PEMBUATAN SUMBER TENAGA LISTRIK CADANGAN MENGGUNAKAN SOLAR CELL, BATERAI DAN INVERTER UNTUK KEPERLUAN RUMAH TANGGA. Skripsi

PEMBUATAN SUMBER TENAGA LISTRIK CADANGAN MENGGUNAKAN SOLAR CELL, BATERAI DAN INVERTER UNTUK KEPERLUAN RUMAH TANGGA

Skripsi Diajukan Oleh

ANDA ANDYCKA S NIM. 090821016

DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM SUMATERA UTARA MEDAN 2013

Universitas Sumatera Utara

PERSETUJUAN

JUDUL

:

PEMBUATAN SUMBER TENAGA LISTRIK CADANGAN MENGGUNAKAN SOLAR CELL, BATERAI

DAN

INVERTER

UNTUK

KEPERLUAN RUMAH TANGGA KATEGORI

:

SKRIPSI

NAMA

:

ANDA ANDYCKA S

NIM

:

090821016

PROGRAM STUDI

:

SARJANA (S-1) FISIKA INSTRUMENTASI

DEPARTEMEN

:

FISIKA

FAKULTAS

:

MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Diluluskan di Medan, 1 Februari 2014

Diketahui/disetujui oleh Program Studi S-1 Fisika Instrumentasi Ketua

Pembimbing

Dr. Marhaposan Situmorang

Drs. Kurnia Brahmana, M.Si

NIP. 195510301980031003

NIP. 196009301986011001


PERYATAAN

PEMBUATAN SUMBER TENAGA LISTRIK CADANGAN MENGGUNAKAN SOLAR CELL, BATERAI DAN INVERTER UNTUK KEPERLUAN RUMAH TANGGA

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing masing disebutkan sumbernya

Medan,

Januari 2012

Anda Andycka S 090821016


ABSTRAK

Salah satu permasalahan dalam bidang energi listrik adalah keterbatasan sumber energi fosil yang merupakan sumber utama penghasil energi listrik di Indonesia. Untuk mengurangi dampak ketergantungan listrik terhadap ketersediaan fosil ini, maka dibutuhkan sumber energi listrik baru yang dapat diperbaharui. Solar cell merupakan salah satu sumber penghasil energi listrik, yang bersumber dari cahaya matahari yang tidak terbatas, dan ramah lingkungan. Dikarenakan sumber dari solar cell ini adalah matahari, maka keluaran dari solar cell inipun tidak stabil, karena berubah ubah sesuai dengan cuaca yang terjadi dan lingkungan disekitarnya, maka dibutuhkan suatu penyimpanan energi yang dapat menampung energi listrik keluaran solar cell. Baterai adalah salah satu peralatan yang dapat menyimpan energi listrik dan dapat menampung energi keluaran yang berasal dari solar cell. Penelitian dilaksanakan untuk merancang system pencatuan solar cell pada baterai sehingga energy listrik tersimpan dapat digunakan untuk penerangan dan keperluan rumah tangga.


ABSTRACT

One of problems in electrical energy is the limited source of fossil, which is main source of electrical energy in indonesia. The solution for this problem can be solved by using renewable energy. Solar cell is one of electrical source, which is using sunlight as a source, sustainable and green energy. Because solar cell come from sunlight, so the output is unstable depending on weather and environment. One of solutions is using battery to store energy. Research was conducted to design a Solar Cell to Battery Charging System so the stored electrical energy could be used for lighting and home use.


KATA PENGANTAR

Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia – Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul : “Pembuatan Sumber Tenaga Listrik Cadangan Menggunakan Solar Cell, Baterai dan Inverter Untuk Keperluan Rumah Tangga”. Skripsi ini dibuat untuk memenuhi salah satu syarat untuk meraih gelar Sarjana Sains pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Departemen Fisika Universitas Sumatera Utara. Dalam penulisan skripsi ini hingga selesai, penulis menyadari bahwa, tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan skripsi ini, sangatlah sulit bagi penulis untuk menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu, dengan keikhlasan dan kerendahan hati, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Drs. Kurnia Brahmana, M.Sc selaku dosen pembimbing saya yang telah bersedia dengan sabar meluangkan waktunya untuk membimbing dan mengarahkan penulis untuk menyelesaikan skripsi ini. 2. Bapak Dr. Sutarman, M.Sc selaku dekan di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua Departemen Fisika FMIPA – USU. 4. Buat istri tersayang Maya Mayyesa, yang telah membantu penulis untuk menyelesaikan penulisan skripsi ini. Untuk dukungan, kepercayaan, dan semangat yang telah engkau berikan selama penulisan skripsi ini, terima kasihku dan juga kasih sayangku yang tulus untuk dirimu, sayangku. I Love you. 5. Buat anakku Muhammad Robby Filasa Sitorus, yang selalu membuat penulis kehilangan rasa penatnya dan juga rasa frustasinya dengan tingkahnya yang


