabbrication  implemented  on  FR4  substrate.  The  VSWR for all port for both dividers is better than 1.3:1,  insertion loss is less than  0.6  dB  and  25  dB  of  isolation  is  achived.  The  proposed  divider  has  the  narrow  bandwidth,  200  MHz.  It  was  found  that  the  Wilkinson  power  dividers  cannot  perform  well  with  simulation  values.  However,  this  problem  could  be  solved  by  fine tuning capasitor components.    Keywords : Wilkinson, Power divider, IF, Radar     

3. Judul    :  Design  and  Simulation  of  456  MHz  Bandpass  Filter  for  Radar  System  Penulis: Fajri Darwis dan Deni Permana  Afiliasi : PPET‐LIPI    Abstract    This  paper  presents  the  design  and  simulation  of  bandpass  filter  for  frequency‐ modulated continuous wave radar system. A bandpass filter was designed at the  operating center frequency of 456 MHz, bandwidth of 60 MHz, 3 dB insertion loss,  1.1  VSWR,  50  ohm  impedance  and  dB/octave  less  than  ‐70  dB.  The  design  filter  was simulated using Elsie Tonne version 2.4. The outcome of this research was a  prototype  of  a  456  MHz  bandpass  filter  and  the  results  of  the  simulation  were  approximately similar to the required specifications.    Keywords: bpf, bandwidth, intersion loss, vswr, dB/octave.      4. Judul    :  Size  Enhancement  of  50‐5000  MHz  Octahedral  Monopole  Antennas for Ground‐Penetrating‐Radar 

Penulis: Folin Oktafiani dan Achmad Munir  Afiliasi            : PPET‐LIPI dan STEI‐ ITB    Abstract    In  this  research,  the  Ground  Penetrating  Radar  (GPR)  antenna  is  designed  by  improving the reference antenna’s dimensional performance, in order to ease the  detection  process  in  the  field.  The  Octahedral    antenna  is  used  as  the  reference  antenna.      The  method  used  was  by  optimizing  each  part  of  the  antenna  dimension  using  3D  software  which  operates  at  frequency  domain.  The  studies  done includes: minimizing the antenna diameter, determining the transition angle  on antenna’s arms, placing the resistors, determining the length of antenna’s arm  before  the  abrupt  transition,  searching  the  width  of  T  strip  antenna  which  gives  the  optimum  result,  determining  the resistor values,  and the  last is, determining  the distance between antenna’s arm and the ground plane. The simulation results  show that the 50 mm x50 mm dimension of antenna has the same characteristics  with  the  reference  antenna,  i.e    return  loss  ≤  ‐10dB  for  frequency  range  50  –  5000MHz.     Keyword : antenna; ground penetrating radar; dimension of antenna; return loss    5. Judul    : Radar Cross Section Calibration Using a Trihedral Reflector For LIPI  Coastal Surveillance Radar  Penulis: Sulistyaningsih dan Mashury Wahab  Afiliasi : PPET‐LIPI     Abstract    A RCS calibrator is an object used to calibrate Radar Cross Section (RCS) reading of  a  radar.  For  LIPI  coastal  surveillance  radar,  the  object  used  for  this  purpose  is  a  trihedral.  During  filed  experiments  LIPI  coastal  surveillance  radar  using  trihedral  reflector. The reflector can be used on a very wide frequency range. Front view of  the RCS calibrator using a trihedral with dimensions. The long and short sides are  91.5 cm and 64.5 cm long, respectively. Determination of the relevant dimension  for the RCS specifications.RCS calibration for the radar is a very important aspect  for the accurate estimation of target information.     Keywords: Radar Cross Section, RCS, trihedral reflector, calibration, radar.     

6. Judul    :  Design  and  Simulation  of  160  MHz  Bandpass  Filter  with  60  MHz  Bandwidth  Penulis: Novita Dwi Susanti dan Deni Permana  Afiliasi : PPET‐LIPI     Abstract 

  This  paper  describes  the  design  and  simulate  band  pass  filter  which  use  operational frekuency from 130 MHz until 190 MHz and have frequency of cut off  at 160 MHz. To design this filter we calculate the value of inductor and capasitor  first, and then simulate with software simulation.   The filter design with seventh  order  involves  many  parameter  such  as  pass  band,  stop  bandwidths,  center  frequency,  stop  band  attenuation,  pass  band  return  loss  adn  impedances  of  the  input  and  output  resonator.  The  design  filter  was  simulated  using  Elsie  Tonne  version 2.4. And the result of simulated we can see the VSWR is 1.3, insertion loss  ‐4dB with dB/octave is less than ‐50 dB.     Keywords : bpf, bandwidth, insertion loss, vswr, dB/octave    7. Judul    : Perancangan Antena Array Microstrip Planar Untuk Radar S‐Band  Penulis:  Yuyu  Wahyu,  Folin  Oktafiani,  Yussi  Perdana  Saputera,  dan  Mashury  Wahab  Afiliasi : UI     Abstrak    Pada  penelitian  ini  dilakukan  desain  dan  realisasi  antenna untk  portable  radar  S‐ band. Antena yang dirancang adalah antenna mikrostrip yang disusun secara array  8x4  dengan  jumlah  keseluruhan  64  modul  antenna  yang  bertujuan  untuk  mempersempit  beamwidth  dan  memperbesar  gain  antenna.  Bahan  yang  digunakan adalah FR 4 dengan ketebalan substrat 3,2 mm dan tebal patch 0,035  mm, serta memiliki nilai r=4,4. Dari hasil satu modul antenna diperoleh lebar BW  sebesar 60 MHz untuk S11 sebesar ‐15, sedangkan gain antena yang disimulasikan  sebesar  12,79  dBi.  Untuk  hasil  simulasi  antenna  array  8x4  didapat  gain  sebesar  27,58 dBi.    Kata kunci : Radar, S‐band, Antena                           

                   

Pembuatan Magnet Barium Ferit Bonded Hybrid   untuk Aplikasi Generator  Nanang Sudrajat, ST                                           

LEMBAR  PENGESAHAN    1. 

Judul Kegiatan Penelitian  

: 

Pembuatan Magnet Barium Ferit Nano  Partikel Bonded Hybrid untuk Aplikasi  Generator 

2. 

Kegiatan Prioritas 

: 

Material Maju dan Nanoteknologi 

3. 

Peneliti Utama 

: 

  

 

Nama   

: 

Nanang Sudrajat, ST 

 

Jenis Kelamin   

: 

Pria 

4. 

Sifat Penelitian 

: 

Lanjutan (Tahun ke 2) 

5. 

Lama Penelitian 

: 

2 (dua) Tahun 

6. 

Biaya Total 2011 

: 

Rp. 269.855.000,‐ 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Bandung, 31 Desember 2012  Disetujui, 

 

 

Ka. Pusat Peneltian Elektronika 

 

dan Telekomunikasi ‐ LIPI 

 

 

Peneliti Utama 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dr. H i s k i a         

Nanang Sudrajat, ST. 

NIP. 19650615 199103 1 006 

NIP. 19730604 199403 1 003 

         

  ABSTRAK      Magnet Barium Ferit nanopartikel bonded hybrid yang akan dibuat pada penelitian tahun  kedua,  merupakan  pengembangan  pembuatan  magnet  barium  ferit  sinter.  Fokus  penelitian pada tahun ini adalah fabrikasi pembuatan prototipe magnet Barium Ferit nano  partikel  bonded  hybrid  dan  percobaan  coating  dalam  tahap  finishing  dan  diaplikasikan  sebagai  komponen  elektronika  terutama  pada  sebuah  generator  dengan  tetap  memperbaiki karakteristik magnet yang akan dihasilkan.  Magnet  bonded  hybrid  merupakan  penggabungan  dua  bahan  magnet  permanen  yaitu  serbuk  barium  ferit  dan  serbuk  NdFeB  pada  komposisi  tertentu  yang  dibonded  dengan  bahan  termoplastic  (bakelit  atau  plastik).  Tujuan  dari  penggabungan  kedua  magnet  permanen  tersebut  adalah  untuk  meningkatkan  temperatur  operasi,  temperatur  curie,  ketahanan korosi dan meningkatkan sifat magnet dengan harga yang tidak terlalu tinggi.  Metoda  proses  yang  akan  digunakan  adalah  solgel    untuk  mendapatkan  serbuk  magnet  barium  ferit  dan  teknologi  metalurgi  serbuk  untuk  pencampuran  dengan  NdFeB  dengan  tahapan  mixing,  milling,  cetak  panas  dan  magnetisasi  sehingga  menghasilkan  magnet  permanen bonded hybrid. Magnet ini akan dikarakterisasi dan dianalisa sifat magnetnya  dengan Permagraph dan Gaussmeter dan ukuran/struktur partikel dengan SEM.    Kata kunci : barium ferit nanopartikel, metoda sol gel, magnet bonded hybrid, NdFeB,   permanen magnet generator, energi alternatif.   

I. PENDAHULUAN    1.1. Latar Belakang   Kebutuhan  komponen  magnet  permanen  di  Indonesia  cukup  tinggi,  hal  ini  disebabkan  karena  mulai  tumbuhnya  industri  kecil  dan  UKM  yang  mulai  merakit  sendiri  peralatan  elektronika.  Sampai  saat  ini  kebutuhan  magnet  tersebut  selalu  diimpor  dari  manca  negara. Untuk itu maka dilakukan penelitian pembuatan magnet permanen Barium Ferit  Nanopartikel.  Dan  untuk  memenuhi  kebutuhan  magnet  dengan  kekuatan  yang  besar  maka  dilakukan  penggabungan  (Hybrid)  dengan  NdFeB,  sedangkan  untuk  penyederhanaan proses maka dilakukan proses bonded.   Pemilihan  penelitian  terhadap  magnet  Barium  Ferit  disebabkan  karena  magnet  ini   memiliki  kestabilan  kimia  yang  baik,  tahan  korosi,  memiliki  suhu  curie  yang  tinggi  dan  murah.  Pembuatan  ukuran  partikel  nano  diharapkan  dapat  meningkatkan  karakteristik  magnet  yang  dihasilkan,  karena  dengan  ukuran  nano  partikel  diharapkan  dapat 

mengurangi cacat kristal dan memiliki domain tunggal yang akan mempermudah proses  magnetisasi.   Perkembangan  material  magnet  permanen  sangat  cepat  dan  bervariasi,  yang  diikuti  dengan peningkatan energi produk (BH)max yang dihasilkan, material magnet saat ini yang  memiliki  energi  produk  paling  tinggi  adalah  Neodymium  Iron  Boron  (NdFeB).  Namun  demikian setiap material magnet tersebut memiliki keunggulan dan kekurangan masing‐ masing.  Saat  ini,  kebutuhan  akan  material  magnet  untuk  generator  magnet  permanen  di  Indonesia  maupun  di  dunia  mulai  diperlukan  seiring  dengan  mulai  banyaknya  lembaga  penelitian dan personal yang mulai meneliti dan membuat generator. Data dari penjualan  magnet  dari  tahun  ke  tahun  semakin  meningkat  khususnya  untuk  aplikasi  energi,  salah  satunya  untuk  generator  listrik  wind  energy  seperti  yang  dilaporkan  oleh  asosiasi  penjualan magnet terbesar dunia arnoldmagnetics yang secara grafik diperlihatkan pada  gambar 1.            Gambar 1. Data kebutuhan magnet untuk aplikasi [1] 

Untuk Indonesia kebutuhan magnet tersebut selalu diimpor dari luar negeri dengan harga  yang cukup tinggi dan harus dalam jumlah yang besar, maka kegiatan penelitian magnet 

ini dapat menjadi solusi bagi penelitian khususnya penelitian yang berhubungan dengan  aplikasi‐aplikasi magnet.   Dalam  satu  rangkaian  generator  dapat  memerlukan  magnet  permanen  12  buah  atau  bahkan  lebih  yang  akan  dipasang  pada  rotor  yang  merupakan  bagian  utama  dari  generator (lihat gambar 2).       

N

N

N

N N

N

   

N

N

N

N

N N

N

 

N N

 

N

N

N

  (a) Stator 

 

 

 

  (b) Magnet pada rotor 

Gambar 2. Komponen Generator [2]   

Dahulu, generator magnet permanen komersial yang ada di pasaran sering menggunakan  magnet ferit sebagai penghasil medan magnet. Namun, kini mulai menggunakan magnet  NdFeB  yang  memiliki  kekuatan  magnet  sepuluh  kali  lebih  besar  dari  magnet  ferit,  sehingga  generator  dapat  menghasilkan  daya  yang  lebih  besar  [3].  Hal  ini  juga  mulai  diikuti oleh beberapa peneliti  di LIPI dan instansi lain yang menggunakan magnet NdFeB  untuk  merangkai  generator.  Penelitian  di  Puslit  Telimek  LIPI  [4]  juga  pernah  mencoba 

menggunakan magnet Barium Ferit buatan PPET‐LIPI, akan tetapi masih ada kendala yang  dihadapi, yaitu karena kuat medan yang dimiliki magnet ferit masih rendah (700 Gauss),  maka efisiensi yang dihasilkan generator juga rendah dan belum maksimal. Meskipun saat  ini magnet ferit buatan PPET‐LIPI sudah mempunyai kekuatan magnet 1000 Gauss, tetapi  masih  dianggap  kecil  untuk  sebuah  generator.  Namun  magnet  ini  memiliki  keunggulan  seperti; tahan korosi, temperatur curie tinggi, stabil dan murah [5].  Kemudian penelitian di Telimek dilanjutkan dengan menggunakan magnet NdFeB, dimana  magnet  ini  memiliki  energi  produk  yang  sangat  tinggi.  Akan  tetapi  muncul  kendala  lain  yang  dihadapi  yaitu  karena  memiliki  energi  yang  sangat  tinggi  10.000  sampai  dengan  12.000 Gauss, maka membutuhkan torsi awal yang lebih besar. Selain itu magnet NdFeB  memiliki  kekurangan  mempunyai  temperatur  operasi  rendah  yaitu  80  –  200oC,  temperatur curie rendah, mudah korosi, harus import dan mahal [6].   Untuk  mengatasi  kendala  ini  dan  untuk  membantu  penelitian  pembuatan  generator  di  Indonesia  akan  ketersediaan  magnet  permanen,  maka  pada  penelitian  ini  akan  dicoba  menggabungkan  serbuk  magnet  permanen  Barium  Ferit  dan  serbuk  magnet  permanen  NdFeB  komersial  dengan  teknologi  serbuk,  untuk  menghasilkan  Permanent  Hybrid  Bonded  Magnet [7] dengan karakteristik yang baru yaitu diatas 1500 Gauss.    1.2.

Perumusan Masalah  

Untuk  menghasilkan  prototipe  magnet  hybrid  yang  dapat  diaplikasikan  pada  generator  low speed untuk pembangkit listrik, maka penelitian dirumuskan pada beberapa langkah  sebagai berikut;   -

Menyediakan semua bahan baku dan bahan kimia lainnya untuk penelitian. 

-

Untuk  menghasilkan  magnet  bonded  hybrid  dengan  karakteristik  magnet  sekitar   1500  Gauss,  maka  proses  pencampuran  serbuk  Barium  Ferit  nano  partikel  hasil  metode  sol  gel  dan  serbuk  NdFeB  dengan  teknologi  metalurgi  serbuk  sangat  menentukan dan tahap ini adalah merupakan inti dari penelitian. Untuk itu maka akan  divariasikan  komposisi  campuran,  polimer  material  untuk  proses  bonded  yang  digunakan dan variasi waktu dan temperatur hot  press.  

-

Untuk  mengetahui  hasil  kinerja  magnet  yang  dihasilkan,  maka  akan  diuji  cobakan  pada  prototipe  generator  dengan  menggunakan  sebuah  stator  komersil  untuk  generator. 

  1.3.

Tujuan dan Sasaran  

Tujuan :  o Menunjang program pemerintah dalam penyediaan energi alternatif  o Penguasaan teknologi pembuatan magnet permanen bonded hybrid  o Mengembangkan penelitian material magnet permanen di PPET‐LIPI.  Sasaran : 

o Dapat membuat magnet permanen dengan kuat medan di atas 1500 Gauss yang  dapat  diaplikasikan  pada  generator  low  rpm  untuk  menghasilkan  energi  listrik  skala kecil.    1.4.

Kerangka Analitik  

 

Sampel  magnet  yang  dihasilkan  pada  penelitian  ini,  akan  diukur  dimensi  dan 

densitas dengan menghitung dimensi dan volume sample, dianalisa dengan Permagraph  untuk mengetahui sifat magnet seperti ; Induksi Remanen, Br (kG),  Koersifitas, Hc (kOe),  Kuat Medan Maksimum, BHmax (MGOe), dan yang terakhir diujicobakan pada prototype  generator       

1.5.

Hipotesis 

Dari penelitian pembuatan magnet barium ferit bonded hybrid ini akan dihasilkan suatu  magnet permanen yang memiliki karakteristik magnet dengan nilai Br > 2,00 – 4,00 kG, Hc  = 0,1 – 2 kOe, BHmax = 0,1 – 2 MGOe dan densitas 4 ‐5 g cm‐3.     II.

METODOLOGI 

Metodologi  yang  akan  dilakukan  untuk  mencapai  tujuan  penelitian  adalah  sebagai  berikut :  ‐

Studi literatur 

‐

Pengadaaan bahan 

‐

Penyiapan peralatan 

‐

Percobaan pembuatan magnet Barium ferit  

‐

Karakterisasi magnet hasil percobaan 

‐

Pembuatan Sampel magnet.    

2.1.  Studi Literatur  Kegiatan  pada  tahap  ini  adalah  mencari  dan  mengumpulkan  informasi  baik  itu  yang  bersifat  teoritis  maupun  praktis  melalui  buku‐buku,  handbook  dan  internet,  yang  dapat  digunakan sebagai bahan acuan dan referensi dalam penelitian.  2.2. Pengadaan Bahan  Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah :  − Besi Nitrat, Fe(NO3)3.9H2O  − Barium Nitrat, Ba(NO3)2  − Amonium Hidroksida,   NH4OH 25 %  − Polivinyl Alkohol, PVA  − Citric Acid, C6H8O7.H2O  − Pasir Besi  − Barium Carbonat  − Calcium Oxide  − Silicon Oxide  − Serbuk NdFeB MQP dan MQEP  − Alkohol Teknis  − Aquadest 

  2.3. Penyiapan Peralatan  Sebagian  besar  peralatan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  tersedia  di  Laboratorium  magnet  PPET‐LIPI,  hanya  SEM  dan    XRD  masih  ketergantungan  terhadap  instansi lain. Peralatan yang digunakan adalah :  1.

Permagraph : Alat untuk mengkarakterisasi sifat magnet, seperti ; Induksi Remanen,  Br (kG), Kuat Medan maksimum, BHmax (MGOe) dan Koersifitas, Hc (kOe).     

       

            Gambar 3. Permagraph  2.

Mesin  Kompaksi  dan  Solenoida  :  Untuk  proses  kompaksi  serbuk  magnet  barium  sudah ditempatkan di dalam dies dicetak dengan mesin kompaksi dengan tekanan  tertentu.             

                                   

Gambar 4. Mesin Kompaksi  3.

Pengering : Untuk melakukan proses pengeringan pada temperatur 100 dan 200oC.   

                                                          

   

Gambar 5.  Alat pengering    4.

Furnace : Digunakan untuk proses kalsinasi dan  sintering             

 

Gambar 6. Furnace Thermoline (Temp. ± 1700oC)     

5.

Cetakan / Dies : Cetakan untuk membentuk produk magnet yang dihasilkan. 

            Gambar 7. Cetakan / Dies    6.

Power  Supply  /  hotplate  magnetic  stirrer  :  untuk  proses  pelapisan  nikel  pada  permukaan magnet bonded. 

              Gambar 8. Alat Elektroplating    7.

Impuls Magnetiser : Alat untuk menyearahkan momen magnet.                  Gambar 9. Impuls Magnetiser Magnet Physik 

7.  

