![Rancang Bangun Solar Tracker System [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/rancang-bangun-solar-tracker-system.jpg){kind=tracking}
14 0 2 MB
RANCANG BANGUN SOLAR TRACKER SYSTEM DOUBLE AXIS PADA SOLAR SEL DENGAN KAPASISTAS 400 WP
SKRIPSI
Skripsi ini diajukan untuk melengkapi salah satu persyaratan menjadi Sarjana Strata Satu Program S1
Oleh: M. ILHAM IRVANSYAH 163112700250046
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK DAN SAINS UNIVERSITAS NASIONAL SEPTEMBER 2021
1
Universitas Nasional
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul : RANCANG BANGUN SOLAR TRACKER SYSTEM DOUBLE AXIS PADA SOLAR SEL DENGAN KAPASISTAS 400 WP Yang dibuat untuk melengkapi salah satu persyaratan menjadi Sarjana Strata Satu Program S1 pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik dan Sains Universitas nasional, sebagaimana yang saya ketahui adalah bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah pernah diajukan atau dipakai untuk mendapatkan gelar di lingkungan Universitas Nasional maupun di Perguruan Tinggi atau instansi lainnya, kecuali pada bagian-bagian tertentu yang menjadi sumber informasi atau acuan yang dicantumkan sebagaimana mestinya.
Jakarta,
September 2021
M. Ilham Irvansyah NIM : 163112700250046
HALAMAN PERSETUJUAN
Skripsi dengan judul : “RANCANG BANGUN SOLAR TRACKER SYSTEM DOUBLE AXIS PADA SOLAR SEL DENGAN KAPASISTAS 400 WP” 2
Universitas Nasional
Dibuat untuk melengkapi salah satu persyaratan menjadi Sarjana Strata Satu Program S1 pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik dan Sains Universitas Nasional dan telah disetujui untuk diujikan dalam sidang skripsi sesuai dengan ketentuan administrasi dan akademik yang berlaku. Jakarta,
September 2021
Pasfoto 3x4
Pembimbing I,
Pembimbing II
(Ir. Rianto Nugroho. MT. )
(Novi Azman, S.T., M.T.)
NID. 0302047201
NID. 0301050724 Ketua Jurusan,
( Fuad Djauhari, S.T, M.T ) NID. 0110090789
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi ini diajukan oleh
:
Nama
: M. Ilham Irvansyah
NIM
: 163112700250046
Program Studi
: Teknik Elektro
Judul Skripsi
: Rancang Bangun Solar Tracker System Double Axis Pada Solar 3
Universitas Nasional
Sel Dengan Kapasistas 400 Wp Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik dan Sains Universitas Nasional.
DEWAN PENGUJI Pembimbing I
: Ir. Rianto Nugroho, M.T.
(.................................)
Pembimbing II
: Novi Azman, S.T., M.T.
(.................................)
Penguji I
:
(.................................)
Penguji II
:
(.................................)
:
(.................................)
Penguji III
Ditetapkan di
:
Tanggal
:
September 2021
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmatNya, saya dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro pada Fakultas Teknik dan Sains Universitas Nasional. Saya menyadari bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan skripsi ini, sangatlah sulit bagi saya untuk menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu saya mengucapkan terimakasih kepada:
1. Allah SWT yang telah memberikan kelancaran, nikmat iman dan sehat kepada penulis serta Rasulullah Muhammad SAW yang telah menjadi suri tauladan dalam berperilaku selama proses penlitian berlangsung.
4
Universitas Nasional
2. Bapak Isroni, Ibu Sri Muryani, dan Abied Muhammad Reyhan orang tua dan adik penulis yang selalu memberikan kasih sayang, do’a dan dukungan kepada penulis
3. Bapak Ir. Rianto Nugroho.M.T. selaku Pembimbing Utama yang selalu memberikan bimbingan, arahan, dan motivasi hidup yang luar biasa kepada penulis untuk terus pantang menyerah menghadapi segala rintangan kehidupan.
4. Bapak Novi Azman, S.T., M.T. selaku Pembimbing Pendamping yang selalu memberikan arahan, solusi dan motivasi kepada penulis dengan baik dan ramah.
5. Bapak Fuad Djauhari, S.T, M.T, selaku dosen pembimbing akademik yang telah menyediakan waktu, tenaga, pikiran dan empati yang luar biasa untuk mengarahkan dan membantu saya menyelesaikan kuliah ini;
6. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Elektro yang telah memberikan bimbingan dan ilmu yang bermanfaat bagi penulis.
7. Kawan-kawan saya di Program Studi Teknik Elektro angkatan 2016, senior-senior saya di Program Studi Teknik Elektro, rekan-rekan
di angkatan 2016 Fakultas Teknik dan Sains
Universitas Nasional, yang telah memberikan dukungan dan doanya.