lucu dan menggemaskan. Semoga engkau dapat tumbuh dengan baik dan menjadi anak yang berbakti, sehat selalu dan menjadi manusia yang selamat baik di dunia maupun di akhirat kelak. Amin. 6. Buat kedua orang tua dan juga mertua dari penulis. Terima kasih atas dukungan yang teramat banyak yang telah diberikan kepada penulis. Maaf jika ada kelakuan penulis yang salah selama masa penulisan skripsi ini, Dan juga terima kasih atas segala doa yang dipanjatkan kepada Allah SWT untuk kesuksesan penulisan Skripsi. 7. Kepada Atasan dan juga teman-teman PNS di tempat kerja saya yang telah memberi dukungan moril pada saya selama penulisan Skripsi ini 8. Seluruh Dosen dan Karyawan Departemen Fisika FMIPA – USU yang juga telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan penulisan skripsi ini baik langsung maupun tidak langsung. Penulis menyadari Skripsi ini masih belum sempurna baik dalam hal materi dan penyajiannya. Untuk ini dengan segala kebesaran hati, penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari semua pihakl yang dapat menjadi bahan masukan bagi penulisan ke depan. Akhir kata, penulis berharap bahwa skripsi ini akan dapat berguna bagi pembaca.

Medan, 30 Januari 2013 Penulis

Anda Andycka S NIM. 090821016


DAFTAR ISI

ABSTRAK . ................................................................................................. i ABSTRACT ................................................................................................ ii KATA PENGANTAR . ............................................................................... iii DAFTAR ISI ............................................................................................... v DAFTAR GAMBAR . ................................................................................. ix DAFTAR TABEL ...................................................................................... xii BAB I

BAB II

PENDAHULUAN ..................................................................... 1 1.1.

Latar Belakang ............................................................... 1

1.2.

Tujuan Penelitian ........................................................... 4

1.3.

Pembatasan Masalah ...................................................... 4

1.4.

Metodologi Penelitian .................................................... 4

1.5.

Manfaat Penelitian ......................................................... 5

TINJAUAN PUSTAKA ........................................................... 6 2.1.

Sel Surya ........................................................................ 6 2.1.1. Sejarah Sel Surya ............................................... 6 2.1.2. Proses pembangkitan arus pada Solar Cell ........ 9 2.1.3. Efek Photofoltaic ................................................ 12


2.1.4. Kurva IV ............................................................ 12 2.1.5. Arus Short Circuit .............................................. 13 2.1.6. Tegangan Open Circuit ...................................... 14 2.1.7. Efek Resistif ....................................................... 15 2.1.8. Efek Temperatur ................................................. 16 2.1.9. Efek Intensitas Cahaya Matahari ....................... 18 2.2.

Sistem Penyimpanan Energi (Baterai) . .......................... 19 2.2.1. Tegangan Baterai ............................................... 20 2.2.2. Kapasitas Baterai ................................................ 21 2.2.3. Parameter charging dan Discharging Baterai ..... 23 2.2.4. Battery State of Charge (BSOC) ........................ 24 2.2.5. Depth of Discharge (DOD) ................................ 25

2.3.

Mikrokontroler ATMega 8535 ....................................... 26 2.3.1. Arsitektur ATMega 8535 ................................... 27 2.3.2. Fitur ATMega 8535 ........................................... 28 2.3.3. Konfigurasi Pin ATMega 8535 .......................... 29 2.3.4. Bahasa Pemrograman AVR ............................... 30

2.4.

BAB III

Inverter ........................................................................... 30

METODOLOGI PEMBANGUNAN ALAT . ......................... 33 3.1.

Tempat Pembangunan Alat . ........................................... 33

3.2.

Perancangan Sistem Alat ............................................... 33 3.2.1. Cara kerja Sistem ............................................... 34


3.2.2. Pencatuan Energi Listrik dari Solar Cell ke Baterai ........................................................... 34 3.2.3. Pengubahan energy listrik DC dari Baterai menjadi energi listrik AC .................................................. 36 3.2.4. Penerusan Energi Listrik dari Inverter ke Beban 3.3.

36

Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras ................... 37 3.3.1. Modul Sel Surya ................................................. 37 3.3.2. Modul Charger ................................................... 37 3.3.3. Modul Baterai .................................................... 39 3.3.4. Modul Inverter ................................................... 39 3.3.5. Modul Power Changeover / Relay ..................... 40 3.3.6. Modul PSA (Power Supply) .............................. 40 3.3.7. Modul Mikrokontroller ...................................... 41

3.4.

