RANCANG BANGUN LAMPU PENERANGAN UMUM DENGAN SUMBER ENERGI MATAHARI DI DAERAH LOKASI PENGUNGSIAN GUNUNG SINABUNG LAPORAN TUGAS AKHIR Disusun Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Menyelesaikan Program Diploma III
Oleh:
ANDRIAN RAYMOND MARBUN
JEFRY ARISTON L GAOL
NIM: 1205031009
NIM: 1205031025
MARULAM SIMBOLON
MENTARI MAULANIA
NIM: 1205031029
NIM: 1205031031
PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
ABSTRAK
Penerangan merupakan salah satu kebutuhan yang menggunakan energi listrik dan kenyataan
masih banyak daerah yang belum teraliri listrik. Penerangan di
butuhkan antara lain untuk memberi efek keindahan dan kenyamanan saat berada di lokasi
pengungsian
gunung
sinabung
dimalam
hari,
sehingga
diperlukan
peneranganyang mampu mendukung dan layak untuk aktifitas tersebut. Untuk itu diperlukan suatu sistem penerangan jalan yang hemat energi dan menggunakan energi baru terbarukan, hal ini dapat diperoleh dengan memanfaatkan lampu LED yang memancarkan cahaya putih sebagai sumber penerangan dan panel surya sebagai pembangkit listrik. Perencanaa alat menggunakan panel surya kemudian energi yang dihasilkan akan disalurkan oleh battery charger regulator (BCR) dan disimpan pada baterai karena energi akan digunakan pada malam hari. Energi listrik yang telah tersimpan dalam baterai akan digunakan untuk menyalakan lampu LED sebagai penerangan jalan. Penerangan jalan direncanakan dapat dioprasikan otomatis dengan diskiripsi kerja penerangan jalan akan menyala saat cahaya untuk charging tidak terdeteksi menggunakan sensor penditeksi cahaya pada panel surya, untuk penghematan energi penerangan akan padam pada saat cahaya untuk charging kembali terdeteksi lagi.
Kata Kunci : Panel Surya, BCR, Baterai, Lampu LED
iii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan rahmat-Nya, sehingga Penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Laporan
tugas
akhir
ini
disusun
untuk
memenuhi salah
satu
syarat
menyelesaikan Pendidikan Program Dimploma 3 di Politeknik Negeri Medan. Adapun judul tugas akhir ini adalah: “Rancang Bangun Lampu Penerangan Umum Dengan Sumber Energi Matahari Di Daerah Lokasi Pengungsian Gunung Sinabung.” Dalam pembuatan laporan tugas akhir ini Penulis banyak menemukan kendala yang sulit untuk diselesaikan. Namun, atas bantuan dari berbagai pihak, akhirnya kendala-kendala tersebut diatasi. Atas bantuan dan bimbingan yang penulis terima selama pengerjaan laporan tugas akhir ini, penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1.
M Syahruddin ST., MT., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan.
2.
Ir Junaidi, M.T , selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan.
3.
Ir Gunoro,ST., MT., selaku Kepala Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Medan.
4.
Ir N Banu Saputra, MT., selaku Dosen pembimbing yang telah memberikan waktu, perhatian, petunjuk dan arahan serta membimbing penulis dengan sabar dalam pengerjaan tugas akhir ini hingga selesai.
5.
Ir. Rafian Nauli Hasibuan, M.T, sebagai dosen wali kelas EL-6B yang telah banyak memotivasi penulis dalam penyusunan tugas akhir ini dan mengajari banyak hal sehingga penulis memperoleh banyak ilmu.
6.
Seluruh dosen, staf dan pengajar Program Studi Teknik Listrik.
7.
Buat Ayahanda dan Ibunda serta saudara kami yang tercinta yang telah memberi dukungan baik dalam semangat, nasihat, serta materi terlebih dalam dukungan doa sehingga kami dapat menyelesaikan pendidikan Diploma III Politeknik Negeri Medan.
8.