Gauss Meter :  digunakan untuk mengukur densitas medan magnet                Gambar 10. Gauss Meter     

  2.4. Percobaan   Penentuan Komposisi

     

Metalurgi Serbuk

  Drying/autocombustion

   

Milling

   

Pengeringan & Kalsinasi

     

Serbuk Barium Ferit

NdFeB

                                    Karakterisasi     - Sifat   magnet,densitas                

 

Plastik, Bakelit atau

Mixing/Milling

Kompaksi

Finishing + Coating

Magnetisasi

Gambar 11 Diagram Alir Percobaan

  a.  Proses metalurgi serbuk pembuatan magnet barium ferit  Komposisi  kimia  yang  dipakai  sesuai  dengan  magnet  acuan  dengan  rumus  kimia  ,  BaO.  6Fe2O3 Bahan‐bahan yang digunakan seperti Fe2O3 (dari pasir besi), CaO, SiO2, BaCO3, PVA  dan alkohol sama seperti percobaan terdahulu.  Serbuk  pasir  besi  disiapkan  dengan  waktu  milling  yaitu  25  jam.  Serbuk  pasir  besi  yang  telah  halus,  dicampurkan  dengan    BaCO3,  kemudian  ditimbang  sesuai  komposisinya.  Kemudian dicampur dalam Jar Mill dan digiling selama 6 jam dalam kondisi 40 % padatan 

dan 60 % Alkohol. Hasilnya dikeringkan didalam oven pengering pada temperatur ±100 oC  maksudnya untuk menghilangkan alkohol, kemudian hasil pengeringan yang menggumpal  dihaluskan  kembali dengan mortar agate.  Serbuk  campuran  dikalsinasi  dalam  tungku  muffle  furnace  dengan  laju  pemanasan  10oC/menit  sampai  temperatur  500oC  ditahan  selama  30  menit.  Pemanasan  dilakukan  pada temperatur 1200oC dengan laju pemanasan 10oC/menit dan ditahan selama 3 jam,  kemudian  pemanasan turun sampai 475oC dengan laju 40oC/menit.  Hasil kalsinasi berbentuk gumpalan sehingga perlu digiling kembali dengan menambahkan  zat aditif yaitu CaO 0,75% dan SiO2 0,60% dari berat kalsin. Kemudian digiling selama 16  jam  dengan  kondisi  40%  padatan  dan  60%  alkohol.  Pada  waktu  8  jam  sebelum  berakhirnya penggilingan ditambahkan lagi PVA sebanyak 1,5% dari berat kalsin. Setelah  kering  dihaluskan  kembali  dengan  mortar  agate  atau  digiling  secara  kering  dan  disaring  hingga lolos 400 mesh.    b. Pembuatan Magnet Bonded  Proses  bonded  dilakukan  terhadap  serbuk  NdFeb  type  MQP  16‐7  dengan  menggunakan  polimer  PVC  Epoxy  atau  type  MQEP  16‐7.  Proses  pencampuran  dilakukan  tanpa  milling  dan  proses  kompaksi  dilakukan  dengan  menggunakan  mesin  press  dingin  pada  tekanan  100 kg/cm 2  dan hasilnya dipanaskan pada temperatur 200 oC selama 1 jam.  Untuk  memperkuat  sifat  fisik  magnet,  maka  dilakukan  proses  pelapisan  nikel  pada  magnet  bonded  dengan  variasi  arus  0,3;  0,5;  dan  0,7  A  dan  variasi  waktu  15  menit,  30  menit dan 60 menit, pelapisan dilakukan dengan cara elektroplating.  Proses elektroplating magnet bonded diperlihatkan pada gambar 12.                    Gambar 12. proses elektroplating 

c. Pembuatan Magnet Bonded Hybrid   

Proses hybrid dilakukan dengan cara mencampurkan serbuk magnet barium ferit 

dengan serbuk magnet NdFeB dan dibonded dengan polimer agar mendapatkan magnet  permanen  dengan  sifat  fisik  dan  karakteristik  yang  lebih  baik.  Proses  hybrid  dilakukan  terhadap  serbuk  barium  ferit  dengan  NdFeb  Epoxy  MQEP  16‐7.  Proses  pencampuran  dilakukan  tanpa  milling  dengan  komposisi  50  %  :  50  %  dan  proses  kompaksi  dilakukan  dengan menggunakan mesin press dingin pada tekanan 50 kg/cm2 kemudian disinter pada  temperatur 200 ºC selama 2 x 30 menit.     2.5. Pembuatan Sampel  Sampel  magnet  bonded  lapis  nikel  yang  dibuat  salah  satu  bentuknya  untuk  prototipe  generator adalah dengan dimensi diameter 50mm, tebal  8mm.              Gambar 13. Sampel magnet bonded lapis nikel    III.

HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN 

3.1. Karakterisasi sifat magnet   Karakteristik sifat magnet dari sampel hasil kompaksi bahan pasir besi KS setelah proses  sintering  pada  temperatur  1100  ºC  selama  satu  jam  yang  diukur  dengan  alat  ukur  Permagraph Magnet Physik dapat dilihat pada tabel 1.     

Tabel 1. karakteristik magnet Barium Ferit   Sifat Magnet 

Barium Ferrite 

Br (kG) 

1.79 

HcJ (kOe) 

1.092 

BH max (MGOe) 

0.32 

Density (gr/cm³)   

4.8 

Karakteristik  sifat  magnet  hasil  percobaan  pembuatan  magnet  NdFeB  bonded  sebelum  dan sesudah dilapis nikel  dengan  variasi arus dan waktu dapat dilihat pada tabel 2,3 ,4  dan 5.  Tabel 2. Karakteristik Magnet NdFeB Sebelum Pelapisan Nikel    Sifat Magnet 

NdFeB Bonded 

Br (kG) 

5,28 

HcJ (kOe) 

6,618 

BH max (MGOe) 

4,56 

Density (gr/cm³) 

4,74   

Tabel  3. Karakteristik Magnet NdFeB Bonded Lapis Nikel dengan Variasi Arus,   Waktu  15 menit                       Waktu 15 Menit                         Variasi Arus     I = 0,3 A  I = 0,5 A  I = 0,7 A  Sifat Magnet  Br (kG) 

5,28 

5,16 

5 

Hc(kOe) 

4,813 

5,138 

5,484 

Bhmax (MGOe) 

4,22 

4,19 

3,88 

Density(g/cm3  ) 

5,23 

5,23 

5,20 

           

Tabel  4. Karakteristik Magnet NdFeB Bonded Lapis Nikel dengan Variasi Arus,   Waktu  30 menit    30 Menit    Variasi Arus  I = 0,3 A  I = 0,5 A  I = 0,7 A  Sifat Magnet  Br (kG) 

5,65 

5,23 

5,05 

Hc(kOe) 

4,264 

4,798 

4,843 

Bhmax (MGOe) 

4,42 

3,98 

3,99 

Density(g/cm3  ) 

5,35 

5,27 

5,24 

Tabel  5. Karakteristik Magnet NdFeB Bonded Lapis Nikel dengan Variasi Arus,   Waktu  60 menit         Variasi Arus  I = 0,3 A  Sifat Magnet 

60 Menit  I = 0,5 A 

I = 0,7 A 

Br (kG) 

5,61 

5,21 

5,22 

Hc(kOe) 

4,247 

4,344 

4,580 

Bhmax (MGOe) 

4,35 

3,69 

4 

Density(g/cm3  ) 

5,46 

5,39 

5,25 

  Sifat  magnet  NdFeB  bonded    yang  dilapis  nikel  dengan  arus  0,3  A  selama  60  menit   mempunyai nilai yang lebih baik.   Karakteristik  sifat  magnet  barium  ferit  sebelum  dan  sesudah  hybrid  antara  barium  ferit  dengan NdFeB bonded diperlihatkan pada tabel 6.   Tabel 6. Karakteristik magnet barium ferrite bonded hybrid    Barium Ferrite 

BaFe12O19  NdFeB Epoxy 

Br (kG) 

1.79 

3,00 

HcJ (kOe) 

1.092 

5,412 

BH max (MGOe) 

0.32 

2,72 

Density (g/cm³) 

4.8 

4,68 

 

Karakteristik Bahan 

   

Nilai Br magnet barium ferit bonded hybrid naik sekitar 68% dari nilai magnet barium ferit  murni.    3.2 Aplikasi Magnet pada Prototipe Generator  Prototipe  generator  dibuat  dengan  model  disk  axial  fluks  torsi  ringan  untuk  keperluan  turbin  angin  atau  mikrohidro.  Rancangan  komponen  generator  diperlihatkan  pada  gambar  14  yang  terdiri  dari  magnet  dalam  rotor  (a),  prototipe  generator  (b).  Generator  terdiri  dari  satu  buah  stator  dan  dua  buah  rotor,  masing‐masing  rotor  akan  terdiri  dari  duabelas buah magnet dan stator terdri dari sembilan belitan masing‐masing 100 lilit.             

           

 

 

              (a) penempatan magnet pada rotor 

   

 

                b) generator  

Gambar 14. prototipe generator 

  Tegangan keluaran generator yang dihasilkan mengacu pada persamaan :        E = 4 f fv fw B AW 10‐8 Volt.  Dimana ;    E    = Tegangan yang dihasilkan (volt)    f     =  frekuensi tegangan keluaran    fv    =  konstanta gelombang sinus = 1,1111    fw   =  konstanta belitan 3 phase = 0,96    B   =  Magnet remanen ( gauss)    A   =  Luas penampang magnet (cm2)    W  =  Banyaknya lilitan    Sedangkan frekuensi generator yang dihasilkan mengacu pada persamaan :    n.P     F =   herz  2.60

Dimana ;    f    = frekuensi keluaran (herz)    n   = putaran (rpm)    P   = jumlah kutub magnet    Karakteristik generator yang dihasilkan dapat dilihat pada tabel 5.    Tabel 5. karakteristik prototipe generator      Magnet    Br = 1800 gauss    Jumlah Kutub  12     Jumlah Rotor  2  Belitan   3 phase x 3 x 100 lilit    Rpm  500    frekuensi  50 Hz    Tegangan Tanpa Beban  12,2 Volt    Daya   14,4 Watt      IV. 1.

KESIMPULAN   Magnet  permanen  barium  ferrite  telah  dapat  dihybrid  dengan  magnet  NdFeB  Bonded dengan komposisi 50% : 50% dengan kenaikan 68% Nilai Br. 

2.

Proses pelapisan logam nikel dapat dilakukan pada magnet bonded NdFeB Epoxy 

3.

Magnet  sudah  dapat  diaplikasikan  pada  sebuah  prototipe  generator  dengan  daya  keluaran 14,4 Watt pada 500 rpm. 

  V. 1. 2. 3. 4. 5.

6. 7.

DAFTAR PUSTAKA   www.arnoldmagnetics.com  www.forcefieldmagnet.com  Pujowidodo  H.,  Pengembangan  Generator  Mini  dengan  menggunakan  Magnet  Permanen, Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik UI.  Novrita  Idayanti,  (2009),  Pembuatan  Magnet  Permanen  Bonded  Hybrid  untuk  Aplikaasi Generator Magnet Permanen, Jurnal Sains Materi.  Babu  V.,Padaikathan  P.,  (2002),  Structure  and hard  magnetic  properties  of  barium  hexaferrite  with  and  without  La2O3  prepared  by  ball  milling,  Elsevier,    journal  of  magnetism and magnetic materials,  85‐88.  http://www.mqitechnology.com/motor‐designs.jsp  Gomez P.H., dkk., Effect of sintering conditions on the magnetic disaccomodation in  barium M‐type hexaferrites, Elsevier, journal of magnetism and magnetic materials. 

                   

Pembuatan Sel Surya Berbasis Polimer  Dra. Erlyta Septa Rosa, MT                                         

LEMBAR PENGESAHAN

1. 

Judul Kegiatan Penelitian  

: 

Pembuatan Sel Surya Berbasis Polimer 

2. 

Kegiatan Prioritas 

: 

Energi Baru dan Terbarukan 

3. 

Peneliti Utama 

: 

  

 

Nama   

: 

Dra. Erlyta Septa Rosa, MT 

 

Jenis Kelamin   

: 

Wanita 

4. 

Sifat Penelitian 

: 

Baru (Tahun ke 1) 

5. 

Lama Penelitian 

: 

2 (dua) Tahun 

6. 

Biaya Total 2011 

: 

Rp. 246.675.000,‐ 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bandung, 31 Desember 2012 Disetujui, Ka. Pusat Peneltian Elektronika dan Telekomunikasi - LIPI

Peneliti Utama

Dr. H i s k i a

Dra. Erlyta Septa Rosa,MT

NIP. 19650615 199103 1 006

NIP. 19630915 199203 2 003            

ABSTRAK    Sel  surya  polimer  merupakan  sel  surya  dengan  struktur  bulk  heterojunction  dimana  molekul‐molekul dari dua jenis material polimer yang berfungsi sebagai donor elektron  (tipe‐p) dan akseptor elektron (tipe‐n) dicampur menjadi film bulk sehingga membentuk  heterojunction  diantara  keduanya.  Film  bulk  tersebut  berfungsi  sebagai  active  layer  yang  berkerja  menyerap  cahaya  matahari  dan  membangkitkan  elektron  pada  saat  cahaya matahari mengenai permukaan substrat/kaca.   Ada 4 (empat) jenis sel surya yang akan dibuat pada penelitian ini dengan menggunakan  4 (empat) jenis campuran polimer yang berbeda sebagai active layer. Campuran polimer  yang pertama adalah [poly(2‐methoxy‐5‐(3,7‐dimethyloctyloxy)‐1,4‐phenylene vinylene)]  (MDMO‐PPV)  dan  [6,6  phenyl  C61‐butyric  acid  methyl  ester]  atau  PCBM;  campuran  polimer  kedua  adalah  poly  (3‐hexylthiophene)  P3HT  dan  PCBM;  campuran  polimer  ketiga  adalah  hybrid  MDMO‐PPV  dengan  partikel  nano  seng  oksida  (ZnO);  serta  campuran  polimer  yang  keempat  adalah  hybrid  P3HT  dengan  partikel  nano  ZnO.  Metoda  yang  akan  digunakan  dalam  pembuatan  sel  surya  berbasis  polimer  ini  adalah  lapis tipis (thin film). Pertama‐tama polimer dilapiskan dengan teknik screen printing di  atas permukaan substrat kaca yang sudah dilapisi dengan elektroda transparan Indium  Tin  Oxide  (ITO).  Selanjutnya  di  bagian  bawah  polimer  dilapiskan  elektroda  alumunium  (Al) menggunakan teknik sputtering/evaporasi. Fasilitas peralatan untuk proses tersebut  semua tersedia di Laboratorium BKME PPET – LIPI.     Kata kunci : sel surya, polimer, bulk heterojunction, active layer, ZnO, thin film.    I. 

Pendahuluan 

i.

Latar belakang, ruang lingkup dan batasan kegiatan   Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) merupakan salah satu sumber energi baru 

dan terbarukan yang prospektif untuk dikembangkan di Indonesia. Adapun inti dari PLTS  adalah  sel  surya,  yaitu  divais  yang  mampu  mengubah  cahaya  matahari  menjadi  listrik  secara  langsung.  Sel  surya  generasi  pertama,  yaitu  sel  surya  yang  menggunakan  substrat silikon kristal, saat ini dianggap terlalu mahal dan tidak dapat bersaing dengan  pembangkit  listrik  lainnya  seperti  pembangkit  listrik  tenaga  air  maupun  pembangkit  listrik tenaga uap. Oleh karena itu banyak peneliti mulai mengembangkan sel surya yang  lebih murah dengan menggunakan material non‐silikon, yang disebut sebagai sel surya  generasi kedua dan ketiga1.  Pengembangan  sel  surya  generasi  ketiga  banyak  dilakukan  menggunakan  teknologi  nano,  salah  satunya  adalah  sel  surya  yang  menggunakan  polimer  sebagai 

material  aktifnya.  Sel  surya  berbasis  polimer  ini,  atau  juga  disebut  sebagai  sel  surya  plastik, selain dapat diproduksi dengan biaya proses yang lebih murah, juga mempunyai  keunggulan  lain,  yaitu  lebih  fleksibel  dan  ringan.  Meskipun  demikian  efisiensi  yang  dihasilkan  sekitar  6%,  masih  lebih  rendah  dibandingkan  dengan  sel  surya  silikon,  sehingga masih banyak peluang yang dapat dilakukan untuk mengembangkan sel surya  berbasis polimer ini secara lebih intensif2,3.  Dalam  penelitian  ini  akan  dikembangkan  proses  pembuatan  sel  surya  berbasis  polimer  dengan  metoda  lapis  tipis  (thin  film)  menggunakan  teknik  screen  printing.  Screen  printing  merupakan  teknik  yang  umum  digunakan  dalam  industri  devais  elektronika karena merupakan teknik yang mudah, murah dan dapat diaplikasikan pada  area  yang  luas4.  Dalam  penelitian  ini  akan  digunakan  2  (dua)  jenis  campuran  polimer  yang  berbeda  yaitu  [poly(2‐methoxy‐5‐(3,7‐dimethyloctyloxy)‐1,4‐phenylene  vinylene)]  (MDMO‐PPV)  dan  [6,6  phenyl  C61‐butyric  acid  methyl  ester]  atau  PCBM  dan  poly  (3‐ hexylthiophene) P3HT dan PCBM. Selain itu juga akan dikembangkan pula 2 (dua) jenis  hybrid polimer dengan partikel ZnO, masing‐masing adalah MDMO‐PPV dengan partikel  nano seng oksida (ZnO); dan P3HT dengan partikel ZnO.  Penelitian ini merupakan salah satu bentuk pelaksanaan dari tupoksi dan renstra  Puslit  Elektronika  dan  Telekomunikasi  LIPI  dalam  bidang  pengembangan  bahan  dan  komponen mikroelektronika. Selain itu penelitian ini juga disesuaikan dengan Program  Tematik  LIPI  dalam  bidang  Sumber  Energi  Baru  dan  Terbarukan  maupun  bidang  Material  Maju  dan  Nanoteknologi,  serta  Program  Prioritas  Bappenas  untuk  LIPI  dalam  bidang Material Maju (Advanched Material) dan Nanoteknologi.      ii.

Perumusan Masalah  Dalam proses pembuatan sel surya berbasis polimer hybrid itu permasalahan yang 

akan diteliti dirumuskan sebagai berikut :  •   Bagaimana pengaruh jenis polimer terhadap unjuk kerja sel.  •   Bagaimana pengaruh konsentrasi polimer terhadap unjuk kerja sel. 

•   Bagaimana pengaruh penambahan partikel nano ZnO ke dalam polimer terhadap unjuk  kerja sel.  •   Bagaimana pengaruh tebal lapisan polimer hybrid terhadap unjuk kerja sel.  •   Bagaimana pengaruh proses deposisi alumunium terhadap unjuk kerja sel.    iii.

Tujuan dan Sasaran Penelitian. 

ƒ

Tujuan.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  dapat  berperan  aktif  dalam  pengembangan 

material  maju  (advanched  material)  dan  pengembangan  sumber  energi  baru  dan  terbarukan yang merupakan program prioritas di lingkungan LIPI.  ƒ

Sasaran.  Pengembangan  proses  pembuatan  sel  surya  berbasis  polimer  di  dunia  saat  ini 

statusnya  masih  dalam  tahapan  riset  dasar.  Oleh  karena  itu  sasaran  yang  diharapkan  dapat dicapai adalah mempunyai  kemampuan  dalam menguasai teknologi pembuatan  sel  surya  berbasis  polimer  sehingga  dapat  berkontribusi  dalam  pengembangan  teknologi pembuatan sel surya di dunia.    iv.

Kerangka Analitik  Sel  surya  polimer  merupakan  sel  surya  dengan  struktur  bulk  heterojunction 

dimana molekul‐molekul dari dua jenis material polimer yang berfungsi sebagai donor  elektron  (tipe‐p)  dan  akseptor  elektron  (tipe‐n)  dicampur  menjadi  film  bulk  sehingga  membentuk  heterojunction  diantara  keduanya5.  Film  bulk  tersebut  berfungsi  sebagai  active  layer  yang  berfungsi  menyerap  cahaya  matahari  dan  membangkitkan  elektron  pada saat cahaya matahari mengenai permukaan sel surya. Elektron tersebut kemudian  akan mengalir melewati elektroda alumunium (Al) yang ada dibawahnya dan menuju ke  elektroda  transparan  di  atasnya  menghasilkan  arus  listrik1.  Struktur  sel  surya  polimer  secara umum dapat dilihat pada Gambar‐1 berikut.   

    Top electrode Active layer (100-200 nm)

Bottom electrode on transparent substrate

Gambar‐1. Struktur sel surya polimer6.    Polimer yang dapat digunakan sebagai lapisan aktif (active layer) adalah material  yang kaya dengan donor maupun akseptor elektron, yaitu polimer terkonyugasi, antara  lain  material  turunan  fulleren  dan  thiofen5,7,8  (Gambar  2).  Efisiensi  sel  surya  yang  dihasilkan  bergantung  pada  material  yang  digunakan  dan  proses  penumbuhannya  (deposisi)9. 

  Gambar 2. Struktur material polimer terkonyugasi 10,11. 

  v.

Hipotesis  Polimer  terkonyugasi  seperti  turunan  poly(p‐phenylene  vinylene)  dan 

polythiophene  merupakan  material  yang  mempunyai  bandgap  yang  rendah  (2,0  –  2,2  eV),  penyerapan  tinggi  di  daerah  sinar  tampak  dan  bersifat  stabil8,12.  Turunan  poly(p‐ phenylene vinylene) seperti [6,6]‐phenyl‐C61‐butyric acid methyl ester (PCMB) banyak  digunakan  sebagai  akseptor  elektron,  sedangkan  sebagai  donor  elektron  umumnya  poly(3‐hexylthiophene) atau disingkat dengan P3HT13.  S.E. Shaheen dkk14 memperkenalkan teknik screen printing di dalam fabrikasi sel  surya  bulk  heterojunction.  Material  yang  digunakan  adalah  campuran  polimer  [poly(2‐ methoxy‐5‐(3,7‐dimethyloctyloxy)‐1,4‐phenylene  vinylene)]  atau  MDMO‐PPV  dan  [6,6  phenyl  C61‐butyric  acid  methyl  ester]  atau  PCBM.  Efisiensi  sel  yang  dihasilkan  adalah  sekitar 4,3%. B. Zhang dkk15 juga menggunakan teknik screen printing untuk membuat  sel surya polimer dari campuran PCBM dan [poly (3‐hexylthiophene)] atau P3HT dengan  efisiensi sel 4,23%.  Faktor  yang  mempengaruhi  efisiensi  sel  surya  polimer  adalah  efisiensi  kuantum  internal  atau  penyerapan  foton/cahaya  oleh  material  aktif  menjadi  elektron16.  Penyerapan foton dipengaruhi oleh morfologi permukaan polimer17,18. Oleh karena itu  yang menjadi fokus dalam penelitian ini adalah pengontrolan permukaan polimer, yaitu  dengan  cara  pengaturan  komposisi  campuran  polimer  MDMO‐PPV/  PCBM  dan  P3HT/PCBM, pengaturan tebal polimer serta penambahan partikel ZnO.    II. 

