SKRIPSI
RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL CATU DAYA HIBRIDA PLTS-PLN UNTUK BEBAN 500 WATT
AGUSTA SURYA LAKSMANA
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015
SKRIPSI
RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL CATU DAYA HIBRIDA PLTS-PLN UNTUK BEBAN 500 WATT
AGUSTA SURYA LAKSMANA NIM. 1104405039
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015
i
RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL CATU DAYA HIBRIDA PLTSPLN UNTUK BEBAN 500 WATT
Skripsi Diajukan Sebagai Prasyarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana S1 (Strata 1) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana
AGUSTA SURYA LAKSMANA NIM. 1104405039
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015
ii
iii
UCAPAN TERIMAKASIH
Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat-Nya penyusunan tugas akhir / skripsi dengan judul “Rancang Bangun Sistem Kontrol Catu Daya Hibrida PLTS-PLN Untuk Beban 500 Watt” ini akhirnya dapat terselesaikan. Berbagai tantangan dan hambatan yang sulit telah dihadapi penulis selama proses penyusunantugas akhir / skripsi ini, namun semua itu berhasil dilewati berkat adanya dukungan dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini izinkan penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada: 1.
Bapak Prof. Ir. Ngk. Putu Gede Suardana, MT., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana.
2.
Bapak Ir. I Nyoman Setiawan, MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana.
3.
Bapak I Nyoman Satya Kumara, ST, M.Sc, Ph.D. sebagai Dosen Pembimbing I yang telah memberikan banyak petunjuk, bimbingan dan dukungan moral kepada penulis selama penyusunan tugas akhir / skripsi ini.
4.
Bapak Dr. Ir. Agus Dharma, MT. sebagai Dosen Pembimbing II yang telah memberikan banyak petunjuk, bimbingan dan dukungan moral kepada penulis selama penyusunan tugas akhir / skripsi ini.
5.
Ibu Prof.Ir. I. A. Dwi Giriantari, M.Eng,Sc., Ph.D. sebagai Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan bimbingan, perhatian dan dorongan selama menempuh kuliah di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana
6.
Segenap dosen dan staf pegawai Teknik Elektro Universitas Udayana yang telah banyak membantu selama proses perkuliahan.
7.
Yang tercinta Orang Tua, saudara dan semua keluarga besar yang telah memberikan banyak kasih sayang, dukungan moral, semangat dan motivasi yang tak terhingga. v
8.
Rekan-rekan Elektro angkatan 2011 yang senantiasa memberikan semangat, motivasi dan dukungan selama penyusunan tugas akhir / skripsiini.
9.
Semua pihak yang terlibat dalam pengerjaan tugas akhir / skripsi ini namun tidak bisa disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir / skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itusegala kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan demi kesempurnaanpenulisan di masa yang akan datang. Semoga Tuhan YangMaha Esa selalu melimpahkan rahmat-Nya kepada semua pihak yang telah membantupelaksanaan dan penyelesaian tugas akhir / skripsi ini.
Bukit Jimbaran, 2015
Penulis
vi
ABSTRAK Pembangkit listrik tenaga matahari (PLTS) saat ini sudah banyak digunakan karena potensinya yang sangat besar, mudah diaplikasikan untuk skala rumah tangga, teknologi komponen PLTS yang semakin berkembang dan mudah didapat. Akan tetapi PLTS memiliki waktu pembangkitan yang terbatas. Oleh karena itu, untuk meningkatkan kontinuitas suplai daya, perlu diterapkan sistem hibrida dengan memadukan PLTS dengan PLN. Sistem catu daya hibrida perlu didukung oleh sebuah sistem kontrol untuk memastikan beban tetap mendapatkan suplai daya. Akan tetapi sistem kontrol hibrida yang tersedia saat ini memiliki harga yang cukup mahal sehingga tidak memungkinkan untuk diaplikasikan pada skala rumah tangga. Oleh karena itulah diperlukan penelitian untuk mengembangkan sistem kontrol hibrida PLTS-PLN yang rendah biaya, praktis, serta efektif. Dari penelitian yang dilakukan telah berhasil dikembangkan sistem kontrol catu daya hibrida PLTS-PLN dengan kapasitas 500 watt. Dimana pada sistem kontrol tersebut menggunakan arduino uno R3 sebagai kontroler, IC LM 324 dan IC 75279 sebagai sensor tegangan. Sedangkan pada subsistem battery charging controller menggunakan ic 7408 sebagai kontroler relay dan IC LM 324 sebagai sensor tegangan. Kemudian untuk inverter menggunakan IC 4047 sebagai kontroler PWM dan mosfet IRFZ44 sebagai komponen switching. Dari hasil pengujian singkat sistem kontrol catu daya hibrida PLTS-PLN dengan kapasitas 500 watt dengan menggunakan variable DC power supply bahwa sistem telah berfungsi dengan baik dan bekerja sesuai dengan perencanaan operasi. Ketika tegangan baterai berada diatas 12,1 V, secara otomatis sistem akan mengaktifkan inverter, kemudian memilih Baterai sebagai catu daya dan memutus catu daya dari PLN. Ketika tegangan baterai turun di bawah 11,3 V, secara otomatis sistem akan memilih PLN sebagai catu daya, memutus catu daya dari baterai dan kemudian mematikan inverter.