Teman-teman penulis yang telah membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
iv
v
Akhir kata penulis mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan laporan ini. Semoga Allah SWT senantiasa memberikan rahmat serta hidayahnya kepada kita semua. Semoga laporan ini bermanfaat bagi siapapun yang membacanya. Selain itu kritik dan saran yang membangun juga diharapkan penulis sebagai modal awal dalam perbaikan dan pelajaran bagi penulis kedepannya. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi siapapun yang membacanya dan melihatnya. Medan, 09 September 2015 Hormat kami,
Penulis
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ..................................................................................................... LEMBAR PERSETUJUAN.................................................................................................... ii ABSTRAK ........................................................................................................................... iii KATA PENGANTAR........................................................................................................... iv DAFTAR ISI ........................................................................................................................ vi DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................ ix DAFTAR TABEL..................................................................................................................x BAB I ...................................................................................................................................1 PENDAHULUAN .................................................................................................................1 1.1
Latar Belakang Masalah..............................................................................................1
1.2
Batasan Masalah ........................................................................................................2
1.3
Rumusan Masalah ......................................................................................................2
1.4
Tujuan Pembuatan Proyek ..........................................................................................2
1.5
Manfaat Pembuatan Proyek.........................................................................................2
1.6
Metode Penulisan .......................................................................................................3
BAB II ..................................................................................................................................4 LANDASAN TEORI .............................................................................................................4 2.1
Sumber Energi Angin .................................................................................................5
2.1.1
Kelebihan.......................................................................................................... 5
2.1.2
Kekurangan....................................................................................................... 6
2.2
Sumber Energi Air .....................................................................................................6
2.3
Sumber Energi Biomassa ............................................................................................8
2.4
Sumber Energi Pasang Surut .................................................................................... 10
2.5
Sumber Energi Gelombang Laut................................................................................ 10
2.6
Energi Matahari ....................................................................................................... 11
2.7
Sejarah Penemuan Sel Surya ..................................................................................... 12
2.7.1 2.8
Panel Surya ..................................................................................................... 12
Prinsip Kerja Sel Surya ............................................................................................. 19
2.8.1
Polikristal........................................................................................................ 20
2.8.2
Monokristal..................................................................................................... 21 vi
vii
2.8.3 2.9
Sliver............................................................................................................... 22
Battery Charge Regulator (BCR) ............................................................................... 23
2.10
Baterai................................................................................................................ 25
2.10.1.
Karakteristik Baterai ................................................................................... 29
2.10.2.
Karakteristik Pengosongan ......................................................................... 30
2.10.3.
Pengisian Baterai......................................................................................... 31
2.10.4
Perhitungan Kapasitas Baterai .................................................................... 33
2.10.5
Jumlah bahan aktif ...................................................................................... 34
2.10.6.
Temperatur .................................................................................................. 34
2.10.7.
Waktu dan arus pengeluaran ....................................................................... 34
2.11
LED (Light Emiting Diode) ................................................................................. 35
2.12
Kabel Instalasi pada panel surya........................................................................... 37
BAB III ............................................................................................................................... 38 PERENCANAAN................................................................................................................ 38 3.1
Blok Diagram .......................................................................................................... 38
3.2
Deskripsi Kerja ........................................................................................................ 38
3.3
Perhitungan Intensitas Cahaya ................................................................................... 40
3.4
Perhitungan Kapasitas Baterai................................................................................... 41
3.5
Perhitungan Kapasitas Panel Surya ............................................................................ 42
3.6
Perhitungan Kapasitas BCR ...................................................................................... 43
3.7
Diagram Pengawatan................................................................................................ 44
3.8
Cara Kerja Sistem Penerangan .................................................................................. 45
3.9
Panel Kontrol ........................................................................................................... 46
3.10
Diagram Konstruksi ............................................................................................ 48
3.11
Alat dan Bahan Yang Digunakan ......................................................................... 49
3.11.1.
Peralatan...................................................................................................... 51
3.11.2.