Metodologi.  Kegiatan  ini  seluruhnya  akan  dilakukan  di  laboratorium  Bahan  dan  Komponen 

Mikroelektronika PPET‐LIPI. Untuk kegiatan karakterisasi seperti SEM, XRD, UV‐VIS, dan  kurva I‐V dilakukan di laboratorium di luar PPET‐LIPI antara lain PPGL, ITB, BATAN dan  UGM.  Penelitian  ini  direncanakan  memerlukan  waktu  selama  3  (tiga)  tahun.  Tahun  pertama (2011) telah dilaksanakan pembuatan sel surya polimer MDMO‐PPV dan PCBM  sebagai  active  layer.  Pada  tahun  kedua  ini  sebagai  active  layer  akan  digunakan 

campuran  polimer  P3HT  dan  PCBM.  Selanjutnya  pada  tahun  ketiga  untuk  lebih  meningkatkan  efisiensi  sel  surya  dan  menurunkan  biaya  proses  maka  ke  dalam  campuran polimer akan ditambahkan partikel nano ZnO sehingga membentuk sel surya  hybrid polimer/semikonduktor anorganik. Proses pembuatan sel surya berbasis polimer  terdiri dari beberapa tahapan proses, yaitu :  a.

Proses  litografi  lapisan  ITO  diatas  substrat  kaca/plastik.  Parameter  proses  yang  diamati adalah waktu etsa. 

b. Proses  pelapisan  elektroda  interface  PEDOT:PSS  diatas  substrat  kaca/plastik  yang  telah  dilapisi  ITO  menggunakan  teknik  screen  printing.  Parameter  proses  yang  diamati adalah parameter printing dan temperatur dan waktu pengeringan.  c.

Proses  pelapisan  polimer  di  atas  lapisan  PEDOT:PSS  menggunakan  teknik  spin  coating.  Parameter  proses  yang  diamati  adalah  konsentrasi  polimer,  kecepatan  spin, serta waktu spin, temperatur dan waktu pengeringan. 

d. Proses  pelapisan  Alumunium  di  atas  lapisan  polimer  menggunakan  teknik  evaporasi. Parameter proses yang diamati adalah masing‐masing adalah waktu dan  arus deposisi untuk proses evaporasi.  e.

Kapsulasi  sel.  Kapsulasi  dilakukan  dengan  menutup  permukaan  atas  sel  dengan  kaca /plastik menggunakan sealant sebagai media perekatnya, dilanjutkan dengan  proses  pemanasan  sekalian  proses  annealing.  Parameter  proses  yang  diamati  adalah temperatur dan waktu annealing. 

f.   Karakterisasi I‐V. Karakterisasi dilakukan menggunakan sun simulator pada kondisi  temperatur 25 ºC dan radiasi 60 mW/cm2.  Diagram alir proses pembuatan sel surya berbasis polimer tersebut di atas dapat  dilihat  pada  gambar  3.  Dalam  kegiatan  ini  dilakukan  pembuatan  sel  surya  polimer  masing‐masing di atas substrat kaca dan substrat plastik (PET). Selain itu pada kegiatan  ini  juga  akan  dibuat  array  dari  3  (tiga)  buah  sel  dalam  satu  substrat,  dimana  urutan  prosesnya  sama  seperti  yang  tertera  pada  gambar  3,  akan  tetapi  masker  yang  digunakan berbeda. Gambar 4 memperlihatkan desain array dari 3 (tiga) buah sel dalam  satu substrat tersebut.   

 

 

Substrat Gelas/plastik dilapisi ITO

 

  Litografi ITO

   

Printing PEDOT:PSS

 

Spin coating Polimer

Substrat kaca Sealant

 

Aluminium

POLIMER PEDOT:PSS ITO

Evaporasi Alumunium

 

Substrat kaca

Kapsulasi

 

Struktur sel surya polimer

 

Karakterisasi I-V

    Gambar 3. Diagram alir proses pembuatan sel surya berbasis polimer.   

     

Aluminium

Aluminium

Aluminium

POLIMER

POLIMER

POLIMER

PEDOT:PSS

PEDOT:PSS

PEDOT:PSS

ITO

ITO

ITO

Substrat plastik (PET)/glass

  Gambar 4. Desain array dari 3 (tiga) buah sel polimer dalam satu substrat.     

III. 

Faktor risiko/keberhasilan.  Penelitian  ini  akan  dapat  tercapai  sesuai  dengan  target  yang  diharapkan  karena 

sumber  daya  manusia  yang  tersedia  telah  memiliki  kompetensi  dibidang  fabrikasi  sel  surya  silikon  kristal,  proses  screen  printing  dan  proses  kimia.  Selain  itu  peralatan  pendukung  tersedia  dengan  lengkap  antara  lain  lemari  asam,  screen  printer  dan  conveyor  furnace.  Oleh  karena  itu  penelitian  ini  mempunyai  faktor  keberhasilan  yang  cukup  tinggi.  Faktor  hambatan  yang  mungkin  muncul  adalah  tertundanya  proses  karakterisasi yang dilakukan melalui pihak luar (jasa).    IV. 

Roapmap Hasil Penelitian  Hasil yang diharapkan dari penelitian ini adalah :  ƒ Tahun I (2011) 

:   ‐ 1 buah prototipe sel surya polimer MDMO‐PPV/PCMB 

 

 

ƒ Tahun II (2012) 

:  ‐ 1 buah prototipe sel surya polimer P3HT/PCMB 

 

 

 

 

ƒ Tahun III (2013)   

V. 

 

 

 

‐ publikasi 2 buah 

‐ publikasi 2 buah  :  ‐ 2 buah prototipe sel surya polimer hybrid ZnO  ‐ publikasi 2 buah 

Aspek Strategis  Penelitian  ini  mempunyai  aspek  strategis  di  dalam  penguasaan  pengembangan 

material  maju  dan  teknologi  nano,  khususnya  dalam  proses  pembuatan  sel  surya  generasi  ketiga.  Peluang  untuk  mengembangkan  proses  pembuatan  sel  surya  berbasis  polimer  masih  sangat  terbuka  lebar  karena  efisiensi  yang  dihasilkan  masih  rendah  dibandingkan  dengan  efisiensi  sel  berbasis  silikon.  Oleh  karena  itu  saat  ini  banyak  peneliti dunia sedang giat melakukan penelitian sel surya berbasis polimer.      VI. 

Pelaksana Penelitian dan Institusi Mitra  Penelitian ini akan dilaksanakan di PPET – LIPI. Pelaksana yang akan terlibat dalam 

penelitian ini berjumlah 9 (sembilan) orang dengan peran dan tanggung jawab masing‐ masing adalah sebagai berikut :    KEGIATAN  1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Persiapan bahan  Preparasi peralatan dan masker  Percobaan pelapisan PEDOT  Litografi ITO  Percobaan pelapisan polimer  Percobaan pelapisan kontak Al  Percobaan pembuatan sel surya 

8. Pengukuran kurva I‐V sel surya  9. Analisa dan Evaluasi  10. Pembuatan Laporan dan Publikasi     

PENANGGUNG  JAWAB  Yana T  Jojo  Lilis  Erlyta  Shobih  Lia   Erlyta  A. Wahid  Goib W  Erlyta 

PERSONIL YANG  TERLIBAT  Erlyta, Lisdiani, Toto S  Lia, Benny, Toto S  Erlyta, Shobih  Shobih, Lia, Slamet  Erlyta, A. Wahid, Jojo  Jojo, Lilis  Shobih, A. Wahid, Jojo,  Yana, Lia, Lilis  Shobih, Jojo H, Benny  Erlyta, Shobih, Lia  Shobih, Goib W, Lia 

VII. 

Jadwal Kegiatan. 

  No.  1.  2.  3.  4.  5.  6.  7.  8.  9.  10.   

  Kegiatan dan Penanggung  Jawab  Studi literatur / Erlyta  Pengadaan Bahan / Yana  Preparasi peralatan dan masker  / Jojo  Percobaan litografi ITO/ Erlyta  Proses pelapisan PEDOT:PSS /  Lilis  Percobaan pelapisan polimer  P3HT dan PCBM / Shobih  Proses pelapisan kontak Al / Lia  Percobaan pembuatan sel surya  / Erlyta  Pengukuran kurva I‐V sel surya /  A. Wahid  Analisa dan Evaluasi / Goib W  Laporan dan Publikasi / Erlyta 

3 

4 

5 

6 

Bulan  7  8 

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

9 

10 

11 

12 

  VIII. 

Hasil Penelitian dan Pembahasan.  Sebagaimana  yang  telah  direncanakan  dalam  jadwal  kegiatan,  kegiatan  yang 

dilaksanakan pada tahun 2012 ini, yaitu :    i.

Studi literatur dan pengadaan bahan.  Sebagian  besar  bahan‐bahan  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  merupakan 

bahan  impor  dan  memerlukan  waktu  lebih  dari  2  bulan  dalam  pengadaannya,  seperti  glass  coated  ITO,  PET  coated  ITO,  P3HT,  PCBM,  pasta  PEDOT:PSS,  chlorobenzene,  dan  target  Al.  Berhubung  adanya  pembekuan  sementara  dana  DIPA  2012  akibat  dari  realokasi  anggaran  dari  pemerintah  maka  pemesanan  bahan‐bahan  tersebut  baru  dilaksanakan  pada  bulan  April  2012  dan  sampai  dengan  akhir  Mei  2012  belum  ada  bahan‐bahan  yang  diterima.  Sampai  dengan  Triwulan  I  dan  II  (Juni  2012)  dapat  dikatakan  belum  ada  kegiatan  penelitian  yang  selesai  dilaksanakan,  meskipun  semua  peralatan  proses  seperti  screen  printer,  spinner,  oven  vakum,  lemari  asam,  neraca  analitik, peralatan gelas dan masker dalam kondisi baik dan telah siap untuk digunakan, 

bahkan  alat  evaporator  yang  sebelumnya  dalam  kondisi  tidak  beroperasi  telah  dilakukan  tindakan  perbaikan  oleh  anggota  peneliti  sehingga  telah  dapat  beroperasi  dengan baik.    ii.

Preparasi peralatan dan masker.  Pembuatan desain masker.  ƒ

masker  single  ukuran  2,5  x  2,5  cm2  untuk  pola  ITO,  PEDOT:PSS,  Polimer,  dan  kontak Al. 

ƒ

masker array triple ukuran 7,5 x 2,5 cm2 untuk pola ITO, PEDOT:PSS, Polimer, dan  kontak Al. 

  Hasil desain masker tersebut di atas dapat dilihat pada gambar berikut : 

  ITO

PEDOT:PSS  

Polimer

Kontak Al

  Gambar 5. Pola masker single ukuran 2,5 x 2,5 cm2 

ITO  

PEDOT:PSS  

Polimer  

Kontak Al  

Gambar 6. Pola masker array triple ukuran 7,5 x 2,5 cm2.    Sampai dengan Triwulan I dan II (Juni 2012) dapat dikatakan belum ada kegiatan  penelitian yang selesai dilaksanakan,  meskipun semua peralatan proses seperti screen  printer, spinner, oven vakum, lemari asam, neraca analitik, peralatan gelas dan masker  dalam  kondisi  baik  dan  telah  siap  untuk  digunakan,  bahkan  alat  evaporator  yang  sebelumnya  dalam  kondisi  tidak  beroperasi  telah  dilakukan  tindakan  perbaikan  oleh  anggota peneliti sehingga telah dapat beroperasi dengan baik.    iii.

Percobaan litografi ITO.  Proses  litografi  ITO  bertujuan  untuk  menghapus  sebagian  lapisan  ITO  di  atas 

substrat  sehingga  diperoleh  pola  sebagaimana  yang  diinginkan  seperti  pada  gambar  5  dan  gambar  6  di  atas.  Sebelumnya  substrat  ITO  covered  glass  dan  ITO  covered  PET  dicuci  secara  ultrasonic  masing‐masing  menggunakan  larutan  aceton  dan  dikeringkan  dengan gas N2. Resist positif MA dilapiskan diatas ITO menggunakan teknik spinning dan  dikeringkan  di  dalam  oven  (pre‐bake).  Lapisan  resist  diexpose  dengan  lampu  UV  dan  didevelop sehingga terbentuk pola ITO. Setelah dipanaskan di dalam oven (post‐bake),  selanjutkan  dilakukan  proses  etsa,  yaitu  penghilangan  lapisan  ITO  menggunakan  campuran  larutan  HCl/HNO3/DIH2O  pada  temperatur  60  ºC  selamat  3  menit.  Setelah  lapisan ITO hilang, lapisan resist dihilangkan dengan cara dicelupkan ke dalam aceton.  Gambar 7 memperlihatkan hasil etsa ITO. 

    ITO di atas kaca  

ITO di atas PET 

Gambar 8. Hasil etsa ITO di atas kaca dan PET. 

  iv.

Percobaan pelapisan PEDOT:PSS.  Dalam  penelitian  ini  PEDOT:PSS  digunakan  sebagai  hole  transporter  and  exciton 

blocker, dan mencegah difusi ITO ke dalam polimer active layer. PEDOT:PSS dilapiskan  di  atas  lapisan  ITO  sebagaimana  yang  tercantum  pada  diagaram  alir  proses  pada  Gambar  3.  Substrat  yang  digunakan  adalah  substrat  fleksibel,  yaitu  Poli  Etilen  Terepthalat  (PET),  dimana  dalam  satu  substrat  dibuat  3  (tiga)  buah  sel  surya  polimer  dengan  luas  area  2,6  cm2  yang  terhubung  secara  seri.  Proses  pelapisan  PEDOT:PSS  dilakukan  menggunakan  teknik  screen  printing  dengan  pola  masker  seperti  pada  gambar 9. 

 

  Peralatan screen printing 

screen untuk pelapisan  PEDOT:PSS 

Gambar 9. Peralatan Screen printing dan screen untuk pelapisan PEDOT:PSS.  Sebagai  tahap  awal  dilakukan  proses  printing  suspensi  2.8wt  %  PEDOT:PSS  (dispersion in H2O, low‐conductivity grade) di atas kaca dan PET. Lapisan yang dihaslkan  tidak merata seperti yang terlihat pada gambar 10 dan gambar 11 berikut. Oleh karena  itu ke dalam larutan suspensi PEDOT:PSS ditambahkan surfaktan, hasilnya seperti yang  terlihat pada gambar 12, lebih  merata untuk di  tas permukaan ITO,  akan tetapi  masih  jauh dari yang diharapkan jika di atas etch ITO. Kegiatan ini masih berlanjut yaitu dicoba  dengan  penambahan  binder  dan  menggunakan  PEDOT:PSS  dari  produk  lain.  Karakterisasi lapisan PEDOT:PSS juga belum dilakukan karena menunggu hasil pelapisan  yang terbaik. 

  Gambar 10. Hasil pelapisan suspensi PEDOT:PSS di atas substrat kaca pemanasan 120  ºC.   

 

  pemanasan 80 ºC 

pemanasan 120 ºC 

Gambar 11. Hasil pelapisan PEDOT:PSS di atas substrat PET. 

 

  Di atas ITO pemanasan 80 ºC 

Di atas ecth ITO pemanasan 80 ºC 

  Di atas ITO pemanasan 100 ºC 

Di atas ecth ITO pemanasan 100 ºC 

  Di atas ITO pemanasan 120 ºC 

Di atas ecth ITO pemanasan 120 ºC 

Gambar 12. Hasil pelapisan PEDOT:PSS di atas substrat PET.  Dengan  penambahan  surfaktan  pada  suspensi  2,8%wt  PEDOT:PSS  (aldrich)  hasilnya  masih  belum  memuaskan,  maka  dicoba  untuk  menggunakan  pasta  5%wt  PEDOT:PSS  produk  dari  Orgacon.  Hasilnya  dapat  pada  gambar  12,  sedangkan  hasil  pelapisan PEDOT:PSS di atas substrat kaca dapat dilihat pada gambar 13. Adapun hasil  karakterisasi  lapisan  PEDOT:PSS  di  atas  substrat  PET  menggunakan  sheet  resistance 

measurement  dapat  dilihat  pada  Tabel  1,  sedangkan  hasil  karakterisasi  lapisan  PEDOT:PSS di atas substrat kaca dapat dilihat pada Tabel 2.  

  Gambar 12. Hasil pelapisan pasta PEDOT:PSS (Orgacon) di atas substrat PET.   

  Gambar 13. Hasil pelapisan pasta PEDOT:PSS (Orgacon) di atas substrat kaca.    Tabel 1. Hasil pengukuran sheet resistance lapisan PEDOT:PSS di atas substrat PET. 

       

No. 

Lapisan 

1. 

PEDOT:PSS annealing 100ºC/10 min 

sheet resistance rata‐ rata  kΩ/□  8,309 

2. 

PEDOT:PSS annealing 110ºC/10 min 

7,955 

3. 

PEDOT:PSS annealing 120ºC/10 min 

6,969 

4. 

PEDOT:PSS annealing 130ºC/10 min 

4,643 

5. 

PEDOT:PSS annealing 140ºC/10 min 

6,320 

6. 

PEDOT:PSS annealing 150ºC/10 min 

7,386 

7. 

ITO di atas substrat PET 

0,099 

Tabel 2. Hasil pengukuran sheet resistance lapisan PEDOT:PSS di atas substrat kaca.  No. 

Lapisan 

1. 

PEDOT:PSS annealing 100ºC/10 min 

sheet resistance rata‐rata  kΩ/□  19,43 

2. 

PEDOT:PSS annealing 110ºC/10 min 

19,16 

3. 

PEDOT:PSS annealing 120ºC/10 min 

11,61 

4. 

PEDOT:PSS annealing 130ºC/10 min 

10,40 

5. 

PEDOT:PSS annealing 140ºC/10 min 

10,61 

6. 

PEDOT:PSS annealing 150ºC/10 min 

20,93 

 

ITO di atas substrat kaca 

0,061 

  Dari tabel 1 dan tabel 2 dapat dilihat bahwa annealing pada 130ºC selama10 min  menghasilkan lapisan PEDOT:PSS dengan sheet resistivity terendah.    v.

Percobaan pelapisan polimer P3HT dan PCBM.  Sebagaimana  yang  tercantum  pada  diagaram  alir  proses  pada  Gambar  3, 

pelapisan polimer campuran polimer P3HT dan PCBM dilakukan setelah substrat dilapisi  dengan  PEDOT:PSS.  Konsentrasi  larutan  campuran  polimer  adalah  1  %  berat  dalam  klorobensen,  dengan  perbandingan  antara  P3HT  dan  PCBM  1  banding  1.  Proses  pelapisan  campuran  polimer  tidak  dapat  dilakukan  dengan  teknik  screen  printing  karena  larutan  polimer  yang  dihasilkan  terlalu  encer.  Oleh  karena  itu  pelapisan  campuran  polimer  dilakukan  dengan  teknik  spin  coating  sebagaimana  yang  terlihat  pada gambar 14. Pengamatan morfologi permukaan lapisan polimer di atas kaca pada  berbagai  temperatur  post  annealing  dan  hasil  pengukuran  UV‐VIS  dapat  dilihat  pada  gambar 15 dan gambar 16.   

  PET 

  kaca 

  Spin coating  Gambar  14.  Alat  spin  coating  dan  hasil  pelapisan  campuran  polimer  P3HT  dan  PCBM  di  atas  substratPET  dan  substrat  kaca  dengan  teknik  spin  coating. 

Post annealing 100 ºC 

 

  Post annealing 120 ºC 

Post annealing 150 ºC 

  Gambar 15. Foto morfologi permukaan lapisan polimer di atas kaca pada berbagai  temperatur post annealing.     

  Gambar 16. Hasil pengukuran UV‐VIS lapisan polimer di atas kaca.   

Dari gambar 15 dan gambar 16 dapat diamati bahwa post annealing pada 150 ºC  menghasilkan  permukaan  lapisan  yang  lebih  merata  dan  mempunyai  transmisi  yang  terendah atau absorbsi (penyerapan) cahaya tertinggi.    vi.

Percobaan pelapisan kontak Al.  Pelapisan  kontak  Al  dilakukan  dengan  alat  evaporator.  Gambar  17 

memperlihatkan  foto  alat  evaporator  dan  hasil  pelapisan  Alumunium  di  atas  substrat  plastik.  Pengukuran  tebal  lapisan  Al  tidak  dapat  dilakukan  dikarenakan  alat  thickness  monitor pada evaporator tidak bekerja sebagaimana mestinya.     

    Hasil  evaporator  Alumunium  di  atas  substrat PET. 

  Hasil evaporator Alumunium di atas  substrat kaca  Alat evaporator  Gambar 17. Foto alat evaporator dan hasil pelapisan alumunium di atas substrat  PET dan kaca.   

  vii.

Percobaan pembuatan sel surya polimer.  Percobaan  pembuatan  sel  surya  polimer  dilakukan  melalui  proses  sebagaimana 

yang  tercantum  pada  diagaram  alir  proses  pada  Gambar  3.  Pembuatan  sel  surya  polimer P3HT dan PCBM ini dilakukan di atas substrat kaca. Foto dari sel surya polimer  dengan  substrat  kaca  dapat  dilihat  pada  gambar  18.  Selain  dilakukan  pembuatan  sel  surya  polimer  di  atas  substrat  PET  dengan  struktur  tunggal  dan  struktur  array  yang  terdiri  dari  3  (tiga)  buah  sel  tunggal  yang  dirangkai  secara  seri.  Foto  dari  sel  surya  polimer dengan substrat PET dapat dilihat pula pada gambar 15. 