8. Moh. Ery Eryanto , dan Muhammad Aghil Wibowo yaitu sahabat saya yang banyak membantu didalam menyelesaikan pembuatan alat bagian perangkat keras dan memberikan saran. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini belum sempurna, baik dari segi materi maupun penyajiannya. Untuk itu saran dan kritik yang membangun sangat diharapkan dalam penyempurnaan tugas akhir ini. Terakhir penulis berharap, semoga tugas akhir ini dapat memberikan hal yang bermanfaat dan menambah wawasan bagi pembaca dan khususnya bagi penulis juga. Jakarta,
September 2021
Penulis
5
Universitas Nasional
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai civitas akademik Universitas Nasional, saya yang bertanda tangan di bawah ini: Nama
: M. Ilham Irvansyah
NIM
: 163112700250046
Program Studi : Teknik Elektro Fakultas
: Teknik dan Sains
Jenis Karya
: Skripsi
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Nasional Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul : “Rancang Bangun Solar Tracker System Double Axis Pada Solar Sel Dengan Kapasistas 400 Wp” Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif ini Universitas Nasional berhak menyimpan, mengalih media/format-kan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat dan mempublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya Dibuat di : Jakarta Pada tanggal : September 2021 Yang menyatakan
M. Ilham Irvansyah 6
Universitas Nasional
ABSTRAK
M. Ilham Irvansyah,“Rancang Bangun Solar Tracker System Double Axis Pada Solar Sel Dengan Kapasistas 400 Wp”, Program S1 Teknik Elektro, Fakultas Teknik Dan Sains Universitas Nasional, Ir. Rianto Nugroho.M.T., Novi Azman, S.T., M.T., September 2021, 77 Halaman + XIII +Halaman Lampiran
Energi matahari telah banyak dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik, yaitu dengan menggunakan panel surya yang dapat mengubah energi matahari menjadi listrik. Penelitian ini dilakukan untuk menganilsa penerapan solar tracker dual axis berbasis Arduino pada panel surya. Bagaimana cara merancang dan membangun solar tracker dengan menggunakan arduino uno Merancang dan membangun Solar tracker System untuk mengoptimalkan penyerapan energi matahari pada solar cell menganalisa pengaruh pemasangan System solar tracking terhadap daya keluaran panel surya.Pada metodologi tugas akhir ini membahas mengenai perancangan dan pembangunan solar tracker Double Axis pada solar sel dengan kapasitas 400 wp. Perancangan ini menggunakan Arduino Uno, LDR (Light Dependent Resistor) / sensor cahaya, motor aktuator, dan panel surya. Alat ini menggunakan sistem pelacak dengan sumbu ganda yaitu azzimuth dan elevation dengan bergerak kekiri, kanan, atas , dan bawah sesuai mengikuti arah matahari. Sehingga pengomptimalan solar cell menyerap sinar matahari menjadi maksimal. Dengan data-data tersebut, bahwa kita dapat memaksimalkan keluaran panel surya dengan menggunakan solar tracker hingga pada titik tertentu dapat mencapai 106.744 Watt dengan daya rata-rata hingga mencapai 74.546 watt dengan efisiensi sebesar 71.8 % dan untuk tegangan maksimal battery bisa mencapai 13.11 V dan waktunya adalah pada pukul 16:00 atau durasi pengisian battery selama 7 jam.Agar lebih efisien dan maksimal dalam pengisian ulang battery , BCR tipe PWM harus diubah menjadi BCR tipe MPPT karena mampu memaksimalkan faktor pengisian kapasitas secara lebih besar. .Berbeda dengan BCR tipe PWM, dimana tegangan kerja BCR tipe PWM hanya mampu menyesuaikan dengan tegangan kerja battery Kata Kunci : Solar Tracker Double Axis, Panel Surya, EnergiMatahari, BCR
ABSTRACT
M. Ilham Irvansyah, “Design of a Double Axis Solar Tracker System for Solar Cells with a Capacity of 400 Wp”, Electrical Engineering Undergraduate Program, Faculty of Engineering and Science, National University, Ir. Rianto Nugroho.MT, Novi Azman, ST, MT, September 2021, 77 Pages + XIII + Attachment Pages Solar energy has been widely used to produce electrical energy, namely by using solar panels that can convert solar energy into electricity. This research was conducted to analyze the application of an Arduinobased dual axis solar tracker on solar panels. How to design and build a solar tracker using Arduino Uno Design and build a Solar tracker System to optimize the absorption of solar energy in solar cells.
7
Universitas Nasional
Analyze the effect of installing a solar tracking system on the output power of solar panels. Axis on solar cells with a capacity of 400 wp. This design uses Arduino Uno, LDR (Light Dependent Resistor) / light sensor, actuator motor, and solar panels. This tool uses a tracking system with a dual axis, namely azzimuth and elevation by moving left, right, up and down according to the direction of the sun. So that the optimization of the solar cell absorbs sunlight to the maximum. With these data, that we can maximize the output of solar panels by using a solar tracker up to a certain point it can reach 106,744 Watts with an average power of up to 74,546 watts with an efficiency of 71.8% and for the maximum battery voltage it can reach 13.11 V and the time is at 16:00 or the duration of battery charging for 7 hours. In order to be more efficient and maximal in recharging the battery, the PWM type BCR must be changed to the MPPT type BCR because it is able to maximize the charging factor of a larger capacity. In contrast to the PWM type BCR, where the PWM type BCR working voltage is only able to adjust to the battery working voltage. Keywords: Double Axis Solar Tracker, Solar Panels, Solar Energy, BCR
DAFTAR ISI
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ...............................................................................2 HALAMAN PERSETUJUAN ..............................................................................................2 HALAMAN PENGESAHAN ...............................................................................................3 KATA PENGANTAR ...........................................................................................................4 HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK ...............................................................................................................................................6 KEPENTINGAN AKADEMIS .............................................................................................6 ABSTRAK ............................................................................................................................7 ABSTRACT ..........................................................................................................................7 DAFTAR ISI .........................................................................................................................8 DAFTAR GAMBAR...........................................................................................................11 DAFTAR TABEL ...............................................................................................................12 BAB I PENDAHULUAN .....................................................................................................1 8
Universitas Nasional
1.1 Latar Belakang............................................................................................................1 1.2 Rumusan Masalah ......................................................................................................2 1.3 Tujuan .........................................................................................................................2 1.4 Batasan Masalah .........................................................................................................3 1.5 Metode Penyelesaian Masalah ...................................................................................3 BAB II LANDASAN TEORI ...............................................................................................4 2.1 Energi Terbarukan ......................................................................................................4 2.2 Asal Sumber Energi ....................................................................................................4 2.3 Sel Surya .....................................................................................................................5 2.4 Prinsip Kerja Sel Surya...............................................................................................6 2.4.1 Daya Pada Panel Surya .......................................................................................9 2.5 Solar tracker ...............................................................................................................9 2.6 Arduino Uno .............................................................................................................10 2.7 Arduino IDE .............................................................................................................15 2.8 Motor aktuator..........................................................................................................17 2.9 Prinsip Kerja Motor DC ...........................................................................................18 2.10 Motor driver BTS7960 .............................................................................................19 2.11 LDR (Light Dependent Resistor) .............................................................................20 2.11.1 Pengertian Sensor LDR ...................................................................................20 2.11.2 Fungsi Sensor LDR..........................................................................................20 2.11.3 Cara Kerja Sensor LDR...................................................................................21 2.12 Battery Charger Regulator (BCR)...........................................................................21 2.13 Battery .....................................................................................................................24 2.14 Inverter.....................................................................................................................25 BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................................27 3.1 Pendahuluan .............................................................................................................27 3.2 Perancangan Alat ......................................................................................................27 9
Universitas Nasional
3.2.1 Alat Pembuatan PLTS Menggunakan Modul Panel Surya 400 WP Berjenis Monokristal .................................................................................................................27 3.2.1 Bahan Pembuatan PLTS Menggunakan Modul Panel Surya 400 WP Berjenis Monokristal .................................................................................................................28 3.3 Perancangan Sistem Kendali ....................................................................................28 3.4 Perancangan Sistem Panel Surya ..............................................................................33 BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN .......................................................................35 4.1 Hasil Perancangan ....................................................................................................35 4.1.1 Implementasi Pada Sistem Kendali ...................................................................35 4.1.2 Implementasi Pada Sistem Panel Surya ............................................................36 4.2 Hasil Perancangan Sistem ........................................................................................37 4.3 Hasil Pengujian .........................................................................................................40 4.3.1 Pengujian Solar tracker .....................................................................................40 4.3.2 Pengujian Arus Pada Motor Aktuator ...............................................................42 4.3.3 Hasil Pengukuran Nilai Efisiensi pada Panel Surya 400 Wp Berjenis Monocrystalline...........................................................................................................44 4.3.4 Hasil Pengukuran Pada Pengisian Battery ........................................................46 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ..............................................................................48 5.1 Kesimpulan ...............................................................................................................48 5.2 Saran .........................................................................................................................49 DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................................50 LAMPIRAN PROGRAM ...................................................................................................50
10
Universitas Nasional
DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Klasifikasi Sumber Energi Berdasarkan Asalnya. ................................................ 6 Gambar 2. 2 Skematik Sederhana Sel Surya .............................................................................. 7 Gambar 2. 3 Panel Surya 100 WP Berjenis Monokristal ........................................................... 7 Gambar 2. 4 Struktur Bagian Dari Papan Arduino Uno .......................................................... 12 Gambar 2. 5 Arduino Uno Schematic ....................................................................................... 14 Gambar 2. 6 Tampilan Depan Arduino IDE ............................................................................ 15 Gambar 2. 7 Sketch Arduino .................................................................................................... 17 Gambar 2. 8 Motor aktuator Linear ......................................................................................... 18 Gambar 2. 9 Dasar Motor DC .................................................................................................. 18 Gambar 2. 10 Sistem Pada Motor DC ...................................................................................... 19 Gambar 2. 11 Motor driver BTS7960 ...................................................................................... 20 Gambar 2. 12 Pin Konfigurasi BTS7960 Driver 43A H-Bridge Drive PWM ......................... 20 Gambar 2. 13 Cara kerja LDR (Light Dependent Resistor) ..................................................... 21 Gambar 2. 14 Battery Charger Regulator (BCR) .................................................................... 22 Gambar 2. 15 Diagram Blok Solar Home System (SHS) ......................................................... 23 Gambar 2. 16 Battery ............................................................................................................... 24 Gambar 2. 17 Konstruksi Baterai[10] ........................................................................................ 25 Gambar 2. 18 Inverter PSM 1000W ......................................................................................... 25 Gambar 3. 1 Blok Diagram Perancangan Sistem Solar tracker ............................................... 29 Gambar 3. 2 Rangkaian Skematik Solar tracker ...................................................................... 30 Gambar 3. 3 Diagram Blok Perancangan Sistem Panel Surya ................................................. 33 Gambar 3. 4 Rangkaian Skematik Panel Surya ........................................................................ 34 Gambar 4. 1 Sketch Kode Program pada Arduino IDE ............................................................ 35 Gambar 4. 2 Code Program 1 ................................................................................................... 36 Gambar 4. 3 Code Program 2 ................................................................................................... 36 Gambar 4. 4 Panel Surya dan Sensor LDR............................................................................... 37 Gambar 4. 4 Interkoneksi antara Battery Charger Regulator (BCR), battery , dan Inverter 37 Gambar 4. 5 Hasil Pemasangan Panel Surya, box panel tenaga, box kontrol, motor aktuator
11
Universitas Nasional