Bahan yang Diperlukan............................................................................... 52
BAB IV............................................................................................................................... 53 HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................................. 53 4.1
Analisa Pengujian dan Pengukuran ............................................................................ 53
4.2
Pengujian Tegangan Open Circuit Panel Surya ........................................................... 53
viii
4.3
Pengujian pengisian baterai dan beban nol ................................................................. 57
4.4
Pengujian dengan beban Lampu 5 W dan 12 W .......................................................... 63
4.5
Efesiensi .................................................................................................................. 70
BAB V ................................................................................................................................ 72 SIMPULAN DAN SARAN .................................................................................................. 72 5.1 SIMPULAN................................................................................................................. 72 5.2 SARAN ....................................................................................................................... 72 DAFTAR PUSTAKA........................................................................................................... 73
DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Simbol Sel Surya ................................................................................................ 13 Gambar 2. 2 Rangkaian Ekivalen Sel Surya ........................................................................... 13 Gambar 2. 3 Efek Photovotaic Mengkonversi Foton Ke Voltase Melalui P-N Junction ....... 14 Gambar 2. 4 Konstruksi Dasar Sel surya ................................................................................ 15 Gambar 2. 5 Beberapa Sel Menjadi Modul Dan Beberapa Modul Menjadi Array Cell Module Array......................................................................................................................................... 16 Gambar 2. 6 Ilustrasi kerja Sel Surya dengan beban lampu DC ............................................. 19 Gambar 2. 7 Bentuk fisik polikristal solar cell........................................................................ 20 Gambar 2. 8 Bentuk Fisik Monokristal solar cell ................................................................... 21 Gambar 2. 9 Rangkaian pengisi baterai jenis on-offregulation type serie .............................. 24 Gambar 2. 10 Baterai Charge Regulator (BCR) type MPPT .................................................. 26 Gambar 2. 11 BCR (Battery Charge Regulator) tipe PWM................................................... 26 Gambar 2. 12 Rangkaian Ekivalen BCR................................................................................. 27 Gambar 2. 13 Baterai .............................................................................................................. 28 Gambar 2. 14 Menunjukan beberapa kurva pengosongan umum dari suatu batera i. ............. 30
Gambar 3. 1 Gambar Diagram Pengawatan .............................................................................44 Gambar 3. 2 Gambar Layout Dalam Kotak Panel ...................................................................46 Gambar 3. 3 Gambar Layout Depan Pintu Panel .....................................................................47 Gambar 3. 4 Gambar Diagram Konstruksi...............................................................................48
Gambar 4. 1 Gambar Rangkaian Pengukuran Open Circuit ................................................... 53 Gambar 4. 2 Grafik Pengukuran Tegangan Open circuit ........................................................ 54 Gambar 4. 3 Grafik Pengukuran Tegangan Open circuit ........................................................ 55 Gambar 4. 4 Grafik Pengukuran Tegangan Open circuit ........................................................ 56 Gambar 4. 5 Gambar rangkaian pengukuran beban nol dan pengisian bater .......................... 58 Gambar 4. 6 Rangkaian pengujian dengan beban ................................................................... 63 Gambar 4. 7 Grafik Pengosongan 12w ................................................................................... 67 Gambar 4. 8 Grafik Pengosongan 5w ..................................................................................... 70