 

  Substrat kaca 

Substrat PET tunggal 

  Substrat PET array terdiri dari 3 (tiga) buah sel tunggal 

Gambar 18. Foto prototipe sel surya polimer P3HT dan PCBM di atas substrat kaca dan  substrat PET.    viii. Pengukuran kurva I‐V sel surya polimer.  Pengukuran  kurva  I‐V  dilakukan  dengan  menggunakan  peralatan  sun  simulator  lampu  xenon  pada  radiasi  600  W/m2  dan  temperatur  25  ºC.  Gambar  peralatan  pengukuran  kurva  I‐V  dapat  dilihat  pada  Gambar  19,  sedangkan  hasil  pengukuran  karakteristik I‐V sel surya polimer dengan substrat kaca dan substrat PET masing‐masing  dapat dilihat pada Gambar 20, tabel 3, dan gambar 21.  Sel surya polimer dengan substrat kaca mempunyai tegangan sirkit terbuka, arus  hubung  singkat,  daya,  fill  faktor,  dan  efisiensi  sebesar  0.510  V;  56,5  mA;  8,66  mW;  0.301; dan 0.0028% untuk sel yang diannealing pada temperatur 120 ºC, sedangkan sel  yang  diannealing  pada  temperatur  150  ºC  mempunyai  tegangan  sirkit  terbuka,  arus  hubung  singkat,  daya,  fill  faktor,  dan  efisiensi  sebesar  0.551  V;  49,8  mA;  9,39  mW;  0,343; dan 0.0031%. Efisiensi yang dihasilkan oleh sel yang diannealing pada temperatur  120 ºC maupun yang diannealing pada temperatur 150 ºC hampir sebanding, meskipun  demikian sel yang diannealing pada temperatur 150 ºC mempunyai karakteristik listrik  yang  lebih  baik,  sedangkan  sel  yang  diannealing  pada  temperatur  100  ºC  tidak  menghasilkan  karakteristik  listrik  karena  “short”.  Demikian  pula  dengan  sel  surya  polimer dengan substrat PET, karakteristik listrik tidak terukur.   

  Gambar 19. Foto alat pengukuran Kurva I‐V sel surya polimer.   

  Gambar 20. Kurva I‐V sel surya polimer P3HT dan PCBM di atas substrat kaca.   

  Gambar 21. Kurva I‐V sel surya polimer P3HT dan PCBM di atas substrat PET.   

Tabel 3. Hasil karakterisasi listrik sel surya polimer di atas substrat kaca.  Karakteristik listrik 

annealing   annealing  annealing  100 ºC 

Tegangan sirkit terbuka Voc 

Tidak 

(V) 

terukur 

Arus hubung singkat Isc (mA) 

(short) 

Daya maksimum Pm (mWatt)  Fill faktor FF  Efisiensi ɳ (%) 

120 ºC 

150 ºC 

0.510 

0,551 

0.057 

0.050 

0.087 

0.094 

0.301 

0.343 

0.0028 

0.0031 

  ix.

Karakterisasi IPCE  sel surya polimer.  Hasil karakterisasi IPCE (incident photon‐to‐current conversion) sel surya polimer 

masing‐masing  di  atas  substrat  PET  dan  kaca  dapat  dilihat  pada  gambar  22.  Dari  hasil  tersebut dapat diamati bahwa kurva quantum efficiency sel surya dengan substrat PET  sebanding dengan substrat kaca. Quantum efficiency sel dengan substrat plastik sedikit  lebih tinggi dibanding dengan substrat kaca pada panjang gelombang antara 300 – 400  nm (biru).   

  Gambar 22. Hasil karakterisasi IPCE sel surya polimer masing‐masing di atas substrat  PET dan kaca.     

i.

Output :  ƒ Publikasi : 

1. “Optical  and  Electrical  Properties  of  Conductive  Polymer  PEDOT:PSS  Layer”,  Seminar Kimia Dalam Pembangunan ,Jasakiai, Yogyakarta 6 September 2012. 

2. “Polymer Solar Cells: Effects of Annealing Treatment and Polymer Blends on I‐V  Characteristics”,  Internatioal  Conference  on  Chemical  Engineering,  UNDIP,  Semarang 11‐12 September 2012. (Telah direview dan akan diterbitkan di jurnal  “REAKTOR”, akreditasi DIKTI). 

3. “Fabrication  of  Polymer  Solar  Cells on  Flexible Substrate”, Joint  Seminar  IMEN‐ LIPI, IMEN UKM, Kualalumpur 20 September 2012. 

4. “Fabrication  of  Bulk  Heterojunction  Polymer  Solar  Cells”,  telah  disubmitt  di  Jurnal Teknologi Indonesia, IPT‐LIPI. 

5. “Sel  Surya  Polimer  Berbasis  P3HT/PCBM”,  Seminar  Nasional  Ilmu  Pengetahuan  Teknik LIPI, Bandung, 28‐29 November 2012.  Publikasi :  ƒ Prototipe :  1 buah sel surya polimer berbasis P3HT/PCBM ukuran 2,5 x 2,5 cm2 dengan tegangan  sirkit  terbuka,  arus  hubung  singkat,  daya  maksimum,  fill  faktor,  dan  efisiensi  masing‐ masing sebesar 0,641 V; 55,20 mA; 9,57 mW; 0,343; dan 0.042%.      IX. 

Kesimpulan dan Saran.  Sampai  dengan  Tahap  II  ini  seluruh  kegiatan  telah  dilaksanakan  sesuai  jadwal, 

meskipun hasilnya masih belum optimal. Hasil dari penelitian tahun ini adalah prototipe  sel  surya  polimer  P3HT/PCBM  tegangan  sirkit  terbuka,  arus  hubung  singkat,  daya  maksimum,  fill  faktor,  dan  efisiensi  masing‐masing  sebesar  0,641  V;  55,20  mA;  9,57  mW;  0,343;  dan  0.042%.  Hasil  tersebut  masih  jauh  dari  yang  diharapkan,  terutama  dengan rendahnya arus dan efisiensi, sehingga masih diperlukan optimasi dalam proses  pembuatan  sel  surya  polimer  ini.  Karena  keterbatasan  waktu,  optimasi  tidak  dapat  dilaksanakan secara maksimal. Keterbatasan waktu terjadi berhubung pelaksanaan dan  pengelolaan  proyek  baru  mulai  berjalan  pada  awal  April  2012  akibat  adanya  proses 

pembekuan  sementara  dan  realokasi  anggaran  dana  DIPA  2012,  sehingga  pengadaan  bahan‐bahan  yang  sebagian  besar  merupakan  bahan  impor  dan  memerlukan  waktu  lebih dari 2 bulan dalam pengadaannya, baru dilaksanakan pada bulan Juni 2012. Selain  itu  adanya  penghapusan  dana  lain‐lain  menghambat  proses  karakterisasi  dan  keikutsertaan dalam seminar.      Daftar Pustaka :    1. M.  Priaulx,  “Solar  Cells  and  Nanotechnology”,  http://tahan.com/charlie/nanosociety/course201/  2. Frost and Sullivan, “Plastic solar cells”, Advanched Manufacturing Technology, 15 Juli  2007.  3. S. Bush, “Efficiency of spray‐on polymer solar cell hits 6%”, electronics weekly.com, 3  March 2009.  4. J.K.J.  van  Duren,  A.  Dhanabalan,  P.A.  van  Hal,  dan  R.A.J.  Janssen,  “Low‐bandgap  polymer photovoltaic cells”, Synthetic Metals, 121 (2001) 1587‐1588.  5. Y. Kim, S.A. Choulis, J. Nelson, dan D.D.C. Bradley, “Composition and annealing effects  in  polythiophene/fullerene  solar  cells”,  Journal  of  Material  Science,  40  (2005)  1371‐ 1376.  6. T. Aernouts, P. Valaeke, W. Geens, J. Poortmans, P. Heremans, S. Borghs, R. Mertens,  Ronn  Andriessen,  dan  Luc  Leenders,  “Printable  anodes  for  flexible  organic  solar  cell  modules”, Thin Solid Films, 451‐452 (2004) 22‐25.  7. Kumar, G. Li, Z. Hong, dan Y. Yang, “High efficiency polymer solar cells with vertically  modulated nanoscale morphology”, Nanotechnology, 20 (2009) 5202‐5205.  8. J.K.J.  van  Duren,  A.  Dhanabalan,  P.A.  van  Hal,  dan  R.A.J.  Janssen,  “Low‐bandgap  polymer photovoltaic cells”, Synthetic Metals, 121 (2001) 1587‐1588.  9. G.  Li,  V.  Shrotriya,  J.  Huang,  Y.  Yaou,  T.  Moriarty,  K.  Emery,  dan  Y.  Yang,  “High‐ efficiency  solution  processable  polymer  photovoltaics  cells  by  self‐organization  polymer blends”, Nature Materials, 4 (2005) 864‐868.   10. Wanzhu  Cai,  Xiong  Gong,  and  Yong  Cao  (2010),  “Polymer  solar  cells:  Recent  development and possible routes for improvement in the performance”, Solar Energy  Materials & Solar Cells, 94(2): 114‐127.  11. Attila  J.  Mozer  and  Niyazi  S.  Sariciftci  (2006),  “Conjugated  polymer  photovoltaic  devices and materials, C. R. Chimie, 9: 568–577.  12. R.  Valaski,  C.D.  Canestraro,  L.  Micaroni,  R.M.Q.  Mello,  dan  L.S.  Roman,  “Organic  photovoltaic  devices  based  on  polythiophene  films  electrodeposited  on  FTO  substrates”, Solar Energy Material and Solar Cells, 91 (2007)684‐688.  13. Ankit Kumar, Gang Li, Ziruo Hong, dan Yang Yang, “High efficiency polymer solar cells  with  vertical  modulated  nanoscale morphology”,  Nanotechnology,  20  (2009)  165202‐ 165206. 

14. S.E.  Shaheen,  R.  Radspinner,  dan  N.  Peyghambarian,  “Fabrication  of  bulk 

15. 16. 17.

18.

                                                                 

heterojunction plastic solar cells by screen printing”, Appl. Phys. Lett, 70 (2001) 2996‐ 2998.  B.  Zhang,  H.  Chae,  dan  S.M.  Cho,  “Screen‐Printed  Polymer:Fullerene  Bulk‐ Heterojunction Solar Cells”, Japanese Journal of Applied Physics, 48 (2009) 020208 1‐3.  Y.  Kim,  S.  Choulis,  J.  Nelson,  D.D.C.  Bradley,  “Composition  and  annealing  effects  in  polythiophene/fullerene solar cells”, Journal of Materials Science, 40 (2005) 1171‐1376.  H. Hoppe, T. Glatzel, M. Niggemann, W. Schwinger, F. Schaeffler, A. Hinsch  M. Ch. Lux‐ Steiner, N.S. Sariciftci, “Efficiency limiting morphological factors of MDMO‐PPV:PCBM  plastic solar cells”, Thin Solid Films, 511 – 512 (2006) 587 – 592.  B. Schmidt‐Hansberg, H. Do, A. Colsmann, U. Lemmer, dan W. Schabel, “Drying of thin  film polymer solar cells”, Eur. Phys. J. Special Topics, 166 (2009) 49‐53. 

                   

Perancangan Battery Control Unit (Bcu)   Pada Modul Panel Surya 50‐500 Wp   Iqbal Syamsu, M.T.                                 

LEMBAR  PENGESAHAN    1.  Judul Kegiatan Penelitian  

: 

Perancangan Battery Control Unit (BCU)  pada Modul Panel Surya 50‐500 Wp 

2.  Kegiatan Prioritas 

: 

Energi Baru dan Terbarukan 

3.  Peneliti Utama 

: 

  

  Nama   

: 

Iqbal Syamsu, M.T. 

  Jenis Kelamin   

: 

Pria 

4.  Sifat Penelitian 

: 

LANJUTAN (Tahun ke‐2) 

5.  Lama Penelitian 

: 

2 (dua) Tahun 

6.  Biaya Total 2012 

: 

Rp. 264.580.000,‐ 

   

 

 

   

 

   

Bandung, 31 Desember 2012  Disetujui,  Ka. Pusat Peneltian Elektronika  dan Telekomunikasi ‐ LIPI            Dr. H i s k i a          NIP. 19650615 199103 1 006        

 

Peneliti Utama                Iqbal Syamsu, M.T.       .  NIP. 19731119 199403 1 001 

ABSTRAK  Pemanfaatan    energi  surya  sebagai  energi  alternatif  masih  kurang  optimal  padahal  potensi pemanfaatannya cukup besar yaitu 9,1489 TWh/hari. Penerapan energi alternatif  ini terbentur pada masalah klasik yaitu besarnya biaya yang diperlukan. Salah satu faktor  yang  mempengaruhi  adalah  mahalnya  Battery  Control  Unit  (BCU)  yang  terdapat  pada  sistem  energi  surya.  Untuk  mengatasi  masalah  tersebut,  maka  dibuat  BCU  yang  cukup  ekonomis, memiliki fitur monitoring kondisi battery, inverter DC to AC dan modul untuk  mendapatkan  daya  optimal.  BCU  yang  dibuat  ini  memiliki  beberapa  keunggulan  dibandingkan dengan BCU yang sudah ada di pasaran yaitu terintegrasinya modul inverter  DC to AC  dan menggunakan teknologi MPPT (Maximum Power Point Tracking).    Kata kunci :  battery storage and control, inverter, battery monitor, mppt, daya optimal.    I. PENDAHULUAN  1.1 Latar Belakang Masalah  Di  dalam  Kongres  Ilmu  Pengetahuan  Nasional  (Kipnas)  IX  tahun  2007  masalah  Energi,  air  bersih  dan  pangan  merupakan  hal  yang  sangat  mendesak  untuk  dijaga  kesinambungannya  terkait  dengan  masalah  kemakmuran  suatu  bangsa.  Pada  kenyataannya kebutuhan energi Indonesia masih sangat tergantung pada energi fosil  sehingga pada akhir‐akhir ini di Indonesia terjadi krisis energi ditandai dengan adanya  pemadaman listrik secara bergilir oleh PLN. Dewasa ini telah dikembangkan beberapa  energi alternatif diantaranya energi surya, tenaga hydro, biomassa, energi angina dan  geothermal. Dari beberapa energi alternatif di atas energi surya memiliki potensi yang  signifikan  yaitu  sebesar  9,1489  TWh/hari.  Namun  sangat  disayangkan  pemanfaatan  energi surya belum dimanfaatkan secara optimal.    

Pada  aplikasinya  pemanfaatan  energi  surya  terbentur  pada  masalah  klasik  yaitu 

besarnya  biaya  yang  diperlukan.  Salah  satu  modul  yang  banyak  digunakan  adalah  modul  energi  surya  50  Wp  karena  modul  ini  dapat  digunakan  untuk  memenuhi  kebutuhan  listrik  rumah  tangga  yang  berkisar  200  Watt  Jam/hari.  Namun  salah  satu  faktor  yang  mempengaruhi  pembangunan  energi  surya  50  Wp  adalah  mahalnya  Battery  Control  Unit  (BCU).  Untuk  menghemat  biaya  pemasangan  energi  surya  biasanya  BCU  tidak  dipasang  padahal  BCU  digunakan  sebagai  alat  untuk  mengatur  penyimpanan  energi  listrik  keluaran  dari  energi  surya  ke  baterai  dan  interface  ke 

74

beban.  Agar  penerapan  energi  surya  bisa  menekan  besarnya  anggaran  biaya  dan  dapat  dioptimalkan  khususnya  di  daerah‐daerah  terpencil  yang  belum  mendapatkan  pasokan listrik, maka dalam kegiatan ini telah dibuat sistem Battery Control Unit yang  memiliki fitur dapat memonitor keadaan baterai, inverter DC to AC dan menggunakan  teknologi MPPT.     1.2 Perumusan Masalah  Permasalahan  dalam  kegiatan  ini  dapat  dirumuskan  dalam  dua  bagian,  yaitu  kegiatan perencanaan,pembuatan dan pengujian alat:  a) Perencanaan dan Perancangan  Dalam  perencanaan  dan  perancangan  dilakukan  studi  untuk  membuat  BCU  yang  terdiri  dari  modul  monitoring  baterai  menggunakan  sensor  arus,  tegangan  dan  temperatur  pada  saat  proses  charge  dan  discharge  baterai.  Langkah  berikutnya  membuat  inverter  DC  to  AC  dengan  input  12‐24  VDC  dan  ouput  220  VAC  (setara  tegangan  jala‐jala  PLN).  Tahap  berikutnya  yaitu  membuat  modul  MPPT  sehingga  output yang dihasilkan lebih optimal.  b) Pembuatan dan Pengujian Alat  Dilakukan  pengadaan  komponen,  bahan  elektronik  dan  mekanik.  Perakitan‐ perakitan  modul  monitoring  baterai,  inverter  DC  to  AC,  modul  MPPT,  rangkaian  interface ke mikrokontroler berikut kelengkapannya.   Supaya sistem dapat berfungsi secara optimal perlu pengukuran secara teliti dengan  alat‐alat yang memadai.    1.3 Tujuan dan Sasaran  Tujuan  Umum  :  Membuat  Battery  Control  Unit  yang  mempunyai  nilai  ekonomis  dengan  fungsi yang optimal dalam menunjang pemanfaatan energi surya.   

75

Khusus:  Membuat  Battery  Control  Unit  (BCU)  yang  memiliki  fitur  monitoring  battery secara real time, inverter DC to AC dan modul MPPT.  Sasaran  1. Tersedianya BCU  yang relatif murah.  2. Output  listrik  yang  dihasilkan  dapat  dioptimalkan  dengan  menggunakan  teknologi MPPT.    1.4 Kerangka Analitik  Pemanfaatan  energi  panel  surya  yang  umum  digunakan  adalah  menggunakan  rangkaian  pengatur  yang  statis.  Tegangan  panel  surya  diturunkan  sedemikian  rupa  untuk menyesuaikan dengan tegangan baterai. Hal ini akan berakibat adanya rugi‐rugi  daya  dari  panel  surya  menuju  baterai  atau  beban.  Bila  tegangan  panel  surya  turun  kurang  dari  tegangan  kerja  baterai,  maka  praktis  tidak  terjadi  proses  pengisian.  Tentunya  hal  ini  merugikan  karena  sebetulnya  masih  terdapat  energi  yang  dapat  dimanfaatkan walaupun jumlahnya kecil.  Sistem battery control unit berfungsi memaksimalkan energi yang dihasilkan oleh  panel  surya.  Pada  saat  matahari  sedang  dalam  kondisi  puncak  energi  akan  dimanfaatkan  sepenuhnya  dan  sebaliknya  pada  saat  matahari  menghasilkan  energi  yang minim maka battery control unit tetap akan memanfaatkan sebaik mungkin.    1.5 Hipotesis  Energi surya dapat dimanfaatkan secara maksimal apabila ada sistem yang mampu  mengatur penggunaan energi yang dihasilkan. Saat panel surya  mendapatkan energi  matahari, daya yang dihasilkan dapat langsung digunakan untuk pemakaian sekaligus  disimpan  ke  baterai.  Pada  saat  panel  surya  tidak  mendapatkan  energi  matahari,  baterai  akan  mengambil  alih  peran  dalam  memasok  energi.  Energi  yang  berasal  langsung  dari  panel  surya  maupun  energi  yang  berasal  dari  baterai  inilah  yang  kemudian  diatur  oleh  sistem  battery  control  unit.  Semakin  tinggi  efisiensi  battery 

76

control  unit  akan  semakin  efisien  transfer  energi  ke  beban,  dimana  nantinya  berpengaruh kepada pemakaian energi listrik secara keseluruhan.     II. PROSEDUR DAN METODOLOGI  Untuk  merealisasikan  sebuah  battery  control  unit  pada  penelitian  ini  dilakukan  tahapan‐tahapan yang meliputi kajian teoritis, literatur / pustaka, perancangan, pengujian  dan perbaikan serta pengukuran.      Adapun  konsep  dari  aplikasi  pemanfaatan  energi surya  dapat  dilihat  pada  Gambar  1  berikut. 

  Gambar 1. Sistem energi surya 

  Keterangan :  1. Panel surya  2. Battery Control Unit (BCU)  3. Battery  4. Jaringan setara PLN  5. Beban  Dari gambar di atas peran BCU sangat penting dalam modul energi surya. Tanpa adanya  BCU energi yang dihasilkan tidak bisa disimpan dalam baterai. Jika BCU tidak digunakan, 

77

maka langsung dipasang inverter DC to AC. Adapun sistem BCU yang dibuat dapat dilihat  dalam Gambar 2. 

Switch 2

Panel Surya

Modul Sun Tracer

Baterai

Switch 1 Mikrokontroller

Interface

Sensor Tegangan, Arus, Temperatur

DC to AC Converter

220 Vac (sistem PLN)

DISPLAY (LCD)

CONTROL (KEYPAD)

I/O, RS-232/485

©2011 PPET-LIPI. Revisi 0

 

Gambar 2. Blok Diagram Battery Control Unit (BCU) 

  Pada Gambar 2 dapat dijelaskan bagian tiap blok sebagai berikut :  1. Mikrokontroler ; sebagai kendali utama pada sistem BCU yang mengolah data  dan mengirimkan data dari ke modul sun tracer, menampilkan data baterai ke  LCD, membaca data baterai (arus, tegangan, temperatur).  2. Interface;  mengolah  sinyal  output  sensor  supaya  bisa  dibaca  oleh  mikrokontroler.  3. Perangkat sensor; membaca data baterai selama proses charge dan discharge  4. Modul  sun  tracer dan  MPPT;  menentukan  lokasi  dari  panel  surya  agar  menangkap sinar matahari yang optimal dan memaksimalkan daya output.  5. Inverter DC to AC; mengubah tegangan 12~24 VDC ke tegangan 220 VAC.  6. Switch  1 :  mengatur  input  dari  inverter  DC  to  AC.  Jika  siang  hari  sumber  dari  panel surya dan jika malam hari sumber dari baterai.  7.

Switch 2 : pada saat proses charging maka switch 1 akan on. 

78

Sebelum  dilakukan  pembuatan  Battery  Control  Unit  (BCU)  seperti  gambar  2  di  atas,  beberapa tahapan, sasaran, luaran dan metoda yang dilakukan adalah seperti dijelaskan  pada tabel 1 berikut:  

79

  Tabel 1. Tahapan, Sasaran, Luaran, dan Metodologi   

 

 

 

 

NO. 