dan battery ................................................................................................................................ 38 Gambar 4. 7 Motor Aktuator Azzimuth dan Elevation ............................................................ 38 Gambar 4. 7 Box Panel Tenaga dan Box Panel Kontrol .......................................................... 39 Gambar 4. 8 Box Kontrol ......................................................................................................... 40 Gambar 4. 9 Pengujian Solar Tracker Azzimuth Barat ............................................................ 41 Gambar 4. 10 Pengujian Solar Tracker Azzimuth Timur ......................................................... 41 Gambar 4. 11 Pengujian Solar Tracker Elevation Utara ......................................................... 42 Gambar 4. 12 Pengujian Solar Tracker Elevation Selatan ...................................................... 42 Gambar 4. 13 Hasil Pengujian Arus pada salah satu Motor Aktuator ..................................... 43 Gambar 4. 14 Grafik Hasil Pengukuran Panel Surya dengan Menggunakan Tracking System46 Gambar 4. 15 Grafik Tegangan Pengisian Battery (V) ............................................................ 48
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Spesifikasi ArduinoUno .......................................................................................... 13 Tabel 3. 1 Alat pembuatan PLTS ............................................................................................. 27 Tabel 3. 2 Bahan pembuatan panel surya, solar tracker dan Rangka panel surya ................... 28 Tabel 3. 3 Interkoneksi Rangkaian Motor Aktuator Azzimuth ................................................ 31 Tabel 3. 4 Interkoneksi Rangkaian Motor Aktuator Elevation ................................................ 31 Tabel 3. 5 Interkoneksi Rangkaian LDR dengan Arduino ....................................................... 32 Tabel 3. 6 Interkoneksi Panel surya, solar charge control, Battery dan inverter Dc to AC ..... 34 Tabel 4. 1 Data Pengujian Arus yang Mengalir pada Motor Aktuator .................................... 43 Tabel 4. 2 Hasil Pengukuran Panel Surya Menggunakan Tracker .......................................... 44 Tabel 4. 3 Pengukuran pengisian baterai ................................................................................. 47
12
Universitas Nasional
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Energi pada saat ini mempunyai peranan yang sangat penting dalam kehidupan manusia. Energi merupakan pendukung bagi kegiatan ekonomi nasional dan dipakai sebagai alat untuk mencapai tujuan sosial, ekonomi, dan lingkungan . Selama ini penyangga utama kebutuhan energi. masih mengandalkan minyak bumi .Sementara itu tidak dapat dihindarkan bahwa minyak bumi semakin langka dan mahal harganya. Cadangan sumber energi fosil di seluruh dunia terhitung sejak 2002 yaitu 40 tahun untuk minyak, 60 tahun untuk gas alam, dan 200 tahun untuk batu bara.[1] Dengan keadaan semakin menipisnya sumber energi fosil tersebut, di dunia sekarang ini terjadi pergeseran dari penggunaan sumber energi fosil menuju sumber energi terbarukan seperti biomassa, panas bumi, energi surya, energi air, energi angin ,energi samudra sampai saat ini belum banyak dimanfaatkan, padahal potensi energi terbarukan ini sangatlah besar khususnya di Indonesia. Dari sekian banyak sumber energi terbarukan seperti penggunaan energi melalui solar cell atau sel surya merupakan alternatif yang paling potensial untuk diterapkan di wilayah Indonesia. Sel surya merupakan sebuah perangkat yang mengubah energi sinar matahari menjadi energi listrik dengan proses efek fotovoltaic, oleh karenanya dinamakan juga sel fotovoltaic (Photovoltaic cell – disingkat PV)). Berdasarkan data penyinaran matahari yang dihimpun dari 18 lokasi di Indonesia dapat diklarifikasikan sebagai berikut: penyinaran di kawasan barat Indonesia sekitar 4,5 kWH/m2 /hari dan kawasan. timur Indonesia sekitar 5,1 kWH/m2 /hari. dengan demikian, potensi penyinaran matahari rata-rata Indonesia sekitar 4,8 kWH/m2 /hari.[2] Tegangan listrik yang dihasilkan oleh sebuah sel surya sangat kecil, sekitar 0,6V tanpa beban atau 0,45V dengan beban. Untuk mendapatkan tegangan listrik yang besar sesuai keinginan diperlukan beberapa sel surya yang tersusun secara seri. Jika 36 keping sel surya tersusun seri, akan menghasilkan tegangan sekitar 16V. Tegangan ini cukup untuk digunakan mensuplai aki 12V. Untuk mendapatkan tegangan keluaran yang lebih besar lagi maka diperlukan lebih banyak lagi sel surya. Gabungan dari beberapa sel surya ini disebut Panel Surya atau modul surya. Susunan sekitar 10 - 20 atau lebih Panel Surya akan dapat menghasilkan arus dan tegangan tinggi yang cukup untuk kebutuhan sehari hari.[3]
1
Universitas Nasional
Pada umumnya panel surya di letakan pada atap rumah atau di atas tiang dengan ketinggian tertentu guna menghindari halangan pepohonan. Penggunaan solar cell sangatlah luas di dunia, sebagai contoh: pengunaan yang paling umum di kalkulator dan menggantikan fungsi baterei. Selama tersedianya sinar, kalkulator dapat berfungsi selamanya. Solar panel yang lebih besar juga digunakan untuk menyediakan tenaga untuk lampu lalu lintas, telephone, lampu jalan, rumah, kapal, mobil elektrik tenaga surya yang dapat beroperasi tanpa minyak, dan lain-lain. Permasalahan yang ada sekarang ini adalah keadaan cuaca/lingkungan yang berubah-ubah baik dalam musim panas maupun dalam musim penghujan, sehingga kinerja dari solar sell tidak maksimun. Untuk itu perlu diketahui material solar cell yang terbaik pada keadaan cuaca yang berbeda, sehingga nantinya dapat direncanakan sistem pembangkit tenaga dari material solar sell yang sesuai. Selain itu perlu diketahui karakteristik solar sell dengan material yang berbeda dengan menggunakan System tracking.
1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang dikemukakan diatas maka masalah yang akan dibahas dalam tugas akhir ini yaitu :
1. Bagaimana cara merancang dan membangun solar tracker dengan menggunakan arduino uno?
2. Bagaimana cara merancang dan membangun pemrograman motor aktuator untuk solar tracker menggunakan arduino uno?
3. Berapakah tingkat efisiensi yang dapat di hemat dengan menggunakan solar tracker ?
1.3 Tujuan Berdasarkan perumusan masalah diatas, maka dapat ditentukan tujuan penelitian tugas akhir ini sebagai berikut :
1. Merancang dan membangun Solar tracker System untuk mengoptimalkan penyerapan energi matahari pada solar cell
2. Pengoptimalan penghematan energi listrik yang berlebihan di bumi. 3. Menganalisa pengaruh pemasangan System solar tracking terhadap daya keluaran panel surya. 4. Mendapatkan nilai daya optimasi pada pemasangan pembangkit listrik tenaga surya ( PLTS ) dengan Solar Tracking System
2
Universitas Nasional
1.4 Batasan Masalah Masalah yang akan dibahas pada penelitian ini, yaitu:
1. Penelitian ini dibatasi pada penggerak panel surya, gerakannya pun dibatasi selatan – utara dan timur – barat.
2. Sensor penggerak memanfaatkan bayangan sehingga panel surya akan bergerak saat adanya sinar matahari.
3. Mikrokontroller yang di gunakan Arduino Uno 4. Sensor yang di gunakan sensor cahaya LDR (Light Depending Resistor). 5. Pengujian photovoltaic dilakukan pada pagi sampai siang hari. 6. Pengujian Solar Tracking System pada saat malam hari menggunakan lampu senter 7. Menggunakan Solar Tracking System 8. Battery yang digunakan adalah 65 Ah
1.5 Metode Penyelesaian Masalah Metode yang digunakan dalam pembuatan penelitian ini adalah :
A. Studi Pustaka Studi Pustaka dilakukan dengan mencari pembahasan yang terkait dengan judul tugas akhir melalui media elektronik (internet) dan media cetak (buku/laporan). Studi pustaka dilakukan bertujuan untuk dapat mengetahui konsep teknologi, aspek-aspek, dan sistematika yang digunakan dalam perenencanaan sistem kontrol serta mempelajari perangkat keras dan lunak yang akan digunakan dalam simulasi dan perancangan.
B. Konsultasi Melalui konsultasi dengan dosen pembimbing serta dari sumber lain yang dapat dijakikan bahan pertimbangan dalam pembuatan tugas akhir ini sehingga permasalahan yang timbul dapat diselesaikan
C. Analisis Tahap analisis merupakan tahap terkahir dari metode penelitian. Metode analsis mencakup analisis dari hasil perancangan yang telah dilakukan
3
Universitas Nasional
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Energi Terbarukan Energi terbarukan secara umum didefinisikan sebagai energi yang berasal dari sumber yang secara alami terus menerus diperbaharui atau diisi ulang pada skala waktu kehidupan manusia seperti sinar matahari, angin, hujan, pasang surut gelombang, panas bumi dan biomasa. Sumber energi terbarukan sangat penting karena tidak akan habis terkuras, sehingga menghemat biaya. Selain itu, kita akan terbebas dari masalah dengan bahan bakar fosil seperti polusi, yang mana bahan bakar fosil tersebut saat ini digunakan untuk pasokan 93% dari energi dunia.