Kata Kunci : Sistem kontrol catu daya hibrida, automatic transfer switch controller
vii
ABSTRACT Solar power plant (PLTS) is now widely used because of its potential is very large, easy to apply to the domestic scale, photovoltaic component technology is growing and easy to obtain. But, solar power plant has a limited generation time. Therefore, to increase the continuity of power supply, need to be applied a hybrid system by combining solar power plant with PLN. Hybrid power supply system needs to be supported by a control system to ensure constant load get the power supply. However, hybrid control systems available today have a fairly expensive cost, so it is not possible to be applied on a domestic scale. That is why research is needed to develop a hybrid control system PLTS-PLN which is low-cost, practical, and effective. From the research which was conducted, it had been successfully developed a hybrid power supply control system PLTS-PLN with a capacity of 500 watts. In the control system used ARDUINO UNO R3 as a controller, IC LM 324 and IC 75279 as a voltage sensor. While in the battery charging controller subsystem, it used IC 7408 as relay controller and IC LM 324 as a voltage sensor. Then, for the inverter, it used IC 4047 as a PWM controller and MOSFET IRFZ44 as switching components. From the results of a brief test the hybrid power supply control system PLTS-PLN with a capacity of 500 watts by using a variable DC power supply that the system had been functioning well and working in accordance with the operational plan. When the battery voltage was above 12.1 V, the system would automatically activate the inverter, then chose a battery as a power source and disconnected the power supply from PLN. When the battery voltage dropped below 11.3 V, the system would automatically choose the PLN as the power supply, disconnected the power supply from the battery and then turned off the inverter.
Key Words: a hybrid power supply control system, automatic transfer switch controller
viii
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ........................................................................................... i LEMBAR PRASYARAT ................................................................................ ii LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS ................................................ iii LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. iv UCAPAN TERIMAKASIH ............................................................................. v ABSTRAK ....................................................................................................... vii ABSTRACT ..................................................................................................... viii DAFTAR ISI .................................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xii DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1 1.1
Latar Belakang .............................................................................. 1
1.2
Rumusan Masalah ......................................................................... 3
1.3
Tujuan Penelitian........................................................................... 3
1.4
Manfaat Penelitian......................................................................... 3
1.5
Batasan Masalah ............................................................................ 3
BAB II KAJIAN PUSTAKA ......................................................................... 4 2.1
Tinjauan Mutakhir ........................................................................ 4
2.2
Pembangkit Listrik Hibrida ........................................................... 6
2.3
Pembangkit Listrik Tenaga Surya ................................................. 7
2.4
Sel Surya ....................................................................................... 7
2.5
Media Penyimpanan Energi .......................................................... 8
2.6
Charger Controller ........................................................................ 9
2.7
Inverter .......................................................................................... 11
2.8
Arduino ......................................................................................... 13
ix
BAB III METODE PENELITIAN ............................................................... 15 3.1
Tempat dan Waktu Penelitian ....................................................... 15
3.2
Sumber dan Jenis Data .................................................................. 15 3.2.1 Sumber Data ......................................................................... 15 3.2.2 Jenis Data ............................................................................. 15
3.3