TAHAPAN 

SASARAN 

LUARAN 

METODOLOGI 

  1  Perencanaan 

Diperoleh  literatur  tentang  karakteristik  Prototype BCU 50 Watt 

dan 

dari  komponen  yang  diinginkan  dan 

perancangan 

rangkaian yang akan digunakan 

Browsing internet 

Publikasi Ilmiah 1 paper 

alat  2  Pembuatan dan  pengujian alat 

Mendapatkan  komponen‐komponen  yang  Prototype BCU 50‐500 W 

Melakukan simulasi rangkaian, Pemasangan komponen 

diperlukan dalam pembuatan sistem 

sesuai dengan rangkaian, melakukan pengujian akhir 

Publikasi ilmiah 1 paper 

79

  III. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN    III.1 Uraian Teknis Kegiatan  Laporan  ini  memuat  kegiatan  penelitian  tentang  pemanfaatan  energi  surya  sebagai  energi  alternatif  yang  hingga  saat  ini  masih  dirasa  kurang  optimal,  padahal  potensi  pemanfaatannya  cukup  besar.  Hal  ini  dikarenakan  untuk  membangun  sistem  pembangkit listrik yang bersumber dari matahari masih adanya kendala yaitu besarnya  biaya  yang  diperlukan.  Salah  satu  faktor  yang  mempengaruhi  tersebut  adalah  masih  cukup  mahalnya  Battery  Control  Unit  yang  merupakan  bagian  penting  dari  sistem  pembangkit  listrik  tenaga  surya  (PLTS).  Meskipun  di  pasaran  banyak  dijumpai  sistem  BCU,  namun  kulitasnya  masih  kurang  baik  atau  untuk  keperluan  daya  rendah.  Untuk  mengatasi masalah tersebut, maka pada penelitian ini telah dikembangkan sistem BCU  yang  mempunyai  nilai  ekonomis  yang  tinggi,  memiliki  fitur  monitoring  kondisi  battery,  inverter  DC  to  AC  dan  modul  daya  optimal.  BCU  yang  dibuat  ini  memiliki  beberapa  keunggulan  dibandingkan  dengan  BCU  yang  sudah  ada  yaitu  terintegrasinya  modul  Inverter  DC  to  AC,  Battery  Storage  and  Control,  dan  Maximum  Power  Point  Tracking  (MPPT).   Keberadaan  sistem  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya  (PLTS)  dirasakan  masih  kurang bila mengingat tingginya kebutuhan listrik pada saat ini. Salah satu faktor yang  mempengaruhi pembangunan energi surya adalah mahalnya Battery Control Unit (BCU).  Untuk menghemat biaya pemasangan energi surya biasanya BCU tidak dipasang padahal  BCU digunakan sebagai alat untuk mengatur penyimpanan energi listrik yang dihasilkan  sel  surya  pada  baterai  disamping  juga  berfungsi  sebagai  antar  muka  ke  beban.  Agar  penerapan energi surya bisa menekan besarnya anggaran biaya dan dapat dioptimalkan  khususnya  di  daerah‐daerah  terpencil  yang  belum  mendapatkan  pasokan  listrik,  maka  dalam  kegiatan  ini  dilakukan  untuk  membuat  sistem  BCU  yang  memiliki  aplikasi  monitoring  keadaan  baterai,  inverter  DC  to  AC  dan  modul  MPPT.  BCU  yang  dihasilkan 

106

memiliki harga yang relatif rendah sehingga pemanfaatan energi surya dapat dilakukan  secara optimal.        III.2 Perancangan Sistem  Baterai  merupakan  perangkat  yang  digunakan  untuk  menyimpan  energi  listrik  dan  merupakan  salah  satu  komponen  penting  pada  PLTS.  Perangkat  ini  berfungsi  agar  PLTS dapat bekerja dengan stabil pada berbagai kondisi cuaca dan saat malam hari.  Pada  pemakaian  normal,  baterai  digunakan  pada  saat  malam  hari  atau  saat  cuaca dimana sinar matahari kurang. Bila terjadi kondisi beban yang berlebih pada siang  hari, baterai dapat digunakan untuk menambah daya yang dihasilkan panel surya agar  memenuhi permintaan beban.  Perancangan  sistem  secara  keseluruhan  dapat  dilihat  pada  Gambar  2.  Mikrokontroler berfungsi sebagai kendali utama pada sistem BCU yang mengolah data  dan mengirimkan data dari ke modul sun tracer, menampilkan data baterai ke LCD, dan  membaca  data  baterai  (arus,  tegangan,  temperatur).  Kemudian  interface  akan  mengolah  sinyal  output  sensor  supaya  bisa  dibaca  oleh  mikrokontroler.  Perangkat  sensor    membaca  data  baterai  selama  proses  charging  dan  discharging.  Modul  MPPT  dan  sun  tracer  kemudian  menentukan  lokasi  dari  panel  surya  agar  menangkap  sinar  matahari  yang  optimal  dan  memaksimalkan  daya  output.  Selanjutnya  DC  to  AC  converter (inverter) akan mengubah tegangan searah dari baterai ke tegangan jala‐jala.  Secara  garis  besar,  pelaksanaan  perancangan  sistem  BCU  diprioritaskan  mulai  dari  perangkat  bagian  charger  atau  pengisi  baterai,    perancangan  mppt,  perancangan  inverter dan monitoring sistem. Pada tahun pertama penelitian difokuskan pada bagian  charger  dengan  menggunakan  MPPT  dan  pada  tahun  kedua  merambah  ke  bagian  inverter. 

107

Apabila  panel  surya  beroperasi  pada  titik  Maximum  Power  Point  (MPP),  makan  daya  maksimal  dapat  dihasilkan  dari  panel.  Pengoperasian  panel  surya  di  luar  titik  tersebut  akan mengurangi pemanfaatan daya yang tersedia sekaligus akan mengurangi efisiensi  daya.  Pelacakan  titik  MPP  pada  tegangan/arus  panel  surya  disebut  dengan  Maximum  Power Point Tracking.  Dalam  tahapan  ini  kegiatan  dititikberatkan  pada  metoda  pengisian  baterai  dari  panel  surya  dengan  menggunakan  kontrol  charger  yang  menggunakan  MPPT.  Charger  ini  berfungsi  sebagai  kontrol  untuk  mengekstrak  daya  maksimal  panel  surya  supaya  berada pada daerah operasi MPP, mengontrol proses pengisian agar baterai lebih tahan  lama, melindungi baterai dari over‐charging dan under‐charging, serta melindungi dari  pemakaian yang berlebih (overload).    III.3 Maximum Power Point Tracking  MPPT  merupakan  sistem  elektronik  yang  mengatur  dan  mengkondisikan  panel  surya  sedemikian  rupa  sehingga  panel  surya  tersebut  menghasilkan  daya  maksimal.  MPPT bukan merupakan sistem mekanik yang memposisikan panel terhadap matahari,  namun  merupakan  rangkaian  elektronik  murni  yang  mengatur  titik  kerja  panel  agar  diperoleh transfer daya terbaik yang dimiliki panel surya.  Sifat panel surya diwakili oleh karakteristik arus dan tegangannnya yang disebut  kurva  I‐V  seperti  terlihat  pada  Gambar  3.  Kurva  tersebut  menunjukkan  arus  yang  dihasilkan  oleh  panel  surya  ‐‐  dalam  hal  ini  disebut  modul  fotovoltaik‐‐  (Im),  sebagai  suatu  fungsi  dari  tegangan  modul  fotovoltaik  (Vm),  pada  suatu  radiasi  spesifik  dan  temperatur sel spesifik.   Jika sebuah modul fotovoltaik dikenai hubung singkat (Vm = 0),  maka arus hubung singkat (Isc) mengalir. Pada keadaan rangkaian terbuka (Im = 0), maka  tegangan modul disebut tegangan terbuka (Voc). Daya yang dihasilkan modul fotovoltaik  adalah sama dengan hasil kali arus dan tegangan yang dihasilkan oleh modul fotovoltaik.   

108

  Gambar 3. Karakteristik daya pada panel surya 

  Pada  penelitian  ini,  algoritma  yang  digunakan  untuk  menentukan  MPPT  adalah  Perturb  and  Observe.  Prinsipnya  yaitu  memodifikasi  tegangan  dan  arus  panel  surya  sampai  mendapatkan  daya  maksimal.  Bila  kenaikan  tegangan  sel  ternyata  menaikkan  daya keluaran maka sistem akan menaikkan tegangan sampai daya keluaran mulai turun.  Bila  sampai  tahap  ini  terjadi,  maka  tegangan  akan  diturunkan  sampai  diperoleh  daya  maksimum lagi. Jadi titik daya maksimum akan diperoleh pada kisaran nilai tersebut.  Gambar  4  menunjukkan  algoritma  pemrograman  yang  digunakan  untuk  membangun  sistem  MPPT.  Dalam  pelaksanaannya,  perancangan  awal  dan  pembuatan  pemrograman  dilakukan  dengan  menggunakan  modul  mikrokontroler  AVR.  Perangkat  lunak  yang  digunakan  adalah  AVR  Studio  dari  Atmel  dengan  menggunakan  bahasa  pemrograman C.  Beberapa pemrograman yang sudah dilakukan adalah pembuatan routine untuk  kontrol  keypad,  Analog  to  Digital  Converter  10  bit,  dan  kontrol  I/O.  Sedangkan  pembuatan algoritma P&O dikerjakan pada modul MP612. 

109

  Gambar 4. Algoritma Pemrograman MPPT 

 

110

  Gambar 5. Perancangan program mikrokontroler dengan menggunakan AVR Studio 

Skema  blok  pengontrol  utama  MPPT  MP612  dapat  dilihat  pada  Gambar  6  di  bawah.  Adapun  fungsi  yang  penting  dari  skema  tersebut  antara  lain  adalah  sebagai  pengukur  tegangan  dan  arus  dari sumber  (panel surya), implementasi  algoritma  MPPT  termasuk  di  dalamnya  adalah  perhitungan  daya  dan  penjejak  daya  maksimum,  pengontrol sinyal PWM, pengukur arus luaran, proteksi dan komunikasi serial.  MPPT charge controller BUCK-BOOST CONVERTER +

+ D1

PWM

dari solar panel

C1

PV current sense and voltage sense

BOOST ON

L1

+

+

C2

ke baterai

BUCK ON

sensor tegangan dan arus batere

PV voltage sense ANALOG SIGNAL CONDITIONING CIRCUIT

+ LOAD CONTROL AND MONITOR CIRCUIT

PV current sense BAT voltage sense

beban DC

BAT current sense temperature sense

MPT612 IC

MOSFET GATE DRIVER CIRCUIT

PWM

3.3 V POWER SUPPLY RESET AND CLOCK CIRCUIT

1.8 V

LED/Indikator

clock reset

Kontrol Komunikasi Port Serial

 

111

Gambar 6. Blok diagram pengontrol utama MP612 

Sistem MPPT lebih kompleks dibandingkan dengan sistem PWM biasa. Tegangan  pada  panel  surya  berubah‐ubah  dipengaruhi  oleh  suhu  dan  waktu.  Tegangan  optimal  pengisian  baterai  berubah  mengikuti  kondisi  dari  baterai  pada  saat  itu,  seperti  yang  tercantum pada Gambar 7 di bawah ini.  V PV+

V BAT+ Q1

V PV-

Q3

Q2

Q4 V BAT-

  Gambar 7. Rancangan DC‐to‐DC Converter 

  Blok  DC  to  DC  converter  merupakan  rangkaian  step  up/down  yang  berfungsi  menyalurkan daya dari panel surya ke beban. Mengacu pada konfigurasi rangkaiannya,  converter ini dapat dioperasikan sebagai buck‐only (tegangan panel surya lebih  

112

R1

C1

R2

C2

15 5%

4.7 nF 200 V

15 5%

4.7 nF 200 V

PV_power TP1

1

PV_voltage_ref

2

D1

1

TP3

7

KK

TP2

8 1 MOV1 + 2

A2

P

F1 12 A fuse holder

D13 BYV42E

C3

P

C5

C62

PV_current_ref_B

3

100 k 5%

3

Q9 PBSS4160T

2

VDD(3V3)

1

Buck mode_enable

10 k 5%

R31

BAT_12 V

DNI

R21

N

10 k 5% R32

BAT_overvoltage 10 k 5%

B

(4)

VCC IN

(2)

C Q11 PMBT2222A

E

NC1

COM

1

8

2

7

3

6

4

5

R82 20 k 5%

TP9

1

Load_current_ref_A

BAT_12V

R124

R115 47 k 5%

Buck mode_enable 1k 5%

PV_power

Q5 PBSS8110Z

TP12

VB

Load_cutoff R76

(3)

1

HO VS NC2

R22

P N

C15 10 F 63 V

P N

C16 10 F 63 V

1 2

D9 12 V 0.5 W

R16 33 5%

TP30

1

BAT_gate_drive

U3 IRS21171

C14 10 F 25 V

R113 47 k 5%

(4)

R81 20 k 5%

C70 0.1 F

0

TP11

TP6

Load_current_ref_B

M5 PMV65XP

P

2

F2 12 A fuse holder Q2 PSMN1R3-30YL(1)

BAT_current_ref_B

M6 PMV65XP

24 V

R28 10 k 5%

1 +

0.01 1%

TP5

BAT_current_ref_A 1 C71 0.1 F

1 R111

4

R10

2 0.5 W

1

282856-8

3 +

D5 BYV42E

(4)

1 D19

Buck_PWM

A2

A2 D8 BYV44

R8 0.005 1%

R121

2 1

R33 20 k 5%

A1 R7 4.7 k 1%

BAT_voltage_ref

C69 0.1 F

Q13 PBSS4160T

A1

LOAD 2 J14A 282856-8

J14B 282856-8

5 6

R122 33 5%

TP7

1

1

LOAD 1

KK

J14C

+

KK

Q4 PSMN1R3-30YL

(4)

PV_positive

12 V battery

4.7 F 50 V

P

L1 85 H 20 A

Rsense

PV_current_ref_A

C27

N

7 8 9 10 11 12

R6

TP8

R4 27.4 k 1%

6 5 4 3 2 1

0.010 1%

1

C4 C7 680 F 680 F N 35 V N 35 V

P

Q3 PSMN8R2-80YS

CN2220K25G

D12

1 A1

N 1000 F N 1000 F 4.7 F 50 V 50 V 50 V

R5 3.9 k 1%

A1

2

TP4

K

1

D2 STPS40L45CG

R3 68.1 k 1%

BAT_12V

ES1B

BAT_POWER

A2

(1)

J14D 282856-8

1

ES1B

1 PV input

D7

Q1 PSMN8R2-80YS(1)

ES1B

PV_positive

BAT_gate_drive 2

1k 5%

3 1

Q8 PBSS4160T

C13 0.1 F

2

20 k 5%

 

Gambar 8. Rancangan DC‐to‐DC Converter 

besar dari tegangan baterai), boost‐only (tegangan panel surya lebih kecil dari tegangan  baterai)  atau  buck‐boost  dimana  tegangan  panel  surya  boleh  bervariasi  (perpaduan  operasi buck dan boost).  Sampai  pada  akhir  kegiatan  ini  telah  dirancang  rangkaian  DC‐DC  Buck‐Boost  Converter BCU dengan skema seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8. Masukan DC‐DC  Buck‐Boost  Converter  didesain  untuk  dapat  menangani  variasi  tegangan  DC  yang  berkisar  antara  10  –  27  V  (tegangan  nominal  panel  surya  12V),  dengan  arus  pengisian  maksimum 6 A.     Voltage/Current Sense  Bagian ini berfungsi mendeteksi besar arus dan tegangan yang diberikan pada masukan  DC‐DC  Buck‐Boost  Converter,  atau  arus  dan  tegangan  yang  dihasilkan  sumber  listrik 

113

dalam hal ini adalah modul surya. Parameter nilai yang dideteksi memungkinkan untuk  digunakannya  sebagai  pengatur  konfigurasi  DC‐DC  converter.  Pada  gambar  berikut  diperlihatkan model rangkaian elektronika Voltage/Current Sense.  C18

2nd order low-pass filter

0.01 F

V DD(3V3)_A

V DD(3V3)_A TP13

R23

5

PV_voltage_ref 10 k 1%

6

1

4 7 11

R24

R25

3

4 1

10 k 1%

68.1 k 1%

2

11

U4B LPV324M

C20 0.01 F

PV volt sense_boost U4A LPV324M

C22 0.01 F

GNDA

GNDA GNDA

GNDA R26

R27

10 k 1%

1k 1%

GNDA

V DD(3V3)_A R64

10

4 8

10 k 1%

9

11

TP15

V DD(3V3)_A

1

GNDA R35

R66 10 k 1%

2

121E_bead C19 10 F 16 V CMAX

GNDA

10 k 1%

L8

1

U4C LPV324M

C68 0.01 F

V DD(3V3)

PV volt sense_buck

C21 0.1 F

GNDA

GNDA

PV voltage sense circuit 2nd order low-pass filter V DD(3V3)_A

C23

GNDA (1)

R86 100 1%

VIN C25 0.01 F

(1)

V+ VIN+

PV_current_ref_A

VDD(3V3)_A

0.01 F

C24 0.1 F

C49 0.1 F

U14 5

TP14

3 1

OUT

1

4 2 GND

R87

INA194AIDBVT GAIN 50

PV_current_ref_B

R29

R30

68.1 k 1%

68.1 k 1%

GNDA

12

4 14

13

11 U4D LPV324M

C26 0.01 F

PV current sense

GNDA

100 1%

GNDA

GNDA

PV current sense circuit

 

Gambar 9.  Rangkaian voltage/current sense 

MPT612 Digital Circuit  Bagian  ini  merupakan  perangkat  utama  untuk  implementasi  algoritma  MPPT  dimana  proses identifikasi atau tracking daya maksimum masukan (dari modul surya) dilakukan.  Bagian  ini  juga  merespon  parameter  pembacaan  besar  arus  dan  tegangan  solar  panel  dalam  bentuk  pengisian  daya  pada  baterai  atau  distribusi  arus  pada  beban.  MPT612  merupakan  mikrokontroler  yang  mengendalikan  proses  tracking,  sensing  arus  dan  tegangan  serta  kontrol  lain  termasuk  port  untuk  komunikasi.  Bentuk  rangkaian  elektronika dari MPT612 digital circuit dapat dilihat seperti pada gambar berikut. 

114

VDD(1V8)

2

1

40

17

L4 121E_bead

C40 0.1 F

TMS/PIO28/CAP2_1

TMS

TCK/PIO29/CAP2_2

TCK

PIO30/MAT3_3/TDI

TDI

PIO31/TDO

TDO

RTCK

RTCK

JTAGSEL

DEBUGSEL

8 41

9

45

10

46

15 16

13

26

14

27

VDD(3V3) 29 D10

1

1

VDD(3V3)

R53 10 k 5%

22

TP19

RST

6

23

C41 0.1 F

24 28

VDD(3V3)

R56 4.7 k 5%

EINT1

PIO17/CAP1_2/SCL1

PIO17

PIO18

PIO18/CAP1_3/SDA1

VDD(3V3)

R65 4.7 k 5%

PIO13/MAT1_1/DTR1

VDD(3V3)

R57 1k 5%

A

R58 2.2 k 5%

A D17 LED_GREEN1

K

D16 LED_YELLOW1

K

PIO15/EINT2/RI1 R67

PIO16/EINT0/MAT0_2

Powerdown_wakeup 10 k 5%

PIO0/MAT3_1/TXD0

TXD0

PIO1/MAT3_2/RXD0

RXD0 PIO08 DR2

PIO8/TXD1/PWMOUT1 PIO09 DR1

PIO9/RXD1/PWMOUT2

PIO4/SCK0

VDD(3V3) R75 2.2 k 5%

10 k 5%

10 k 5%

MPT612FBD48

2 MMBD4148 1

SW2 RESET SW

30

U15

3

R72 47 k 5%

Buck mode_enable

TP32

1

GNDA 42 1 PIO19/MAT1_2/MISO1 PIO20/MAT1_3/MOSI1 2 PIO21/SSEL1/MAT3_0 3 PIO14/EINT1/SCK1/DCD1 44

5

48 TRST

PIO21

TP31

C39 0.1 F

47

TRST/PIO27/CAP2_0

PIO20

1

VDDC

VDD(IO)

VDD(IO)

C38 0.1 F

2

L3 121E_bead

1 C37 0.1 F

V DD(3V3)

2

L2 121E_bead

VDD(ADC)

VDD(3V3)

A

Buck_power_enable

PIO5/MISO0

D18 LED_RED1

Load_cutoff

K

PIO6/MOSI0 PWMOUT0

Buck_PWM TP24

18 C42 22 pF C43

X1 R120 1M 5%

21

11

X1 12.000 MHz

32 X2

33

12

22 pF

34

36 37

25

38

20

DC1 0.1 F

DR4 10 k 5%

19

GND

7 DR3 10 k 5%

31

43

39

1

PIO2

PIO3/SDA0

TP25

1

PIO3

PVVOLTSENSEBUCK

PV volt sense_buck

PVVOLTSENSEBOOST

PV volt sense_boost

PVCURRENTSENSE

PV current sense

PIO10/CAP1_0/RTS1/AD3 PIO11/CAP1_0/CTS1/AD4 PIO12/MAT1_0/DSR1/AD5

Load current sense BAT current charge BAT volt sense

PIO25/AD6 VDD(3V3)_A

1

GNDA

TP23

1

PIO26/AD7

GND

RTXC1

4

GNDADC

RTXC2

35

GND

VDD(RTC)

PIO2/SCL0

R79 2.2 k 1%

TP21

NTC for ambient temp measurement

R84 100 1% NTC1 NTC

NTC response At 25 C = 1.5 k At 0 C = 4.28 k At 85 C = 440

 

GNDA

Gambar 10.  Rangkaian Digital MPT612  

    Power Supply  Rangkaian  power  supply  dirancang  untuk  memberikan  supply  daya  pada  divais  elektronika  BCU.  Rangkaian  power  supply  dapat  bekerja  dengan  mengambil  energi  listrik dari baterai 12 VDC dan menghasilkan luaran 3,3 VDC. Skema rangkaian elektronika  power supply dapat dilihat seperti pada gambar di bawah. 