2.2 Asal Sumber Energi Berdasarkan pada sumbernya, energi dapat dibedakan menjadi energi yang berasal dari bumi (terresterial) dan yang berasal dari luar bumi (extraterrestrial). Sumber energi juga dapat diklasifikasikan berdasarkan sifatnya. Sumber energi dari bumi dikategorikan menjadi jenis renewable atau non-depleted energy dan non-renewable atau depleted energy. Sumber energi yang renewable atau dapat didaur-ulang, misalnya energi kayu, biomassa, biogas. Sumber energi dari luar bumi, misalnya energi surya dan energi sinar kosmik yang sifatnya tidak habis atau non-depleted energy resources. Sedang sumber energi seperti minyak bumi, batu bara dan gas alam adalah sumber energi yang bersifat tidak dapat diperbarui atau dapat habis. Energi yang berasal dari bumi dapat bersifat terbarukan atau tak dapat musnah (renewable atau non-depleted) artinya dapat diproduksi ulang atau tidak dapat habis, atau dapat juga tak terbarukan atau dapat musnah (non-renewable atau depleted), artinya tak dapat diproduksi ulang (dapat diproduksi ulang dalam waktu yang sangat lama) atau dapat habis (musnah). Asal sumber energi dapat dilihat seperti pada Gambar 1.1, dimana energi dapat berasal dari bumi (terresterial) atau dari luar bumi (extraterrestrial). Energi yang berasal dari luar bumi mesti bersifat tak dapat musnah (non depleted).
4
Universitas Nasional
Gambar 2. 1 Klasifikasi Sumber Energi Berdasarkan Asalnya.
2.3 Sel Surya Sel surya merupakan suatu fitur ataupun komponen yang bisa mengubah tenaga sinar matahari jadi tenaga listrik dengan memakai prinsip efek Photovoltaic. . Antonio Luque dan Steven Hegedus (2003) menjelaskan bahwa Sel surya merupakan teknologi yang menciptakan tenaga listrik arus searah (direct current) yang terukur dalam Watts (W) ataupun kiloWatts (kW) dari semikonduktor dikala semikonduktor tersebut tersinari oleh photon. Dampak Photovoltaic merupakan suatu fenomena dimana timbulnya tegangan listrik sebab terdapatnya ikatan atau kontak 2 elektroda yang dihubungkan dengan sistem padatan ataupun cairan saat memperoleh tenaga matahari. Dampak photovoltaic erat hubungannya dengan dampak photoelectric, dimana elektron diemisikan dari suatu material yang sudah meresap sinar dengan frekuensi diatas frekuensi ambang material tersebut.[4] Secara sederhana sel surya terdiri dari persambungan bahan semikonduktor bertipe p dan n (p-n junction semiconductor) yang jika terkena sinar matahari maka akan terjadi aliran elektron, aliran elektron inilah yang disebut sebagai aliran arus listrik.[5]
5
Universitas Nasional
Gambar 2. 2 Skematik Sederhana Sel Surya
2.4 Prinsip Kerja Sel Surya Sel surya (solar sel) yang termasuk dalam energi terbarukan telah banyak dikenal di Indonesia tetapi masih jarang digunakan walaupun sebenarnya dengan menggunakan solar sel akan mendapatkan listrik yang lebih ekonomis dari pada pembangkit lainnya. Listrik tenaga surya ini dihasilkan dengan proses yang disebut photovoltaic. Dalam proses ini sinar matahari yang menyentuh permukaan panel solar sel akan memecah elektron sehingga elektron ini bergerak. Gerakan elektron inilah yang menghasilkan energi listrik. Dengan menggunakan kabel listrik yang dihasilkan bisa disalurkan untuk digunakan berbagai peralatan listrik seperti Gambar 2.4 pada berikut ini.
Gambar 2. 3 P anel Su rya 100 WP Berjenis Monokristal
Efisiensi penggunaan listrik dengan tenaga matahari ini akan jauh lebih tinggi jika dikombinasi dengan penggunaan lampu LED karena lampu jenis ini menghasilkan cahaya yang sama terangnya dengan lampu neon tapi menggunakan daya listrik yang jauh lebih rendah. Keunggulan dari solar sel ini adalah mudah dipasang dan bisa ditempatkan dimana saja asalkan terjangkau sinar matahari dan hal ini sangat sesuai dengan negara kita yang hampir sepanjang tahun mendapat sinar matahari. Dengan sedikit kreatifitas, penempatan solar sel panel bisa digunakan untuk pengganti atap rumah,
6
Universitas Nasional
atap parking area dan lain-lain. Penggunaan solar sel sangat cocok untuk daerah yang belum terjangkau aliran listrik PLN. Sel surya terbuat dari potongan silikon yang sangat kecil dengan dilapisi bahan kimia khusus untuk membentuk dasar dari sel surya. Sel surya pada umumnya memiliki ketebalan minimum 0,3 mm yang terbuat dari irisan bahan semikonduktor dengan kutub positip dan negatif. Tiap sel surya biasanya menghasilkan tegangan 0,5 volt. Sel surya merupakan elemen aktif ( Semikonduktor ) yang memanfaatkan efek fotovoltaik untuk merubah energi surya menjadi energi listrik. Pada sel surya terdapat sambungan ( junction ) antara dua lapisan tipis yang terbuat dari bahan semikonduktor yang masing-masing diketahui sebagai semikonduktor jenis “P” ( positip ) dan semikonduktor jenis “N” ( negatip ). Semikonduktor jenis-N dibuat dari kristal silikon dan terdapat juga sejumlah material lain ( umumnya posfor ) dalam batasan bahwa material tersebut dapat memberikan suatu kelebihan elektron bebas. Elektron adalah partikel sub atom yang bermuatan negatif, sehingga silikon paduan dalam hal ini disebut sebagai semikonduktor jenis-N ( Negatip ). Semikonduktor jenis-P juga terbuat dari kristal silikon yang di dalamnya terdapat sejumlah kecil materi lain ( umumnya boron ) yang mana menyebabkan material tersebut kekurangan satu elektron bebas. Kekurangan atau hilangnya elektron ini disebut lubang ( hole ). Karena tidak ada atau kurangnya elektron yang bermuatan listrik negatif maka silikon paduan dalam hal ini sebagai semikonduktor jenis-P ( positip ). Susunan sebuah solar sel, sama dengan sebuah dioda, terdiri dari dua lapisan yang dinamakan PN juction. PN junction itu diperoleh dengan jalan menodai sebatang bahan semikonduktor silikon murni ( valensinya 4 ) dengan impuriti yang bervalensi 3 pada bagian sebelah kiri, dan yang di sebelah kanan dinodai dengan impuriti bervalensi 5. Sehingga pada bagian kiri terbentuk silikon yang tidak murni lagi dan dinamakan silikon jenis P, sedangkan yang sebelah kanan dinamakan silikon jenis N. Di dalam silikon murni terdapat dua macam pembawa muatan listrik yang seimbang. Pembawa muatan listrik yang positip dinamakan hole, sedangkan yang negatip dinamakan elektron. Setelah dilakukan proses penodaan itu, di dalam silikon jenis P terbentuk hole ( pembawa muatan listrik positip ) dalam jumlah yang sangat besar dibandingkan dengan elektronnya. Oleh karena itu di dalam silikon jenis P hole merupakan pembawa muatan mayoritas, sedangkan elektron merupakan pembawa muatan minoritas. Sebaliknya, di dalam silikon jenis N terbentuk elektron dalam jumlah yang sangat besar sehingga disebut pembawa muatan mayoritas, dan hole disebut pembawa muatan minoritas.