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 3. 1 Tabel daftar alat yang diperlukan............................................................................ 51 Tabel 3. 2 Tabel daftar bahan yang diperlukan ........................................................................ 52 Tabel 4. 1 Data hasil pengukuran tegangan open circuit panel surya ...................................... 54 Tabel 4. 2 Data hasil pengukuran tegangan open circuit panel surya ...................................... 55 Tabel 4. 3 Data hasil pengukuran tegangan open circuit panel surya ...................................... 56 Tabel 4. 4 Pengisian Baterai..................................................................................................... 59 Tabel 4. 5 Pengujian beban nol ................................................................................................ 59 Tabel 4. 6 Pengisian Baterai..................................................................................................... 60 Tabel 4. 7 Pengujian beban nol ................................................................................................ 60 Tabel 4. 8 Pengisian Baterai..................................................................................................... 61 Tabel 4. 9 Pengujian beban nol ................................................................................................ 62 Tabel 4. 10 Pengisian Baterai................................................................................................... 64 Tabel 4. 11 Pengosongan ......................................................................................................... 66 Tabel 4. 12 Pengisian Baterai................................................................................................... 68 Tabel 4. 13 Pengosongan ......................................................................................................... 69
x
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah Krisis energi adalah masalah yang sangat fundamental di Indonesia (khususnya masalah krisis energi listrik). Energi listrik merupakan energi yang sangat diperlukan bagi manusia modern. Pada saat terjadi pemadaman listrik, maka banyak kegiatan akan terhenti seketika. Sumber matahari merupakan salah satu harapan utama dan sebagai sumber energi alam yang ‘hampir’ dapat dikatakan tidak akan habis. Masih belum stabilnya kondisi gunung sinabung ditambah sangat diperlukannya penerangan di kondisi pengungsian. Membuat harus adanya suatu sistem yang memastikan ketersediaan nya penerangan yang kontinu sehingga tidak mengganggu aktivitas yang dilakukan di pengungsian di malam hari. Terutama kegiatan yang memerlukan penerangan yang cukup. Terutama saat harus ada kegiatan medis yang dikerjakan di malam hari, penerangan yang kurang memadai akan sangat menyulitkan pengobatan bagi para pengungsi. Dengan bantuan sel surya setidaknya dapat memastikan pasokan listrik untuk menjaga penerangan di dalam pengungsian. Walaupun pada saat gunung sinabung bergejolak sistem penerangan dari sel surya akan tetap tersedia sebab prisip kerja dari sel surya yang terlebih dahulu menyimpan energi listrik yang dibutuhkan untuk penerangan pada saat siang hari. Sehingga walaupun gunung sinabung bergejolak energi yang telah disimpan sebelumnya oleh sel surya tetap dapat disuplai untuk menjadi sumber energi listrik untuk penerangan di dalam pengungsian tanpa harus khawatir akan kondisi alam. Sehingga dapat menjamin adanya sistem penerangan yang kontinu di dalam pengungsian, berangkat dari masalah ini penulis membuat tugas akhir.
1
2
1.2 Batasan Masalah Perancangan lampu penerangan tenaga surya di pengungsian Sinabung dibatasi ruang lingkupnya untuk pembahasan : Memanfaatkan sumber energi terbarukan Penggunaan sel surya sebagai sumber pada sistem penerangan Penerangan jalan umum
1.3 Rumusan Masalah 1.3.1 Bagaimana rancangan lampu penerangan berbasis sel surya di daerah lokasi pengungsian Gunung Sinabung? 1.3.2 Bagaimana cara membuat lampu penerangan berbasis sel surya di daerah lokasi pengungsian Gunung Sinabung?
1.4 Tujuan Pembuatan Proyek 1.4.1 Mengatasi krisis energi terutama krisis energi listrik dengan memanfaatkan sumber energi surya. 1.4.2 Sebagai bentuk pengabdian Mahasiswa untuk Masyarakat 1.5
Manfaat Pembuatan Proyek 1.5.1 Segala kegiatan yang berlangsung di malam hari tetap dapat berjalan dengan baik. 1.5.2 Meringankan beban pengungsi dalam segi penerangan terutama dimalam hari.
3
1.6
Metode Penulisan Untuk melaksanakan proyek ini terlebih dahulu penulis melakukan
studi pendahuluan dengan berkonsultasi terhadap
Dosen Pembimbing.
Selain itu juga penulis melakukan studi kepustakaan untuk mengetahui teori-teori
yang
mendukung
dalam
tugas
mata
kuliah
ini.
Dalam
menyelesaikan Proposal Tugas Akhir ini, metode pengumpulan data yang penulis lakukan antara lain : 1.5.1 Metode Pustaka yaitu dengan cara mencari buku referensi di perpustakaan yang berhubungan dengan topik yang dibahas dan melalui internet. 1.5.2 Metode Lapangan yaitu dengan melakukan survey ke tempat yang sudah menerapkan sistem sel surya. 1.5.3 Metode Bimbingan yaitu dengan melakukan diskusi tentang topik proposal tugas akhir ini dengan dosen pembimbing.