115

BAT_current_ref_B 2

L5

1

R93

I peak sense V CC

0.2 C65 4.7 F 50 V

Comp inv IP C53 47 F 25 V CMAX

8

1

7

2

6

3

5

4

SW collector SW emitter

100 1%

R99

1

Timing cap

2

1

47 H

K

C54 680 F 10 V

A D11

330 pF

47 k 5%

U11A LPV324M TP27 11 1 1

R123 100 k 1%

2 3

6

4 3.3 V_standby

1 3

U12 74LVC1G332GW

3.3 V_standby R116

R106

15 k 1%

15 k 1%

1M 5%

B

R118

Q7

4.7 k 5%

R104 100 k 1%

13

4

C60 0.1 F

R110

C73 0.33 F

(1)

1 M (2) 5%

4

U11B 11 LPV324M

5

R77

6

100 k 1%

TP28

1

4

8

11 U11C LPV324M

Load_current_ref_A

10 9

R107 DNI

Load_current_ref_B 10 k 1%

R108

(1)

R94 2.2 k 1%

3.3 V_standby GNDA

TP29

14

1

11 U11D LPV324M

3.3 V_standby

20.5 k 1%

C61 4.7 nF

3.3 V_standby

22 k 1%

1M 5%

12

R114 2 M (2) 1%

Buck_power_enable

3.3 V_standby

3.3 V_standby

PV_voltage_ref

C58 0.1 F

GND

R109 (1)PV voltage comparator

C52 2.2 F 16 V

NR

R102

7 (1)

4

2

1 OUT

Load current sense

4 2

3

C57 0.1 F

E PMBT2222A

R119 4.7 k 5%

R103

5

C Q6 PMBT2222A

E

C59 0.1 F

5

EN

1

BAT_current_ref_B

C B

12.4 k 1%

R101 10 k 5%

R97 100 5%

C55 0.1 F

3.3 V_standby

BAT_voltage_ref

C56 0.1 F

R100

N CMAX

PMEG6010CEJ

20.5 k 1%

(1) BAT voltage comparator

IN

MT1

V DD(1V8)

U10 TPS73018DBV

M1 PMV65XP

TP26

L7

GND C51

MC33063A R96

R98

MOUNTING HOLE

VDD(3V3)

3.3 V_standby

U9

Drive collector

2

121 Bead

GNDA

Switching regulator circuit for V DD(3V3) BAT_12 V

L6

1

121 Bead

R78

R117

10 k 1%

15 k 1%

Powerdown_wakeup

R105 10 k 1%

  Gambar 11.  Skema Power Supply   

      Realisasi Rangkaian PCB  Seluruh  sub‐sistem  rangkaian  BCU  selanjutnya  diimplementasikan  pada  papan  PCB  seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut (tampilan tampak atas dan bawah). 

116

  Gambar 12.  Printed Circuit Board prototype BCU  

  III.4 Rangkaian Inverter    Inverter merupakan bagian dari sistem BCU yang mengkonversi sumber arus searah  (DC)  menjadi  arus    bolak‐balik  (AC).  Hasil  keluaran  Inverter  berupa  arus  AC  yang  siap  digunakan  untuk  pemakaian  sebagaimana  yang  tersedia  pada  jaringan  jala‐jala  listrik  PLN. Blok Perancangan inverter dapat dilihat pada Gambar 13 berikut.       

 

Modul Panel Surya

DC/DC Boost dan MPPT

DC/AC Inverter

+12V +5V

Auxiliary Power Supply

dsPIC DSC

EMI Filter

Single-Phase AC Grid

LCD Display dan User Interface

+3.3V

 

117

Gambar 13. Blok diagram perancangan Inverter 

      Sumber  listrik  searah  yang  dihasilkan  oleh  panel  surya  diubah  menjadi  arus  dan  tegangan  AC  yang  mempunyai  fasa  sama  dengan  fasa  jala‐jala.  Filter  EMI  (Electromagnetic Interference) bertugas mengurangi noise yang dihasilkan oleh inverter  dan menjembatani impedansi dengan jala‐jala (Gambar 14). Jantung pengendali berupa  prosesor yang mengendalikan aliran daya dari panel surya ke jala‐jala. Prosesor tersebut  menjalankan algoritma MPPT, fault control, dan beberapa interaksi digital lainnya.    Interleaved Flyback

EMI/EMC Filter

Modul Panel Surya

Single-Phase AC Grid

  Gambar 14. Interleaved flyback converter 

  Interleaved  flyback  converter  mengurangi    arus  ripple  yang  melalui  kapasitor.  Bentuk  gelombang  input  dan  output  dari  interleaved  flyback  berupa  duty  cycle  50%  terhadap  pasangannya.  Secara  keseluruhan,  rangkaian  kontrol  terdiri  dari  Digital  Phase‐Locked  Loop  (PLL),   MPPT Loop, Current Control Loop dan Load Balance Control Loop (Gambar 15).   

118

PI

IACREF

PWM

Output Filter

EMI/EMC Filter AC Grid

S&H

ACgrid

PLL

AC inv

S&H

AC pv

MPPT

pv

ADC

  Gambar 15. Diagram Control Loop 

  Digital Phase‐Locked Loop (PLL)  Salah  satu  komponen  paling  penting  pada  rangkaian  converter  adalah  PLL  yang  menghasilkan frekuensi tegangan jala‐jala dan sudut fasa untuk mengontrol sinkronisasi  keluaran ke jala‐jala. Frekuensi estimasi  ωe dan sudut fasa  θe  yang dibuat oleh PLL tidak  hanya  berfungsi  mengontrol  dan  menghasilkan  sinyal  melalui  proses  sintesis  dan  transformasi,  namun  berfungsi  pula  untuk  proteksi  bila  terjadi  pemutusan  mendadak  pada  jala‐jala.  Pendeteksian  ini  dilakukan  dengan  menggunakan  hardware  maupun  software.  Pada  sisi  software,  tegangan  jala‐jala  diambil  sampelnya  menggunakan  ADC  dan  disimpan pada suatu register. Pada setiap kali dilakukan sampel, polaritas tegangan juga  akan direkam. Bilamana terjadi perubahan polaritas, software akan mencatat terjadinya  zero‐voltage  detect.  Sebuah  counter  akan  menghitung  jangka  waktu  terjadinya  dua  buah  zero‐voltage  detect  yang  menunjukkan  setengah  dari  perioda  tegangan  jala‐jala.  Nilai itu akan disimpan dan dijadikan rujukan untuk menentukan sudut fasa pada tabel  untuk menghasilkan sinusoidal 0‐90 derajat. Sedangkan sudut fasa 90‐180 derajat dapat  dihasilkan dari kebalikannya.     

119

MPPT Loop  Algoritma  yang  digunakan  pada  perancangan  inverter  ini  adalah  Perturb  &  Observe.  Diagram  alur  algoritmanya  dapat  dilihat  pada  gambar  berikut.  Penjejakan  MPP  dilakukan  dengan  cara  menaikkan  atau  menurunkan  arus  referensi  secara  periodik  (Gambar 16).  Blok ‘MPPT ref (C)’ menunjukkan proses terjadinya proses ‘perturb’ pada tegangan yang  dihasilkan  oleh  panel  surya.  Sedangkan  tanda  plus  atau  minus  menunjukkan  arah  apakah selaras dengan ‘perturb’ atau kebalikannya.   

120

Start

Read PowerOld

Measure V pv , Ipv

PowerNew =

Vpv * Ipv

PowerNew > PowerOld

Yes

MPPT ref+ (C)

No MPPT ref(C )

PowerOld = PowerNew

  Gambar 15. Diagram alur MPPT pada Inverter 

    Current Control Loop  Bagian ini berupa PI (Proportional Integral) dan merupakan jantung dari sistem kontrol.  Loop ini akan mengkoreksi kesalahan dari dua arus yaitu arus input dan arus referensi.  Keluaran dari current control loop  adalah berupa sinyal kontrol yang memastikan arus  input  selalu  sesuai  dengan  arus  referensi.  Current  control  loop  beroperasi  pada  frekuensi  57  kHz  dan  bandwidth  2500Hz  untuk  frekuensi  switching  114  kHz.  Keluaran  121

dari  current  control  loop  menentukan  duty  cycle  kerja  mosfet.  Adapun  pemodelan  kontrolnya dapat dilihat pada Gambar 17 berikut. 

Out1

Vin

Vin_ref-secondary1

D

Vo

Vo

Ioref

D1

Vgrid and IACref

In1 In2 In3 In4 In5 In6

Scope3

Out1 Out2 Out3 Out4 Out5 Out6 ADC1

Vo Vin Ioref Io IMOSFET1 IMOSFET2

Io Scope2 IMOSFET1 IMOSFET2

Flyback/Buck Boost 1 D1

D2

1 Digital Controller

1 10e-3s+1 Transfer Fcn2 1 10e-3s+1 Transfer Fcn3

Scope6

Scope7

  Gambar 17. Pemodelan kontrol Inverter dengan menggunakan Matlab 

    Load Balance Control Loop  Keluaran tegangan dari masing‐masing  flyback bisa jadi sedikit berbeda. Perbedaan ini  terjadi karena adanya perbedaan karakteristik internal pada mosfet, resistansi internal  trafo,  kapasitor  dan  diode.  Oleh  karena  itu  bila  duty  cycle  yang  sama  diumpankan  kepada kedua mosfet, akan menghasilkan perbedaan pembebanan diantara dua flyback.  Kondisi ini memerlukan pengontrol pembagian beban yang bisa menyeimbangkan arus  pada  flyback.  Salah  satu  masukan  yang  dijadikan  indikator  adalah  selisih  arus  diantara  mosfet dari dua flyback, hasilnya berupa koreksi duty cycle yang kemudian diumpankan  kembali ke mosfet.    III.5 Prototip, Pengujian  dan Pengukuran  Pada  tahun  pertama  kegiatan,  pekerjaan  yang  dilakukan  dititikberatkan  pada  pekerjaan perancangan. Tiap blok atau bagian‐bagian rangkaian dilakukan oleh peneliti  yang mempunyai keahlian di bidangnya. Adapun pengukuran parameter hasil rancangan  dengan  menggunakan  alat  ukur  masih  sedikit  dilakukan.  Perancangan  BCU  dilakukan 

122

pada  modul‐modul  terpisah,  seperti  modul  charger,  modul  mikrokontroler  dan  modul  komunikasi/interface.  Pembuatan  protitip  dilakukan  pada  PCB.  Bagian  sun  tracker  secara  fisik  telah  dikerjakan  pada  tahun  pertama.  Sun  tracker  memerlukan  desain  mekanik  dan  kontrol  yang  dilakukan  di  tahun  kedua.  Namun  sebagai  persiapan,  telah  dilakukan studi tentang pola dan radiasi matahari dalam rentang waktu satu tahun. Hal  ini penting dilakukan sebagai acuan kerja mikrokontroler nantinya. Kontrol untuk motor  stepper  sudah  dibuat  untuk  penggerak  solar  panel.  Rancangan  awal  dilakukan  untuk  merealisasikan mode single‐axis menggunakan IC L298N (lihat Gambar 22).   

  Gambar 18. Pengukuran karakterisasi panel surya 

     

123

  Gambar 19. Pengukuran menggunakan beban untuk menentukan kurva I‐V 

Karakterisasi  energi  matahari  yang  diterima  oleh  panel  surya  diperoleh  dari  sampel pengukuran selama satu bulan dan dapat dilihat pada Gambar 20 berikut.    Po (W) Sampel: Mei 2011

40

35 30

25 20

15

Pavg = 30,1 Watt

10

5 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

day n

  Gambar 20. Grafik rata‐rata daya output panel surya 50Wp  di lokasi 6°52'52.60" S 107°36'40.05" E (Komplek LIPI Bandung)  

 

124

Dari grafik pengukuran menunjukkan bahwa pada siang hari energi yang mampu  diserap oleh panel surya tidak sepenuhnya berada pada titik maksimal.   Pengukuran  prototipe  battery  control  unit  dapat  dilihat  pada  tabel  di  bawah.  Nilai parameter disesuaikan dengan spesifikasi komponen yang digunakan pada modul  MP612.    Parameter  

Nilai 

Tegangan PV (nom) 

12 V 

Tegangan PV (max) 

27 V 

Arus PV (max) 

6 A 

Tegangan Minimum untuk operasi MPP 

10 V 

Daya PV (max) 

100Watt 

 

 

Baterai 

 

Jenis Baterai 

Lead‐acid, gel 

Tegangan Baterai (nom) 

12V 

Arus Pengisian (max) 

6A 

 

 

Beban 

  sama dengan tegangan baterai 

Load DC voltage  Maximum load current 

8A 

PV reverse polarity protection 

Ya 

PV reverse current flow protection 

Ya 

Surge/transient protection 

1.5 kVA 

Maximum controller standby current 

10mA 

Tabel 2. Pengukuran parameter battery control unit 

     

125

  Gambar 21. Pemrograman kontrol motor  menggunakan modul mikrokontroler 

  Penggerak motor untuk rangkaian mekanis panel direalisasikan menggunakan IC L298N.  Sedangkan  kontrolnya  ditangani  oleh  mikrokontroler.  IC  ini  bisa  difungsikan  untuk  stepper motor maupun DC motor (dual), seperti terlihat pada gambar di bawah. 

126

  Gambar 22. Diagram rangkaian penggerak motor untuk mekanik panel sampai dengan 2 A     

   

 

  Gambar 23. Pengujian BCU di laboratorium 

 

127

Sedangkan pada tahun kedua, bagian inverter pengukurannya dilakukan menggunakan  perangkat  lunak  dari  SDK.  Dimana  CH1  adalah  arus  inverter  (Q24),  CH2  adalah  utility  voltage  (Q24),  CH3  tegangan  DC  BUS  (Q24)  dan  CH4  tegangan  loop  controller  output  (Q24).   

 

 

128

   Gambar 24. Pengukuran inverter DC ke AC. 

 

  Gambar 25. Pengukuran blok grid‐tied pada inverter.       

129

 

 

  Gambar 26. Panel surya array untuk pengujian tipe string 

 

130

 

  Gambar 27. Desain PCB dan protitipe BCU  

 

131

  Gambar 28. Pemrograman inverter dengan menggunakan Code Composer Studio 

 

 

132

Gambar 29. Implementasi pemrograman Inverter ke SDK 

    IV. KESIMPULAN DAN SARAN  IV.1 Kesimpulan  Sampai  akhir  dari  kegiatan  ini,  telah  dilakukan  studi  literatur  yang  bersumber  dari tulisan/jurnal nasional dan internasional, panduan/manual produk panel surya dan  browsing  internet.  Telah  dilakukan  juga  studi  yang  intensif  mengenai  algoritma  MPPT  dengan  algoritma  P&O.  Walaupun  lebih  rumit  namun  menggunakan  MPPT  ini  lebih  efisien dibandingkan metoda lain.   Pengujian  baterai  control  unit  dilakukan  dengan  cara  sederhana  menggunakan  beban  resistif.  Dari  pengujian  tersebut  arus  pengisian  baterai  maksimal  adalah  6  Ampere dengan beban maksimal 8 Ampere dengan modul MPT612. Adapun pada tahun  kedua  telah  dibuat  prototip  BCU  yang  lebih  baru  dengan  spesifikasi  lebih  tinggi  yaitu  mampu mengeluarkan arus charging sampai dengan 10 Ampere dan beban maksimal 10  Ampere.  Khusus  bagian  Inverter  telah  dirancang  dan  diujicoba  dengan  menggunakan  grid‐tied connected.    IV.2 Saran 

 

Pada  akhir  kegiatan  penelitian  ini,  ada  beberapa  hal  yang  masih  perlu  ditingkatkan dan diharapkan bisa dilakukan pada kegiatan yang sejenis, yaitu:     1.

Perbaikan  metoda  perancangan  dalam  skala  simulasi,  karena  hal  ini  penting  untuk  meningkatkan  kinerja  rangkaian  elektronik  dan  memprediksi  masalah  lebih awal. Teknik yang dapat diterapkan adalah menggunakan perangkat lunak  simulasi matematis. 

133

2.

Karakterisasi fisik pada baterai terhadap  temperatur, sampai pada penelitian ini  parameter temperatur belum diperhitungkan. Sedangkan arus pengisian baterai  semestinya disesuaikan dengan temperatur baterai atau lingkungan sekitar. 

  V. REFERENSI  1.

Frederick M. Ishengoma and Lars E. Norum, “Design and implementatiion of  a  digitally  controlled  stand‐alone  photovoltaic  power  supply”,  Dept.  of  Electrical  Power  Engineering  ,  Norwegian  University  of  Science  and  Technology, Norway. 

2.

Joe‐Air  Jiang,  Tsong‐Liang  Huang,  Ying‐Tung  Hsiao  and  Chia‐Hong  Chen,  “Maximum  power  tracking  for  Photovoltaic  power  systems”,  Tamkang  Journal of Science and Engineering, Vol.8 No.2 pp.147‐153, Tamsui, Taiwan. 

3.

Geoffrey  R.  Walker  and  Paul  C.  Sernia,  “Cascaded  DC‐DC  converter  connection of photovoltaic modules”, IEEE Transactions on Power Electronics  vol.19 no.4, July 2004. 

4.

Y.  Ueda,  K.  Kurokawa,  T.  Tanabe,  K.  Kitamura,  K.Akanuma,  M.  Yokota,  H.  Sugihara, “Study on the over voltage problem and battery operation for grid‐ connected residential PV systems”, 22nd European Photovoltaic Solar Energy  Conference, 3‐7 September 2007, Milan, Italy.  

5.

A. Adiyabat, K. Kurokawa, “An optimal design and use of solar home system  in mongolia”, Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) 

6.

Takae Shimada and K. Kurokawa, “Grid‐connected photovoltaic systems with  battery  storages  control  based  on  insolation  forecasting  using  weather  forecast”, Renewable Energy 2006 Proceedings. 

7.

Takae Shimada and K. Kurokawa, “High precision simulation model of battery  characteristics”, Renewable Energy 2006 Proceedings. 

8.

Mukund R. Patel, “Wind and solar  power systems”, 1999, CRC Press LLC. 

9.

N.  Mohan,  T.M.  Undeland,  W.P.  Robbins,  “Power  Electronics;  Converters,  Application, and Design”, 2nd ed., Wiley, New York, USA, 1995. 

10.

NXP Semiconductors, “Photovoltaic MPPT battery charge controller using the  MPT612 IC reference board Application note Rev 2”, 2 February 2011. 

11.

http://www.ti.com/lsds/ti/analog/powermanagement,  Power  Management,  SPRT615A.pdf, “C2000™ Solar Inverter Development Kits”, Texas Instrument,  2 Mei 2012.  ‐‐‐oo=O=oo‐‐‐ 

134

                   

Pengembangan Through‐Wall Radar   Untuk Life Detector  Dr. Purwoko Adhi                                             

135

        LEMBAR  PENGESAHAN    1. 

Judul Kegiatan Penelitian  

: 

Pengembangan Through‐Wall Radar untuk  Life Detector 

2. 

Kegiatan Prioritas 

: 

Informatika dan Telekomunikasi 

3. 

Peneliti Utama 

: 

  

 

Nama   

: 

Dr. Purwoko Adhi 

 

Jenis Kelamin   

: 

Pria 

4. 

Sifat Penelitian 

: 

Lanjutan (Tahun ke 2) 

5. 

Lama Penelitian 

: 

3 (tiga) Tahun 

6. 

Biaya Total 2011 

: 

Rp. 298.181.000,‐ 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Bandung, 31 Desember 2012  Disetujui, 

 

 

Ka. Pusat Peneltian Elektronika 

 

dan Telekomunikasi ‐ LIPI 

 

 

Peneliti Utama 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dr. H i s k i a         

Dr. Purwoko Adhi       . 