7
Universitas Nasional
Di dalam batang silikon itu terjadi pertemuan antara bagian P dan bagian N. Oleh karena itu dinamakan PN junction. Bila sekarang, bagian P dihubungkan dengan kutub positip dari sebuah baterai, sedangkan kutub negatipnya dihubungkan dengan bagian N, maka terjadi hubungan yang dinamakan "forward bias". Dalam keadaan forward bias, di dalam rangkaian itu timbul arus listrik yang disebabkan oleh kedua macam pembawa muatan. Jadi arus listrik yang mengalir di dalam PN junction disebabkan oleh gerakan hole dan gerakan elektron. Arus listrik itu mengalir searah dengan gerakan hole, tapi berlawanan arah dengan gerakan elektron. Sekedar untuk lebih menjelaskan, elektron yang bergerak di dalam bahan konduktor dapat menimbulkan energi listrik. Dan energi listrik inilah yang disebut sebagai arus listrik yang mengalir berlawanan arah dengan gerakan,elektron. Tapi, bila bagian P dihubungkan dengan kutup negatip dari baterai dan bagian N dihubungkan dengan kutub positipnya, maka sekarang terbentuk hubungan yang dinamakan "reverse bias". Dengan keadaan seperti ini, maka hole (pembawa positip) dapat tersambung langsung ke kutub positip, sedangkan elektron juga langsung ke kutub positip. Jadi, jelas di dalam PN junction tidak ada gerakan pembawa muatan mayoritas baik yang hole maupun yang elektron. Sedangkan pembawa muatan minoritas (elektron) di dalam bagian P bergerak berusaha untuk mencapai kutub positip baterai. Demikian pula pembawa muatan minoritas (hole ) di dalam bagian N juga bergerak berusaha mencapai kutub negatip. Karena itu, dalam keadaan reverse bias, di dalam PN junction ada juga arus yang timbul meskipun dalam jumlah yang sangat kecil (mikro amper). Arus ini sering disebut dengan reverse satu ration current atau leakage current (arus bocor). Ada yang menarik dalam keadaan reverse bias itu. Bila suhu PN juction tersebut dinaikkan ternyata dapat memperbesar arus bocor yang timbul itu. Berarti bila diberi energi (panas), pembawa muatan minoritas di dalam PN junction bertambah banyak. Karena cahaya itu merupakan salah satu bentuk energi, maka bila ada cahaya yang menimpa suatu PN junction dapat juga menghasilkan energi yang cukup untuk menghasilkan pembawa muatan. Gejala seperti ini dinamakan fatokonduktif. Berdasarkan gejala fotokonduktif itu maka dibuat komponen elektronik fotodioda dari PN junction itu. Dalam keadaan reverse bias, dengan memperbesar intensitas cahaya yang menimpa fotodioda dapat meningkatkan aras arus bocornya. Arus bocor dapat juga diperbesar dengan memperbesar tegangan baterai (tegangan reverse), tapi penambahan arus bocornya itu tidak signifikan. Bila baterai dalam rangkaian reverse bias itu dilepas dan diganti dengan beban tahanan, maka pemberian cahaya itu dapat menimbulkan pembawa muatan baik hole maupun elektron. Jika iluminasi cahaya itu ditingkatkan, ternyata arus yang timbul semakin besar. Gejala seperti ini dinamakan photovoltaic. Cahaya dapat memberikan energi yang cukup besar untuk memperbesar jumlah hole pada bagian P dan jumlah elektron pada bagian N. Berdasarkan gejala photovoltaic ini maka dapat diciptakan komponen
8
Universitas Nasional
elektronik photovoltaic sel. Karena biasanya matahari sebagai sumber cahaya, maka photovoltaic sel sering juga disebut solar sel (sel surya). Jadi sel surya itu pada dasarnya sebuah foto dioda yang besar dan dirancang dengan mengacu pada gejala photovoltaic sedemikian rupa sehingga dapat menghasilkan daya yang sebesar mungkin. Silikon jenis P merupakan lapisan permukaan yang dibuat sangat tipis supaya cahaya matahari dapat menembus langsung mencapai junction. Bagian P ini diberi lapisan nikel yang berbentuk cincin, sebagai terminal keluaran positip. Di bawah bagian P terdapat bagian jenis N yang dilapisi dengan nikel juga sebagai terminal keluaran negatip.[7]
2.4.1 Daya Pada Panel Surya Intensitas cahaya menentukan besarnya daya dari energi sumber cahaya yang sampai pada seluruh permukaan panel surya. Jika luas permukaan panel surya dengan intensitas tertentu maka daya input panel surya adalah : P=V.I
(1)
Dimana ; P = Energi/daya keluaran dari panel surya (Watt) V = Voltase yang terjadi (Volt) I = Kuat arus (Ampere) Untuk menghitung daya keluaran maksimum pada panel surya dengan standar yang tertera pada produk yang adalah : Pmax = Vmax x Imax
(2)
Dimana ; Pmax = Titik Daya Maksimum Vmax = Titik Tegangan Maksimum Imax = Titik Arus Maksimum
2.5 Solar tracker Solar tracker adalah perangkat yang mengarahkan payload ke arah matahari. Muatan dapat panel surya, palung parabolik, reflektor fresnel, cermin atau lensa. Untuk sistem fotovoltaik panel
9
Universitas Nasional
datar, pelacak digunakan untuk meminimalkan sudut insiden antara sinar matahari yang masuk dan panel photovoltaic. Sistem ini meningkatkan jumlah energi yang dihasilkan dari jumlah yang tetap terpasang pada kapasitas pembangkit listrik. Dalam aplikasi standar fotovoltaik, diperkirakan pada 2008-2009 pelacak dapat digunakan dalam setidaknya 85% dari instalasi komersial yang lebih besar dari satu megawatt dari 2009 sampai 2012. Namun, per April 2014, tidak ada data untuk mendukung prediksi ini. Dalam photovoltaics konsentrator (CPV) dan aplikasi tenaga surya (CSP), pelacak digunakan untuk mengaktifkan komponen optik di CPV dan sistem CSP. Optik dalam aplikasi surya terkonsentrasi menerima komponen langsung dari cahaya sinar matahari dan karena itu harus berorientasi tepat untuk mengumpulkan energi. Sistem pelacakan yang ditemukan di semua aplikasi harus mengarah ke konsentrator karena sistem tersebut tidak menghasilkan energi kecuali menunjuk matahari.