Komponen dan Alat ...................................................................... 15 3.3.1 Rancang Bangun Inverter ..................................................... 15 3.3.2 Rancang Bangun Battery Charging Controller .................... 16 3.3.3 Rancang Bangun Automatic Transfer Switch Controller .... 17 3.3.4 Rancang Bangun Perangkat Lunak ...................................... 17 3.3.5 Peralatan ............................................................................... 17
3.4
Tahapan Penelitian ........................................................................ 18
3.5
Rancangan Perangkat Keras.......................................................... 21
3.6
Rancangan Perangkat Lunak ......................................................... 23
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... 24 4.1
Perancangan Sistem Kontrol Catu Daya Hibrida PLTS-PLN Untuk Beban 500 watt................................................................... 24 4.1.1 Perancangan Subsistem Battery charging Controller ........... 24 4.1.2 Perancangan Subsistem Inverter .......................................... 27 4.1.3 Perancangan Automatic Transfer Switch Controller ........... 30
4.2
Unjuk Kerja Sistem Kontrol Catu Daya Hibrida PLTS-PLN Untuk Beban 500 Watt .................................................................. 35 4.2.1 Pengujian Subsistem Battery Charging Controller .............. 35 4.2.2 Pengujian Subsistem Inverter ............................................... 37 4.2.3 Pengujian Subsistem Automatic Transfer Switch Controller ............................................................................. 38 4.2.4 Pengujian sistem (subsistem terintegrasi) ............................ 40
x
BAB V SIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 44 5.1
Simpulan ....................................................................................... 44
5.2
Saran.............................................................................................. 44
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 45
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Ilustrasi Sel Surya ..................................................................... 7
Gambar 2.2
Ilustrasi Baterai Akumulator .................................................... 9
Gamabr 2.3
Charger Controller................................................................... 10
Gamabr 2.4
Rangkaian Full bridge inverter ................................................ 11
Gamabr 2.5
Switching rangkaian Full bridge inverter ................................ 12
Gamabr 2.6
Arduino Uno Rev.3 .................................................................. 12
Gambar 3.1
Diagram Alur Tahapan Penelitian ............................................ 20
Gambar 3.2
Diagram Blok Perencanaan Operasi Sistem ............................. 21
Gambar 3.3
Diagram alur tahapan kerja perangkat lunak ............................ 23
Gambar 4.1
Diagram Blok Perencanaan Operasi Battery charging Controller .................................................................................. 25
Gambar 4.2
Skematik Subsistem Battery charging Controller .................... 26
Gambar 4.3
Realisasi Subsistem Battery charging Controller ..................... 26
Gambar 4.4
Diagram Blok Perencanaan Operasi Inverter ........................... 27
Gambar 4.5
Skematik Rangkaian Kontrol PWM ......................................... 27
Gambar 4.6
Skematik Rangkaian Inverter ................................................... 28
Gambar 4.7
Skematik Rangkaian Filter ....................................................... 28
Gambar 4.8
Realisasi Subsistem Inverter..................................................... 29
Gambar 4.9
Diagram Blok Perencanaan Operasi Automatic Transfer Switch Controller...................................................................... 30
Gambar 4.10 Skematik Rangkaian Sensor Tegangan Baterai ........................ 31 Gambar 4.11 Skematik Rangkaian Kontroler ................................................ 32 Gambar 4.12 Realisasi Subsistem Automatic Transfer Switch Controller .... 33 Gambar 4.13 Realisasi Sistem Kontrol Catu Daya Hibrida PLTS-PLN Terintegrasi (A) ..................................................... 34 Gambar 4.13 Realisasi Sistem Kontrol Catu Daya Hibrida PLTS-PLN Terintegrasi (B) ..................................................... 34
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1
Data Unjuk Kerja Battery Charging Controller ........................ 36
Tabel 4.2
Data Unjuk Kerja Inverter ........................................................ 37
Tabel 4.3
Data Unjuk Kerja Automatic Transfer Switch Controller ........ 39
Tabel 4.4
Data Unjuk Kerja Sistem .......................................................... 41
xiii