NIP. 19650615 199103 1 006 

NIP. 19670911 198701 1 001   

  136

        ABSTRAK  Pengembangan  through‐wall  radar  bertujuan  untuk  menjawab  kebutuhan  akan  perangkat  life  detector.  Perangkat  ini  dibutuhkan  dalam  upaya  penyelamatan  korban  gempa  bumi  yang  terjebah  dibalik  reruntuhan  gedung,  yang  harus  dilakukan  secara  cepat  dan  hati‐hati,  untuk  meningkatkan  kemungkinan  korban  hidup  dapat  diselamatkan.  Through‐wall  radar  menggunakan  prinsip  radar  UWB  yang  banyak  digunakan  untuk  ground penetrating radar (GPR). Salah satu tipe radar UWB adalah radar FM‐CW. Radar  UWB  FM‐CW  menggunakan  prinsip  yang  sama  dengan  Radar  FM‐CW  yang  digunakan  untuk  radar  permukaan  atau  radar  udara.  Perbedaannya,  Radar  UWB  FM‐CW  menggunakan frekuensi yang lebih rendah namun memiliki bandwidth sinyal yang jauh  lebih lebar.  Komponen  atau  subsitem  penting  dari  sebuah  radar  UWB  FM‐CW  adalah  rangkaian  frekuensi radio, pembangkit chirp wideband, akuisisi data, dan software pengolah sinyal  dan penampil. Tantangan dalam teknologi FM‐CW adalah kopling antara pemancar dan  penerima,  di  mana  sinyal  langsung  dari  pemancar  akan  bocor  dan  diterima  oleh  penerima  dengan  level  yang  cukup  tinggi,  sehingga  mengalahkan  sinyal  yang  dipantulkan  oleh  objek  .  Untuk  mengatas  masalah  ini  digunakan  switch  RF  yang  mungkinkan  pemancaran  dan  penerimaan  secara  bergantian.  Tantangan  dalam  pengembangan  pembangkit  chirp  wideband  adalah  bandwidth  yang  sangat  lebar,  linearitas frekuensi terhadap waktu, level daya yang rata, dan kestabilan.    Kata kunci:  radar, through wall, life detector, gempa bumi, ultra wide band (UWB)      I. PENDAHULUAN  1.1. Latar Belakang  Indonesia  adalah  negara  rawan  gempa.  Gempa  yang  berkekuatan  cukup  besar  berpotensi  menyebabkan  runtuhnya  gedung‐gedung.  Dalam  banyak  kasus  runtuhnya  gedung,  korban,  baik  meninggal  maupun  hidup,  terjebak  dalam  reruntuhan  gedung.  Upaya  penyelamatan  harus  dilakukan  secara  cepat  dan  hati‐hati  untuk  memastikan  korban hidup dapat diselamatkan.  137

Tanpa  informasi  yang  akurat  mengenai  keberadaan  korban  hidup  di  balik  reruntuhan,  penyelamatan  memerlukan  waktu  yang  lama,  sehingga  mengurangi  kemungkinan  korban  hidup  dapat  diselamatkan.  Salah  satu  upaya  dalam  mengatasi  masalah  ini  adalah  penggunaan  life  detector  untuk  menemukan  lokasi  korban  hidup.  Keberadaan  korban  hidup  bisa  dideteksi  dari  gerakannya  menggunakan  through‐wall  radar yang mampu mendeteksi objek di balik tembok atau beton.  Pengembangan  through‐wall  radar  bertujuan  untuk  menjawab  kebutuhan  akan  perangkat  life  detector.  Through‐wall  radar  menggunakan  prinsip  radar  UWB  yang  banyak  digunakan  untuk  ground  penetrating  radar  (GPR).  Salah  satu  tipe  radar  UWB  adalah  radar  FM‐CW.  Radar  UWB  FM‐CW  menggunakan  prinsip  yang  sama  dengan  Radar FM‐CW yang digunakan untuk radar permukaan atau radar udara. Perbedaannya,  Radar  UWB  FM‐CW  menggunakan  frekuensi  yang  lebih  rendah  namun  memiliki  bandwidth sinyal yang jauh lebih lebar.  Pengembangan sistem through‐wall radar meliputi pengembangan sub‐sub sistem,  modul‐modul,  atau  komponen‐komponen  penyusunnya.  Komponen  atau  subsitem  penting  dari  sebuah  radar  UWB  FM‐CW  adalah  rangkaian  frekuensi  radio,  pembangkit  chirp  wideband,  akuisisi  data,  dan  software  pengolah  sinyal  dan  penampil.  Tantangan  dalam teknologi FM‐CW adalah kopling antara pemancar dan penerima, di mana sinyal  langsung  dari  pemancar  akan  bocor  dan  diterima  oleh  penerima  dengan  level  yang  cukup  tinggi,  sehingga  mengalahkan  sinyal  yang  dipantulkan  oleh  objek  .  Untuk  mengatas  masalah  ini  digunakan  switch  RF  yang  mungkinkan  pemancaran  dan  penerimaan  secara  bergantian.  Tantangan  dalam  pengembangan  pembangkit  chirp  wideband  adalah  bandwidth  yang  sangat  lebar,  linearitas  frekuensi  terhadap  waktu,  level daya yang rata, dan kestabilan.   Modul akuisisi data berfungsi mengubah sinyal beat menjadi data digital yang siap  diolah  oleh  komputer  (PC).  Pengiriman  data  dari  modul  data  akuisisi  ke  PC  bisa  dilakukan dengan berbagai cara, seperti melalui PCI, USB, dan sebagainya. Untuk alasan  kepraktisan USB dipilih sebagai jalur data dari modul ke PC.  138

Software  pengolahan  sinyal  dan  penampil  berfungsi  untuk  mengolah  sinyal/data  yang diterima melalui modul akuisisi data, mengambil informasi mengenai objek‐objek  yang ada di depan radar, kemudian menampilkannya.   Yang  tidak  kalah  pentingnya  adalah  antena.  Sepasang  antena  digunakan  untuk  memancarkan  dan  menerima  gelombang  radio.  Karakteristik  dari  antena  sangat  berpengaruh  kepada  fungsi  radar  secara  keseluruhan.  Namun,  kegiatan  ini  tidak  mengembangkan antena sendiri, melainkan menggunakan antena hasil pengembangan  kegiatan lain atau antena yang sudah teruji dan tersedia di pasaran.   1.2. Metoda  Adapun dalam pelaksanaannya, kegiatan ini menggunakan metoda penelitian yang  dapat dirangkum sebagai berikut.  •

Perancangan sistem, di mana sistem dirancang secara keseluruhan, termasuk  di  dalamnya  penyusunan  spesifikasi  dan  pendefinisian  modul‐modul  penyusun sistem.  

•

Perancangan Software 

•

Pemilihan  modul‐modul  yang  memenuhi  fungsi  dan  spesifikasi  yang  dibutuhkan (untuk modul‐modul yang tidak dibuat sendiri). 

•

Perancangan modul‐modul (untuk modul‐modul yang dibuat sendiri) di mana  skema rangkaian elektronik modul‐modul dibuat untuk menghasilkan fungsi  dari masing‐masing modul yang diinginkan.  

•

Realisasi  modul‐modul,  di  mana  skema  elektronik  dituangkan  dalam  disain  tata  letak  komponen  dalam  PCB,  kemudian  PCB  dibuat  dan  rangkaian  elektronika diasembling di atas PCB.  

•

Pengujian  modul‐modul,  di  mana  modul‐modul  di  uji  coba  secara  individu  untuk  mengetahui  apakah  mereka  telah  berfungsi  sebagaimana  yang  didinginkan.  139

•

Intergrasi  sistem,  di  mana  modul‐modul  yang  telah  diuji  diintegrasikan  menjadi sebuah sistem. 

•

Pengembangan Software 

•

Pengujian  sistem  di  laboratorium,  di  mana  sistem  diuji  coba  untuk  mengetahui fungsi sistem. 

•

Perbaikan dan penyempurnaan apabila diperlukan 

1.3. Maksud dan Tujauan.  Tujuan umum dari penelitian ini adalah penguasaan teknologi dan alih teknologi  through‐wall  radar.  Sedangkan  tujuan  khususnya  adalah  pengembangan  sebuah  prototype through‐wall radar.   Sasaran  dari  penelitian  ini  adalah  sebuah  prototype  through‐wall  radar  dengan  teknologi UWB.    II. PERBAIKAN PEMBANGKIT CHIRP WIDEBAND  Pada  tahun  pertama  kegiatan,  sebuah  pembangkit  chirp  wideband  telah  dirancang dan direalisasikan. Pembangkit ini menggunakan sebuah DDS dan sebuah VCO  sebagai  komponen  utama.  Untuk  DDS  digunakan  AD9956  dari  Analog  Devices  dalam  bentuk  evaluation  board  dan  untuk  VCO  digunakan  HMC‐C029  dari  Hittite.  Subsistem  yang dikembangkan telah menghasilkan sinyal chirp dari 6750 sampai 9250MHz. Namun  derau  fasa  dari  sinyal  belum  bisa  diterima  karena  akan  mengakibatkan  penurunan  resolusi  dan  masalah  pada  pengolahan  Doppler.  Maka  dari  itu  masih  diperlukan  perbaikan  pada  rangkaian  filter  loop.    Sebuah  modul  akuisisi  data  sederhana  untuk  sistem  radar  FM‐CW  telah  dikembangkan.  Modul  menggunakan  IC  CY7C68013A  dari  keluarga EZ‐USB dari Cypress Semiconductor yang difungsikan sebagai slave FIFO. Untuk  master FIFO digunakan IC CPLD Max II EPM1270T144 dari Altera. Sedangkan untuk ADC 

140

digunakan  AD9235  dari  Analog  Device.  Modul  akuisisi  data  telah  bekerja  dengan  baik.  Rangkaian  input  asli  pada  evaluation  board  AD9235  merusak  bentuk  sinyal  dengan  frekuensi  di  bawah  50kHz.  Agar  dapat  digunakan  dalam  aplikasi  radar  FM‐CW,  modul  akuisisi  data  harus  bisa  menangani  sinyal  dengan  frekuensi  rendah.  Untungnya  pada  evaluation  board  AD9235  sudah  tersedia  rangkaian  input  alternatif  yang  lebih  cocok  untuk  frekuensi  rendah.  Rangkaian  ini  bisa  daktifkan  dengan  memasang  komponen‐ komponennya,  setelah  terlebih  dahulu  melepas  komponen‐komponen  pada  rangkaian  input asli.  Pada  pengujian  transceiver  tahap  pertama,  keluaran  sub  sistem  pensintesa  frekuensi yang dibangkitkan melalui sebuah chip DDS dan VCO dalam konfigurasi close  loop PLL telah dapat menghasilkan sinyal chirp dari 6750 sampai 9250MHz, jika sinyal ini  dicampur  (mix)  dengan  sinyal  LO  yang  berasal  dari  DRO  9750MHz,  maka  akan  menghasilkan chirp selebar 500‐3000MHz, sesuai dengan spesifikasi yang diharapkan.   Tetapi  pada  hasil  pengujian  selanjutnya,  sinyal  chirp  tersebut  tidak  dapat  mencapai kecepatan sweep 1ms, seperti yang di tetapkan pada spesifikasi awal.  Pada  kecepatan  1ms  sinyal  chirp  yang  dihasilkan  memiliki  frekuensi  1000‐2800MHz,  seperti  tampak pada Gambar 1 (kiri). Sedangkan pada pengujian sebelumnya digunakan sweep  frekuensi  >  10ms.  Sehingga  pensintesa  frekuensi  ini  tidak  dapat  digunakan  untuk  mendapatkan  resolusi  sesuai  yang  diharapkan  pada  desain  awal.  Hal  tersebut  terjadi  kemungkinan karena unjuk kerja loop filter yang dikembangkan masih belum sempurna. 

141

 

 

Gambar 1. Spektrum sinyal chirp (kiri), dan sinyal output loop filter/input VCO (kanan).  Gambar 1. menunjukkan tagangan keluaran dari loop filter yang digunakan pada  konfigurasi  PLL  atau  masukan  ke  VCO.  Kurva  menunjukkan  tagangan  terhadap  waktu,  yang lebih kurang, , mencerminkan kurva frekuensi sinya keluaran VCO terhadap waktu.  Keluaran  loop  filter  tidak  dapat  menghasilkan  sinyal  sawtooth  (gigi  gergaji)  yang  sempurna  dengan  perioda  1ms  yang  dibutuhkan  sebagai  driver  Vtune  VCO  untuk  menghasilkan sinyal sesuai dengan spesifikasi yang telah ditetapkan.  

  Gambar 2. Diagram Skematik LPF  Untuk  memperbaiki  pembangkit  chirp  wideband,  satu  hal  yang  bisa  dilakukan  adalah  dengan  memperbaiki  LPF  untuk  chirp  narrowband.  Sebelumnya  bandwidth  LPF  yang digunakan adalah 160MHz. LPF ini adalah LPF yang tersedia di atas DDS evaluation  board.  Agar  bandwidth  LPF  lebih  sesuai  dengan  frekuensi  kerja  dari  pembangkit  chirp  wideband,  maka  dibuat  LPF  dengan  bandwidth  130MHz.  Diagram  skematik  dari  LPF 

142

dapat  dilihat  pada  Gambar  2.  Sedangkan  hasil  simulasi  respons  frekuensi  LPF  sebelum  dan sesudah modifikasi dapat dilihat pada Gambar 3. 

  Gambar 3. Hasil simulasi Respon Frekuensi LPF sebelum (kiri) dan sesudah (kanan)  modifikasi  Gambar  4.  menunjukkan  hasil  pengukuran  Respon  Frekuensi  LPF  sebelum  dan  sesudah  modifikasi.  Terlihat  bahwa,  spektrum  bayangan  dari  keluaran  DDS  yang  diinginkan masih sangat besar sehingga berpotensi menurunkan kualitas sinyal output.  Setelah  dilakukan  pengantian  LPF  spektrum  bayangan  dari  keluaran  DDS  berkurang 

143

secara  signifikan.  Diharapkan  hal  ini  akan  memperbaiki  kualitas  sinyal  keluaran  dari  pembangkit chirp wideband. 

  Gambar 4. Hasil pengukuran Respon Frekuensi LPF sebelum (kiri) dan sesudah (kanan)  modifikasi  Hal  lain  yang  perlu  dilakukan  untuk  memperbaiki  pembangkit  chirp  wideband  adalah  dengan  mengubah  slew  rate  speed  dari  Loop  Filter  yang  digunakan  pada  Up‐ Conversion PLL. Gambar 5. menunjukkan diagram skematik Loop Filter.   C33 33nF

+24V 8

R32 22K

5

2 3

A

4

GND

B

4

8 R31 4K7

TP1

6 +24V

1 U31A TL072P

7 U31B TL072P

1 2 GND

Header 2

R33 100

GND

C34 1.8nF

VTUNE1 VTUNE GND

GND R37 560

GND +24V 24V1

CPOUT1 CP OUT

R35 56 GND

C38 15nF

C35 1.5nF GND

C37 100nF

1 2 GND

GND

Header 2

GND

GND

 

Gambar 5. Diagram skematik Loop Filter  Hasilnya,  dengan  perioda  1ms,  pembangkit  chirp  wideband  bisa  menghasilkan  sinyal dari 500 sampai 3000MHz, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 6.  144

  Gambar 6. Spektrum sinyal output pembangkit chirp wideband  Namun  grafik  frekuensi  terhadap  waktu  tidak  bisa  dibuat  berbentuk  gigi  gergaji.  Sinyal  membutuhkan  waktu  terlalu  lama  (0.5ms)  untuk  turun  dari  frekuensi  atas  (3000MHz)  ke  frekuensi  bawah  (500MHz),  seperti  ditunjukkan  oleh  grafik  tegangan  terhadap  waktu  dari  input  VCO  pada  Gambar  7.  bagian  kiri.  Gambar  7.  kanan  menunjukkan  grafik  tegangan  terhadap  waktu  dari  VCO  apabila  DDS  diprogram  untuk  membentuk  pola  segitiga,  di  mana  frekuensi  output  akan  naik  dari  frekuensi  bawah  (500MHz)  ke  frekuensi  atas  (3000MHz)  selama  1ms,  kemudian  turun  kembali  ke  frekuensi bawah dalam waktu yang sama. 

  

 

Gambar 7. Sinyal input VCO 

145

Karena  adanya  kesulitan  untuk  membuat  sinyal  gigi  gergaji,  maka  diputuskan  untuk  menggunakan  sinyal  segitiga.  Namun  hanya  bagian  di  mana  frekuensi  naik  saja  yang  digunakan  untuk  pengolahan  sinyal.  Untuk  itu  perlu  dilakukan  perubahan  pada  trigger DDS seperti pada Gambar 8.  VCC

P1

SMB

6

CLR Q

VDD

VDD

1

14

VCC C1 100nF

7

GND

32 16 8 4

32 VCC

CLK CLR

3

D

PR

2 P3

U1A

P7

4

MC74HC74AN U2A 5 PR Q

2 1 4 3 6 5 8 7 10 9 12 11

10 PR

D

13 4

PR

MC74HC74AN U5A 5 Q

6

CLR Q VDD

1

14

C4 100nF

7

GND

VDD

GND

2 1

MC74HC04AN 14 VDD 7 GND C2 100nF GND

U4A

P8 8 4 2 1

7

2 4 6 8

Header 4 GND

2

3

MC74HC04AN

4

1 2 3 4

R1 1K

MC74HC04AN GND

U4C

Header 4 P6

5

GND

P5

U4B

1

1 3 5 7

Header 4X2

Cap 100nF U3B MC74HC393AN 12 11 RESET QA 10 QB 13 9 CLK QC 8 QD

8 VCC

CLK CLR

3 VDD

1 2 3 4

8

R2 1K U3A MC74HC393AN 2 3 RESET QA 4 QB 1 5 CLK QC 6 QD

VDD 14 C3

PR

OUT IN

GND

CLK

D

9

MC74HC04AN

8 CLR Q MC74HC74AN

2

Header 4 P2

VDD

16

9

MC74HC04AN

6

U2B Q

1 2 3 4

4

U1D

5

GND

11

3

MC74HC04AN

GND

12

2

U1C

Header 6X2

GND

U1B

1

6 SMB

MC74HC04AN

GND

U4D

GND 9

U7A MC74HC393AN 3 RESET QA 4 QB 1 5 CLK QC 6 QD

MC74HC04AN 8

P9

10

2 12 11

D

PR

U5B 4

9

Q

VDD

14

CLK 8

13

CLR Q

VDD

GND

SMB GND

7

C5 100nF

U4E 11

GND

VDD 14 VDD GND C6 100nF

MC74HC74AN GND VCC VDD C8 100nF GND

GND

U7B MC74HC393AN 12 11 RESET QA 10 QB 13 9 CLK QC 8 QD

P11 1 2 Header 2

MC74HC04AN 10

P12 1 2 GND

7

GND

P10 1 2 Header 2

GND GND

Header 2

GND

 

Gambar 8. Diagram skematik rangkaian trigger DDS.    III. PENGUJIAN HARDWARE TRANSCEIVER THROUGH WALL RADAR  Pengujian  hardware  transceiver  pada  tahap  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  tingkat  flatness  spektrum  frekuensi  dan  level  sinyal  yang  didapatkan  dari  masing  blok  sub sistem radar TTW yang telah dikembangkan, apakah sesuai dengan spesifikasi yang  diinginkan dan dapat berfungsi seperti yang diharapkan.  Untuk  menghasilkan  chirp  pada  rentang  frekuensi  500‐3000MHz,  sinyal  keluaran  dari  VCO  yang  ditunjukkan  pada  gambar  8  dicampur  (mixing)  dengan  sinyal  dengan  146

frekuensi  9750MHz  yang  berasal  dari  DRO.    Keluran  sinyal  dari  DRO,  keluaran  dari  directional coupler CPL yang digunakan sebagai supplay DDS (reserved),  keluaran dari  directional coupler OUT yang masuk ke masukan LO mixer ZX05‐153+  dan keluaran IF  mixer  masing masing ditunjukkan pada gambar 9. Sedangkan masukan RF mixer berasal  dari keluaran VCO.  Level sinyal keluaran dari DRO pada frekuensi 9750MHz sebesar 9.25dBm. Coupler  yang digunakan juga masih sesuai dengan spesifikasi dari datasheet yaitu insertion loss  sebesar 1.49 dBm ( 1 dBm@datasheets) dan 7.76 dBm (7 dBm@datasheets). Keluaran  port  OUT  dari  directional  coupler  digunakan  sebagai  input  LO  dari  mixer,  dan  masih  memenuhi  syarat  untuk  digunakan,  karena  mixer  yang  digunakan  menurapan  mixer  level 7, yang memerlukan minimal 7dBm untuk dapat bekerja.  Keluaran  port  IF  mixer  menunjukkan  bahwa  spektrum  chirp  fundamental  yang  dihasilkan berada pada rentang frekuensi 500‐3000MHz seperti yang diharapkan. Level  sinyal berada pada kisaran ‐0,08 dBm. Dalam hal ini terlihat bahwa mixer telah berada  pada level 1dB compresion pointnya dimana  dengan masukan  RF pada level 20.48 dBm,  mixer  melalkukan  konversi  dengan  loss  sebesar  18.47  dBm  jauh  dibawah  spesifikasi  linear dari datasheet yang diberikan.  Pada gambar 9d tampak bahwa keluaran mixer selain menghasilkan sisi frekuensi  pada rentang frekuensi yang diharapkan, juga menghasilkan sisi frekuensi pada freuensi  tinggi,  untuk  mengurangi  level  dari  sinyal  harmonik  dan  sinyal  yang  tidak  diharapkan  tersebut digunakan filter LPF VLF‐3000+ . Filter ini akan melewatkan frekuensi dibawah  3000Mhz. hasil pengukuran karakteristik dari filter ini ditunjukkan pada gambar 10 (kiri).  Tampak  bahwa  filter  memiliki  cut  off  frekuensi ‐3dB  pada  frekuensi  3425MHz,  dengan  insertion  loss  sebesar  1.41dBm  Sedangkan  keluaran  spektrum  chirp  dari  filter  ini  ditunjukkan pada gambar 10 (kanan). Tampak bahwa filter ini mampu meredam sinyal  yang  tidak  diinginkan  pada  level  30dBc  sampai  55dBc.  Sedangkan  keluaran  chirp  spektrum yang diinginkan berada pada level ‐1dBm. 

147

  

 

(a)                                                     (b) 

  

  

 

( c )                                                        ( d )  Gambar 9. (a) keluaran DRO & masukan port IN directional coupler, (b) keluaran port  CPL directional coupler, (c) keluaran port OUT directional coupler & masukan port LO  mixer dan (d) keluaran port IF mixer.   

  

 

Gambar 10. Karakteristik filter LPF (kiri) dan keluaran spektrum chirp setelah melewati  filter LPF (kanan). 