2.6 Arduino Uno Arduino Uno adalah sebuah board mikrokontroller yang berbasis ATmega328. Arduino memiliki 14 pin input/output yang mana 6 pin dapat digunakan sebagai output PWM, 6 analog input, crystal osilator 16 MHz, koneksi USB, jack power, kepala ICSP, dan tombol reset. Arduino mampu mensupport mikrokontroller; dapat dikoneksikan dengan komputer menggunakan kabel USB.[9] Apakah arduino?, Menurut (FeriDjuandi, 2011) Arduino adalah merupakan sebuah board minimum system mikrokontroler yang bersifat open source. Didalam rangkaian board arduino terdapat mikrokontroler AVR seri ATMega 328 yang merupakan produk dari Atmel. Mikrokontroler Arduino Uno memiliki beberapa bagian diantaranya terdapat prosesor, USB, konektor daya, saklar daya otomatis, pin digital, pin analog, pin daya, dan saklar reset.
10
Universitas Nasional
Gambar 2. 4 Struktur Bagian Dari Papan Arduino Uno
1.
Fungsi dari beberapa komponen yang melekat pada papan Arduino Uno
yaitu:Konektor USB berfusngsi untuk menghubungkan papan Arduino ke komputer. Ketika terhubung, papan Arduino yang didukung kabel USB dapat meng-upload kode dan dapat berkomunikasi dari komputer ke papan Arduino.
2.
Konektor daya digunakan ketika tidak ingin menghubungkan Arduino dengan
kabel USB. Sebaliknya dapat menggunakan transformator normal (power adapter) dalam kisaran dari 6V ke 24V. Arduino memiliki on board power regulator yang tidak pernah menghubungkan sumber daya yang lebih besar dari 24V.
3.
Saklar daya otomatis berupa jumper plastik yang terletak antara konektor USB
dan konektor daya. Jika ingin menghubungkan Arduino dengan USB dapat menempatkan jumper dua pin yang paling dekat dengan konektor USB dan jika ingin sumber daya eksternal dapat menempatkan jumper selama dua pin paling dekat dengan konektor daya.
4.
Terdapat 13 pin digital di papan Arduino dan ini dapat digunakan baik sebagai
input dan output tergantung pada pengaturan tema dalam program.
5.
Pin analog hanya bekerja sebagai masukan tetapi dapat menangani jangkauan
yang lebih besar dari informasi yang masuk dalam pin digital
6.
Pin daya berada di sebelah kiri pin analog sehingga dapat memberi tegangan
baik 3.3V atau 5V.
7.
Reset switch berfungsi untuk mengembalikan program apapun pada Arduino
untuk memulai dari awal.
11
Universitas Nasional
Tabel 2. 1 Spesifikasi ArduinoUno
Mikrokontroler Tegangan Pengoprasian TeganganInput (rekomendasi) Tegangan Input (limit) Pin Digital I/O Pin Analog Input Arus DC per Pin I/O Arus DC untuk Pin 3.3 V Memori Flash
ATmega328 5V 7-12V
SRAM EEPROM Clock Speed
2 KB 1 KB 16 MHz
6-20V 14 (of which 6 provide PWM output) 6 40 Ma 50 mA 32 KB of which 0,5 KB used by bootloader
12
Universitas Nasional
Gambar 2. 5 Arduino Uno Schematic
14
Universitas Nasional
2.7 Arduino IDE Untuk memprogram board Arduino, kita membutuhkan aplikasi IDE (Integrated Development Environment) bawaan dari Arduino. Aplikasi ini berguna sebagai text editor untuk membuat, membuka, mengedit, dan juga mevalidasi kode serta untuk di upload ke board Arduino. Program yang digunakan pada Arduino disebut dengan istilah “sketch” yaitu file source code arduino dengan ekstensi .ino
Gambar 2. 6 Tampilan Depan Arduino IDE
Seperti teks editor pada umumnya yaitu memiliki fitur untuk cut / paste dan untuk find / replace teks. Pada bagian keterangan aplikasi memberikan pesan balik saat menyimpan dan mengekspor dan juga sebagai tempat menampilkan kesalahan. Konsol log menampilkan output teks dari Arduino Software (IDE), termasuk pesan kesalahan yang lengkap dan informasi lainnya. Pojok kanan bawah jendela menampilkan papan dikonfigurasi dan port serial. Tombol toolbar memungkinkan Anda untuk memverifikasi dan meng-upload program, membuat, membuka, dan menyimpan sketch, dan membuka monitor serial. Bagian-bagian Arduino IDE :
1. Verify pada versi sebelumnya dikenal dengan istilah Compile. Sebelum aplikasi diupload ke boardArduino, biasakan untuk memverifikasi terlebih dahulu sketch yang dibuat. Jika ada kesalahan pada sketch, nanti akan muncul error. Proses Verify / Compile mengubah sketch ke binary code untuk di-uploadke mikrokontroller.
2. Upload tombol ini berfungsi untuk mengupload sketch ke board Arduino. Walaupun kita tidak mengklik tombol verify, maka sketch akan dicompile,
15
Universitas Nasional
kemudian langsung diupload ke board. Berbeda dengan tombol verify yang hanya berfungsi untuk memverifikasi source code saja.
3. New Sketch Membuka window dan membuat sketch baru 4. Open Sketch Membuka sketch yang sudah pernah dibuat. Sketch yang dibuat dengan IDE Arduino akan disimpan dengan ekstensi file .ino
5. Save Sketch menyimpan sketch, tapi tidak disertai dengan mengkompile. 6. Serial Monitor Membuka interface untuk komunikasi serial, nanti akan kita diskusikan lebih lanjut pada bagian selanjutnya.