BAB IV

Diagram Alir .................................................................. 42

HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................ 43 4.1.

Pengujian ADC .............................................................. 43

4.2.

Pengujian Beban ............................................................ 44

4.3.

Karakterisasi Solar Cell dengan menggunakan Multimeter Digital ............................................................................. 46

4.4.

Pengujian Minimum Sistem ........................................... 47

4.5.

Pengujian LCD ............................................................... 48

4.6.

Pengujian LCD dan Solar Cell ....................................... 49


4.6.1. Pengujian Hari Pertama ..................................... 50 4.6.2. Pengujian Hari Kedua ........................................ 52 4.6.3. Pengujian Hari Ketiga ........................................ 53 4.7.

BAB V

Penggunaan Alat ............................................................. 55

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1.

Kesimpulan ..................................................................... 57

5.2.

Saran ............................................................................... 58

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN


DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1

Pembangkit Listrik Tenaga Batubara di Tampa, USA ....... 1

Gambar 1.2

Sekeping Solar Cell ............................................................ 2

Gambar 2.1

Transfer Energi Surya ke Bumi .......................................... 7

Gambar 2.2

Foton yang menciptakan Elektron Hole .............................. 10

Gambar 2.3

Pergerakan Elektron dan Hole ........................................... 11

Gambar 2.4

Pertemuan Elektron dan Hole ............................................. 11

Gambar 2.5

Kurva IV solar cell yang menunjukkan arus short circuit .. 13

Gambar 2.6

Kurva IV solar cell yang menunjukkan tegangan open circuit ................................................................................. 14

Gambar 2.7

karakteristik Resistansi ....................................................... 15

Gambar 2.8

Resistansi seri dan shunt pada rangkaian solar cell ........... 15

Gambar 2.9

Efek temperature pada karakteristik IV solar cell .............. 17

Gambar 2.10

Kurva IV terhadap perubahan intensitas cahaya matahari . 19

Gambar 2.11

Kurva tegangan baterai saat discharge untuk beberapa baterai ................................................................................. 21

Gambar 2.12

Tegangan open circuit Vs sisa kapasitas baterai Lead Acid


pada 25 celcius ................................................................... 25 Gambar 2.13

Diagram Fungsional ATmega8535 .................................... 28

Gambar 2.14

Pin ATmega8535 ............................................................... 30

Gambar 2.15

Power Inverter .................................................................... 31

Gambar 3.1

Diagram Blok Sistem ......................................................... 33

Gambar 3.2

Modul Surya ....................................................................... 37

Gambar 3.3

Solar Charger ..................................................................... 38

Gambar 3.4

Batere ................................................................................. 39

Gambar 3.5

Power Inverter 300 Watt .................................................... 39

Gambar 3.6

Power Changeover ............................................................. 40

Gambar 3.7

Power Supply ..................................................................... 40

Gambar 3.8

Modul LCD dan Mikrokontroler ........................................ 41

Gambar 3.9

Diagram Alir Sistem .......................................................... 42

Gambar 4.1

Pengujian ADC setelah penambahan penguat instrumentasi 43

Gambar 4.2

Grafik Beban ...................................................................... 44

Gambar 4.3

Grafik perbandingan beban sebenarnya dan beban terukur

Gambar 4.4

Skema Karakterisasi Solar Cell .......................................... 46

45


Gambar 4.5

Grafik pengukuran Perubahan Arus dan Tegangan Solar Cell menggunakan Multimeter Digital ...................................... 47

Gambar 4.6

Grafik Hasil Pengujian Hari Pertama ................................. 51

Gambar 4.7

Grafik Hasil Pengujian Hari Kedua ................................... 53

Gambar 4.8

Grafik Hasil Pengujian Hari Ketiga ................................... 54


DAFTAR TABEL

Tabel 4.1

Perbandingan Beban, Beban Terukur, dan Deviasi . .......... 45

Tabel 4.2

Pengujian Minimum LED .................................................. 48

Tabel 4.3

Hasil Pengujian Alat Hari Pertama ..................................... 51

Tabel 4.4

Hasil Pengujian Alat Hari Kedua ....................................... 52

Tabel 4.5

Hasil Pengujian Alat Hari Ketiga ....................................... 54


PEMBUATAN SUMBER TENAGA LISTRIK CADANGAN MENGGUNAKAN SOLAR CELL, BATERAI DAN INVERTER UNTUK KEPERLUAN RUMAH TANGGA. Skripsi

Recommend Documents