148

Pada bagian ini chirp telah siap untuk dipancarkan pada tahap selanjutnya chirp ini  akan  dilewatkan  melalui  sebuah  penguat  amplifier  untuk  meningkatkan  level  dayanya.  Dilain  pihak  sinyal  chirp  ini  juga  akan  diumpankan  sebagai  sinyal  LO  pada  mixer  penerima untuk memperoleh sinyal beat.   Untuk membagi sinyal chirp ini kedalam dua jalur digunakan splitter ZN2PD2‐50+,  yang  masing  masing  keluarannya  akan  bernilai sama  besar  dengan  loss sebesar  3dBm.  Keluaran  port  1  akan  masuk  ke  LO  mixer  sedangkan  keluaran  port  2  akan  masuk  ke  penguat daya transmitter. Gambar 11 masing masing menunjukkan keluaran dari port 1  dan  port  2  OUT  dari  splitter,  yang  menunjukkan  nilai  yang  identik.  Nilai  insertion  loss  berkisar  pada  level  ‐3.3dBm,  sesuai  dengan  nilai  yang  diberikan  pada  datasheet  dan  unjuk kerja yang diinginkan. Sehingga level keluarannya berada pada kisaran ‐4.31 dBm. 

  

 

Gambar 11. Spektrum chirp keluaran dari port 1 (kiri) dan port (2) splitter.  Setelah melewati Penguat Daya spektrum chirp yang dihasilkan dan level sinyalnya  ditunjukkan pada gambar 12. Sinyal inilah yang akan dilewatkan melalui sistem antenna.  Daya rata yang dihasilkan sebesar 29.32dBm dengan gain rata rata sebesar 34.72dBm.  Tampak bahwa spektrum chirp tidak flat dan memiliki level sinyal yang bervariasi sekitar  6dBm. 

149

  Gambar 12. Spektrum dan level sinyak keluaran dari Penguat Daya Pemancar  (transmitter) yang akan dilewatkan melalui antenna.  Pengujian antenna dan pengujian unjuk kerja sistem menggunakan antenna akan  dijelaskan  pada  bagian  selanjutnya.  Pada  tahap  ini  sistem  akan  diuji  menggunakan  loopback  cable.  Di  mana  keluaran  dari  Penguat  daya  transmitter  akan  dileatkan  pada  sebuah  kabel  dengan  panjang  1m  yang  mewakili  jarak  antenna  dengan  sebuah  obyek  berjarak  0.5m  dan  sebuat  attenuator  30  dBm  yang  mewakili  pelemahan  (loss)  yang  disebabkan  oleh  propagasi  dan  pemantulan.  Loopback  cable  ini  kemudian  dilewatkan  (diumpankan  kedalam  masukan  LNA),  yang  mewakili  sinyal  yang  diterima  oleh  sistem  radar TTW FMCW setelah dipantulkan oleh sebuah obyek.  Spektrum  keluaran  dari  LNA  ZX60‐33LN+  yang  mewakili  hasil  penerimaan  sisten  receiver  rdar  TTW  terhadap  sinyal  pantul  yang  diterima  dari  suatu  obyek  ditunjukkan  pada  gambar  13.  Tampak  bahwa  LNA  memiliki  gain  yang  sangat  bervariasi  sekitar  20dBm  pada  rentang  frekuensi  500MHz‐3000MHz.  Hal  ini  akan  mengakibatkan  level  sinyal  beat  yang  dihasilkan  akan  bervariasi  dan  mengurangi  sensitifitas  peneriaan,  terutama pada frekuensi tinggi.  

150

  Gambar 13. Flatness dari spektrum keluaran LNA.  Keluaran dari LNA akan dilewatkan melalui sepasang filter LPF VLF‐3000+ dan  HPF  SHP‐500+ yang membentuk konfigurasi filter BPF pada rentang frekeuensi 500‐3000MHz.  Filter ini ditujukan untuk meredam sinyal sinyal pengganggu yang tidak diinginkan yang  ikut  masuk  pada  sistem  penerima.  Karakteristik  filter  berdasarkan  hasil  pengukuran  ditunjukkan  pada  gambar  14.  Sedangkan  spektrum  chirp  keluaran  dari  pasangan  filter  LPF+HPF ini ditunjukkan pada gambar 15. Keluaran dari filter ini akan masuk ke port RF  dari beat mixer. 

  

 

Gambar 14. Karakteristik Filter LPF 3000MHz (kiri) dan HPF 500MHz (kanan). 

151

  Gambar 15. Spektrum keluaran filter LPF+HPF pada sisi penerima.  Keluaran  dari  filter  tersebut  selanjutnya  dimasukkan  melalui  port  RF  beat  mixer  ZEM4300+ (sisi penerima/receiver) bersama masukan LO yang berasal dari splitter yang  berasal  dari  sisi  pengirim  (transmitter).  Proses  pencampuran  ini  akan  menghasilkan  sinyal  beat  yang  merupakan  selisih  dari  chirp  yang  dikirimkan  dengan  chirp  yang  diterima. Frekuensi  dari sinyal beat inilah yang dikorelasikan terhadap jarak.  Pada dasarnya level sinyal LO yang dibutuhkan mixer ini untuk bekerja adalah 7dB,  tetapi  sinyal  yang  masuk  dari  keluaran  splitter  transmiter  berada  pada  level  ‐4dBm.  Tetapi  pada  hasil  pengujian  tampak  bahwa  mixer  ini  telah  /  tetap  mampu  bekerja  dengan level sinyal tersebut.   Keluaran  sinyal  beat  dari  mixer  beat  ditunjukkan  pada  gambar  16,  bersama  dengan  keluaran  sinyal  beat  setelah  melalui  penguat  sinyat  beat  (beat  amplifier).  Masing masing berupa : sinyal beat keluaran mixer dengan 1m loopback (a), sinyal beat   keluaran  mixer  dengan  2m  loopback  (b)  ,  sinyal  beat  keluaran  mixer  dengan  1m  loopback (a) sinyal beat keluaran mixer dengan 2m loopback (b)  Pada  gambar  tersebut  tampak  bahwa  frekuensi  beat  yang  dihasilkan  oleh  loopback  sepanjang  2m  lebih  tinggi  dibandingkan  frekuensi  beat  yang  dihasilkan  oleh  loopback  sepanjang  1m.  Hal  ini  mewakili  prinsip  bahwa  semakin  jauh  jarak  obyek  pemantul semakin panjang delay yang dialami oleh chirp sinyal yang diterima, sehingga 

152

akan menghasilkan frekuensi beat (selisih) yang lebih besar/tinggi.  Hal ini menunjukkan  bahwa  sistem  radar    yang  dikembangkan  telah  dapat  berfungsi  sesuai  dengan  prinsip  atau teori dasar sistem radar FMCW.   

  

 

( a )                                                    ( b ) 

  

 

( c )                                                    ( d )  Gambar 16. Frekuensi / sinyal beat.    IV. PENGUJIAN ANTENNA.  Antenna  memegang  peranan  penting  pada  sistem  radio,  termasuk  sistem  radar,  karena antenna merupakan divais yang mengubah sinyal pada dua media yang berbeda.  Untuk  kegiatan  pengembangan  through  wall  radar  ini  digunakan  antena  yang  dikembangan kegiatan lain di Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi. Antena  tersebut  diharapkan  mampu  bekerja  pada  rentang  frekuensi  500‐3000MHz.  Sebelum  antena  digunakan  perlu  diuji  atau  diukur  terlebih  dahulu  karakteristiknya.  Pengujian 

153

tahap  awal  dilakukan  dengan  melakukan  pengukuran  nilai  SWR  dan  coupling  antara  antena pemancar dan penerima.  Ada  dua  type  antena  yang  telah  dirancang  dan  dikembangan.  Tipe  pertama  ditunjukan  oleh  Gambar  17,  sedangkan  tipe  kedua  oleh  Gambar  18.  Hasil  pengukuran  SWR  dan  coupling  untuk  antena  pertama  dapat  dilihat  pada  Gambar  19.  Hasil  pengukuran parameter yang sama untuk antena kedua dapat dilihat pada Gambar 20. 

  Gambar 17. Fisik antenna UWB 500‐3000MHz tipe 1   

 

154

Gambar 18. Fisik antenna UWB 500‐3000MHz tipe 2 

  

 

Gambar 19. SWR (kiri) dan Coupling (kanan) antenna tipe pertama.   

  

 

Gambar 20. SWR (kiri) dan Coupling (kanan) antenna tipe kedua.  Secara umum dapat disimpulkan bahwa kedua tipe antenna yang telah dirancang  dan  dibuat  masih  perlu  perbaikan.  Antena  tipe  pertama  belum  memiliki  nilai  SWR  seperti yang disyaratkan (yaitu < 2), sedangkan antenna tipe kedua meskipun memiliki  SWR  yang  baik,  tetapi  gain  yang  dihasilkan  sangat  rendah  (‐4dB).  Untuk  itu  kami  mengadakan sepasang antena yang sudah teruji. Antena tersebut adalah antena Vivaldi  seperti ditunjukkan pada Gambar 21.  

155

  Gambar 21. Sepasang antena vivaldi terpasang  Meskipun  sudah  teruji,  kami  tetap  melakukan  pengukuran  yang  sama.  Hasilnya  dapat dilihat pada Gambar 22. 

   Gambar 22. SWR (kiri) dan Coupling (kanan) antenna Vivaldi. 

 

SWR cukup memenuhi syarat pada rentang frekuensi kerja radar. Namun besarnya  gain antena mengakibatkan coupling antara antena pemancar dan penerima yang tinggi  pula.   

156

V. PENGEMBANGAN DAN PENGUJIAN PROTOTYPE SOFTWARE   Sofware yang dikembangkan merupakan versi pengembangan dari sofware akuisi  data  yang  telah  dilakukan  pada  tahun  pertama  dengan  penambahan  fungsi‐fungsi  sebagai berikut.  1. Konfigurasi parameter radar.  2. Sinyal prosesing yang meliputi Perhitungan Range‐Doppler Radar.  3. Mekanisme penyimpanan Data  4. Visualisasi baik dalam bentuk raw data, A‐Scan maupun B Scan.  Software  dikembangkan  mengggunakan  MS  Visual  C++.Net  2008  untuk  mempermudah pembuatan GUI dengan tetap mendapatkan kekuatan dari bahassa C++  untuk mengakses perangkat.keras dan perhitungan yang lebih cepat.   Gambar  23  menunjukkan  tampilan  GUI  Software  yang  dikembangkan  saat  menampilkan  sinyal  beat  dalam  format  raw  data  dalam  time  domain.  Gambar  24  menunjukkan    GUI  saat  menampilkan  sinyal  beat  dalam  domain  frekuensi  setelah  melalui proses FFT tahap pertama yang menghasilkan informasi frekuensi beat beserta  korelasi  jaraknya.  Gambar  25  menunjukan  GUI  dalam  mode  A‐Scan  yang  menggambarkan  sinyal  A‐Scan  dalam  domain  frekuensi  (jarak)  hasil  dari  pemrosesan  Range‐Doppler  (FFT  tahap  kedua). Sedangkan  gambar  26 menunjukkan  penggambaran  B‐Scan.   Gambar 23‐26 merupakan hasil dari masukan ADC yang berupa sinyal frekuensi  tunggal  330kHz  yang  berasal  dari  Signal  Generator.  Pada  gambar  23  tampak  bahwa  sinyal  yang  didapatkan  tampak  terpotong  dengan  interval  tertentu  (periodik),  hal  ini  disebabkan oleh modul akuisisi data yang memiliki buffer terbatas. Sehingga sinyal yang  didapatkan bukan  merupakan satu periode sweep seperti yang diharapkan. Hal ini akan  sangat  berpengaruh  pada  proses  perhitungan  doppler,  tetapi  tidak  akan  berpengaruh 

157

pada  perhitungan  range.  Hal  ini  memerlukan  solusi  pemecahannya  dalam  pengembangan ke depan.   

  Gambar 23. GUI dalam mode time domain.   

  Gambar 24. GUI dalam mode frekuensi domain.   

158

  Gambar 25. GUI dalam mode A‐Scan.  Tampak  pada  gambar  24  dan  25  bahwa  sinyal  setelah  mengalami  proses  FFT  1  dan  FFT  2,  tepat  berada  pada  frekuensi  yang  diinginkan  (330kHz).  Dan  gambar  B‐Scan  (gambar  26)  yang  dihasilkan  juga  menunjukkan  hasil  yang  sama,  yaitu  bahwa  sinyal  berkorelasi dengan jarak 19 m sesuai dengan teori. 

  Gambar 26. GUI dalam mode B‐Scan. 

159

  VI. PENGUJIAN SISTEM  Pada  pengujian  sistem  tahap  pertama,  dilakukan  pengujian  dengan  melakukan  loop back di mana kedua antena diganti dengan kabel dengan panjang 1 dan 10 meter.  Hasilnya  bisa  dilihat  pada  Gambar  27  dan  28.  Pada  kedua  gambar  tersebut  tampak  bahwa  sistem  transceiver    dan  pemrosesan  sinyal  sebenarnya  telah  berfungsi  dengan  ditunjukkannya perubahan letak obyek yang tergambar pada gambaran B‐Scannya.  Pengujian  selanjutnya  dilakukan  dengan  menggunakan  antena,  di  mana  antena  penerima  diletakkan  secara  tetap  pada  sisi  receiver,  sedangkan  antena  pemancar  dihubungkan dengan kabel sepanjang 10 meter dan kemudian digerakkan maju mundur  pada  jarak  tertentu  terhadap  antena  penerima.  Hal  ini  dilakukan  untuk  men‐simulasi  delay,  seolah  olah  terdapat  obyek  pemantul  yang  bergerak  yang  menyebabkan  perubahan  jarak  lintasan  gelombang  radio.  Dalam  percobaan  ini  jarak  antara  antena  pemancar‐objek  pemantul‐antena  penerima  diwakili  oleh  jarak  rambat  antara  kedua  antena yang saling berhadapan. Gambar 29 menunjukkan hasil visualisasi B‐Scan nya. 

  Gambar 27. Pengujian sistem dengan kabel loopback sepanjang 1m.    160

  Gambar 28. Pengujian sistem dengan kabel loopback sepanjang 10m.   

  Gambar 29. hasil pengujian system dengan simulasi perubahan jarak lintasan gelombang  antar antenna.  Gambar 30 menunjukkan berbagai konfigurasi pengujian prototype through wall  radar,  baik  ketika  dicoba  untuk  mendeteksi  obyek,  baik  yang  berada  di  balik  dinding  maupun tidak. 

161

  Gambar 30. Pengujian prototype.   

162

  Gambar 31. Prototype dengan sepasang antena Vivaldi  Pada  pengujian  sistem  tahap  kedua,  kedua  antena  dipasang  pada  tempatnya.  Kemudian  sebuah  reflektor  dengan  bentuk  seperti  ditunjukkan  oleh  Gambar  32  ditempatkan dan digerakkan di depan sistem radar, tanpa ada dinding di antaranya. 

163

Gambar 32. Reflektor 

 

Gambar  33.  menunjukkan  B‐Scan  yang  dihasilkan  radar  ketika  reflektor  ditempatkan di depan radar tanpa dinding yang memisahkan keduanya. 

Gambar 33. B‐Scan, reflektor di depan radar.       

 

164

Gambar 34. B‐Scan, dengan reflektor bergerak menjauhi radar 

 

Gambar  34.  menunjukkan  B‐Scan  yang  dihasilkan  radar  ketika  reflektor  ditempatkan  di  depan  radar  kemudian  digerakkan  menjauh.  Dapat  diamati  bahwa  B‐ Scan  menunjukkan  perubahan  yang  berkorelasi  denga  gerakan  reflektor.  Namun,  setelah melewati jarak tertentu reflektor tidak bisa lagi di amat dalam B‐Scan. 

Gambar 35. B‐Scan, dengan reflektor bergerak menjauhi radar 

 

Pada pengujian sistem tahap berikutnya, kedua antena dipasang pada tempatnya.  Kemudian reflektor ditempatkan dan digerakkan di depan sistem radar, di balik dinding  165

tembok  berintikan  batu  bata.  Hasilnya  ditunjukkan  oleh  Gambar  36.  Hasil  B‐Scan  menunjukkan  tidak  ada  perubahan  yang  berkorelasi  dengan  adanya/bergeraknya  reflektor  di  balik  tembok.  Perubahan  yang  bisa  kita  amati  adalah  pengaruh  gerakan  orang di dalam ruangan yang sama di mana radar di tempatkan. Sinyal yang dipancarkan  memiliki  daya  30dBm.  Dengan  asumsi  bahwa  sinyal  tersebut  sudah  cukup  kuat,  maka  penerima  masih  belum  cukup  sensitif  untuk  menerima  sinyal  pantulan  yang  telah  melewati tembok dua kali. Untuk mengatasi hal ini gain LNA perlu ditingkatkan.  

  Gambar 36. B‐Scan, dengan reflektor di balik dinding. 

 

  VII. KESIMPULAN  Pengembangan hardware dan software Through Wall Radar telah dilakukan. Radar  menggunakan teknologi UWB FM‐CW. Perbaikan telah dilakukan pada pembangkit chirp  wideband  meliputi  perbaikan  bandwidth  LPF  untuk  chirp  narrowband  dan  perbaikan  loop filter. Namun pembangkit chirp wideband tetap tidak mampu menghasilkan sinyal  chirp dengan grafik gigi gergaji pada fungsi frekuensi terhadap waktu. Untuk mengatas 

166

kendala ini, pembangkit chirp diprogram dengan grafik segitiga dan hanya bagian sinyal  di mana frekuensi naik yang digunakan.  Hasil pengujian menunjukkan sistem radar, baik hardware maupun software, telah  berfungsi  sebagaimana  mestinya.  Namun,  sistem  masih  memiiki  masalah  dengan  senstivitas.  Sistem  belum  mampu  mendeteksi  reflektor  yang  ditempatkan  pada  jarak  lebih  dari  jarak  tertentu,  meskipun  radar  masih  mampu  mendeteksi  objek  besar  di  belakang reflektor. Sistem juga belum bisa mendeteksi reflektor di balk dinding tembok.  Hal ini dikarenakan gain LNA yang masih terlalu kecil. Indikasi lain dari terlalu kecilnya  gain LNA adalah sinyal beat yang ditimbulkan oleh kopling antara antena pemancar dan  penerima yang belum terpotong (klipped).     DAFTAR PUSTAKA  1. Daniels, D.J., Surface Penetrating Radar, IEE, London, 1996  2. Daniels, David J., Ground Penetrating Radar, 2nd Edision, IEE, London, 2004  3. Jol, Harry M., Ground Penetrating Radar Theory and Applications, Elsevier Science &  Technology, 2009  4. Chia, M Y W, Leong S W, Sim C K, Chan K M‐ “Through‐Wall UWB Radar Operating  Within  FCC’s  Mask  for  Sensing  Heart  Beat  and  Breathing  Rate”,  2005  European  Microwave Conference, Oct 4‐6, Paris, France.  5. Hamran, Svein‐Erik, et all., Gated UWB FMCW/SF Radar for Ground Penetration and  Through the Wall Applications, NATO Publication  6. Kouemou,  Guy,  Radar  Technology,  ISBN  978‐953‐307‐029‐2,  INTECH,  Croatia,  December 2009.  7. Aqsa, Patel, Signal Generation for FMCW Ultra‐Wideband Radar, Master of Science  Thesis, Electrical Engineering and Computer Science, University of Kansas, 2009  8. Jang, B.‐J. et al., Wireless Bio‐Radar Sensor For Heartbeat And Respiration Detection,  Progress In Electromagnetics Research C, Vol. 5, 149–168, 2008 

167

9. D'Urso  ,  M.  et  al.,  A  Simple  Strategy  For  Life  Signs  Detection  Via  An  X‐Band  Experimental  Set‐Up,  Progress  In  Electromagnetics  Research  C,  Vol.  9,  119‐129,  2009  10. Boric‐Lubecke,  Olga    et  al.,    Doppler  Radar  Architectures  and  Signal  Processing  for  Heart Rate Extraction, Microwave Review, Decembar 2009  11. Yamaguchi,  Yoshio  et  al.,  Human  Body  Detection  in  Wet  Snowpack  by  an  FM‐CW  Radar, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol.30, No.1, January  1992  12. Purdy, Robert J. et al., Radar Signal Processing,  Lincoln Laboratory Journal,  Volume  12, Number 2, 2000  13. Yamaguchi, Yoshio et al., Detection of Objects Buried in Wet Snowpack by an FM‐ CW  Radar,  IEEE  Transactions  on  Geoscience  and  Remote  Sensing,  Vol.29,  No.2,  March 1991  14. Millot, P. and Maaref, N., UWB FM‐CW Radar for Through‐The‐Wall Sensing,   15. Ferrier,  Jean  Marie,  Comparison  of  Two  UWB  Techniques:  Step  Frequency  and  FMCW Technique,  16. Maaref,  Nadia,  FMCW  Ultra‐Wideband  Radar  For  Through‐The‐Wall  Detection  of  Human Beings,  17. Harris, T. L. et al.,  Range‐Doppler Radar Signal Processing with Spectral Holography,  18. Hamran, Svein‐Erik et al.,  Gated UWB FMCW/SF Radar for Ground Penetration and  Through the Wall Applications   19. Ivashov, S.I. et al., Detection of Human Breathing and Heartbeat by Remote Radar,   Progress in Electromagnetic Research Symposium 2004, Pisa, Italy, March 28 ‐ 31  20. Immoreev,  I.  Y.  et  al.,  Ultra‐Wideband  Radar  For  Remote  Detection  And  Measurement  Of  Parameters  Of  The  Moving  Objects  On  Small  Range,  Ultra  Wideband  and  Ultra  Short  Impulse  Signals,  19‐22  September,  2004,  Sevastopol,  Ukraine pp. 1‐3  21. Immoreev,  Igor  Y.,  Practical  Application  Of  Ultra‐Wideband  Radars,  Ultrawideband  and Ultrashort Impulse Signals, 18‐22 September, 2006, Sevastopol, Ukraine 

168