7. Keterangan Aplikasi pesan-pesan yang dilakukan aplikasi akan muncul di sini, misal “Compiling” dan “Done Uploading”ketika kita mengcompile dan mengupload sketch ke board Arduino
8. Konsol log Pesan-pesan yang dikerjakan aplikasi dan pesan-pesan tentang sketch akan muncul pada bagian ini. Misal, ketika aplikasi mengcompile atau ketika ada kesalahan pada sketch yang kita buat, maka informasi error dan baris akan diinformasikan di bagian ini.
9. Baris Sketch bagian ini akan menunjukkan posisi baris kursor yang sedang aktif pada sketch.
10. Informasi Board dan Port Bagian ini menginformasikan port yang dipakai oleh board Arduino.
16
Universitas Nasional
Gambar 2. 7 Sketch Arduino
Bahasa pemrograman yang digunakan pada Arduino ini berdasar pada bahasa C/C++. Program pada Arduino terbagi menjadi tiga bagian utama yaitu Structure, Values (berisi variable dan konstantata) dan yang terakhir function. struktur kode pada arduino yaitu berisi fungsi setup() dan loop().fungsi ini dipanggil pertama kali ketika menjalankan sketch. digunakan sebagai tempat inisialisai variable, pin mode, penggunaan library dan lainnya. fungsi ini dijalankan sekali ketika board dinyalakan atau di reset. Segmentasi kode ke fungsi memungkinkan programmer untuk membuat potonganpotongan modular kode yang melakukan tugas yang terdefinisi dan kemudian kembali ke asal kode dari mana fungsi itu “dipanggil”. Umumnya menggunakan fungsi adalah ketika salah satu kebutuhan untuk melakukan tindakan yang sama beberapa kali dalam sebuah program.
2.8 Motor aktuator Aktuator merupakan suatu perlatan yang terdiri dari perangkat elektronik dan mekanik yang terletak pada tiang penyanggah yang berperan untuk menggerakkan serta memusatkan antenna parabola supaya didapatkan posisi yang menuju pas ke satelit yang dikehendaki. Tetapi, 17
Universitas Nasional
pada penelitian ini Actuator berperan sebagai penggerak panel surya pada saat mencari posisi cahaya ataupun panas matahari, actuator dapat dilihat pada Gambar 2. 8
Gambar 2. 8 Motor aktuator Linear
2.9 Prinsip Kerja Motor DC Pada Gambar 2. 9 menunjukkan prinsip kerja dasar dari suatu motor Direct Current( DC), sebuah batang tembaga yang bisa berotasi bebas dalam medan suatu magnet permanen. Ketika suatu arus melalui kumparan, maka menciptakan medan magnet yang setelah itu mennimbulkan gaya gerak sehingga menimbulkan rotasi, perihal ini terus bersinambung, kumparan terletak pada posisi tegak lurus dengan arah arus yang lewat kumparan yang sudah di reverse.
Gambar 2. 9 Dasar Motor DC
Pada motor DC konvensional, kumparan tembaga terpasang pada slots sebuah bahan magnetis silinder yang disebut dengan armature. Armature terpasang pada bearing, dan hal ini menimbulkan armature bisa berotasi secara leluasa. Armature ini terletak dalam medan magnet yang dihasilkan oleh kutub magnet. Untuk motor yang kecil, magnet permanen ataupun elektromagnet dengan medan magnet yang dimilikinya dihasilkan oleh suatu arus yang lewat kumparan.
18
Universitas Nasional
Gambar 2. 10 Sistem Pada Motor DC
Pada gambar 2. 10 menampilkan prinsip kerja dasar dari suatu 4 kutub motor DC dengan medan magnet yang dihasilkan oleh arus yang melalui bidang kumparan. Lilitan kumparan pada masing- masing armature yang saling terhubung dengan segment dari ring segment disebut sebagai commutator, dengan kontak elektrik yang terbuat untuk segment melalui kontak karbon disebut brushes. Sebagai penggerak armature, commutator membalikkan arus pada masingmasing kumparan sehingga bergerak antara medan magnet. Hal ini perlu, jika gaya gerak pada kumparan untuk mengulang gerakan dengan yang sama serta terus berputar. Arah dari perputaran motor DC bisa dibalik, dengan membalikkan pula arah arus armature ataupun medan arus.[12]
2.10 Motor driver BTS7960 Pada Motor driver DC ini dapat mengeluarkan arus hingga 43A, dengan memiliki fungsi PWM. Tegangan sumber DC yang dapat diberikan antara 5.5V27VDC, sedangkan tegangan input level antara 3.3V-5VDC, Motor driver ini menggunakan rangkaian full Hbridge dengan IC BTS7960 dengan perlindungan saat terjadi panas dan arus berlebihan. [10]
19
Universitas Nasional
Gambar 2. 11 Motor driver BTS7960
Pin konfigurasi dari penggunaan driver 43A H-Brige Drive PWM ini dapat dilihat pada gambar dibawah :
Gambar 2. 12 Pin Konfigurasi BTS7960 Driver 43A H-Bridge Drive PWM
2.11 LDR (Light Dependent Resistor) 2.11.1 Pengertian Sensor LDR LDR (Light Dependent Resistor) merupakan salah satu komponen resistor yang nilai resistansinya akan berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang mengenai sensor ini. LDR juga dapat digunakan sebagai sensor cahaya. Perlu diketahui bahwa nilai resistansi dari sensor ini sangat bergantung pada intensitas cahaya. Semakin banyak cahaya yang mengenainya, maka akan semakin menurun nilai resistansinya. Sebaliknya jika semakin sedikit cahaya yang mengenai sensor (gelap), maka nilai hambatannya akan menjadi semakin besar sehingga arus listrik yang mengalir akan terhambat.
2.11.2 Fungsi Sensor LDR LDR berfungsi sebagai sebuah sensor cahaya dalam berbagai macam rangkaian elektronika seperti saklar otomatis berdasarkan cahaya yang jika sensor terkena cahaya maka arus 20
Universitas Nasional
listrik akan mengalir(ON) dan sebaliknya jika sensor dalam kondisi minim cahaya(gelap) maka aliran listrik akan terhambat(OFF). LDR juga sering digunakan sebagai sensor lampu penerang jalan otomatis, lampu kamar tidur, alarm, rangkaian anti maling otomatis menggunakan laser, sutter kamera otomatis, dan masih banyak lagi yang lainnya.
2.11.3 Cara Kerja Sensor LDR Prinsip kerja LDR sangat sederhana tak jauh berbeda dengan variable resistor pada umumnya. LDR dipasang pada berbagai macam rangkaian elektronika dan dapat memutus dan menyambungkan aliran listrik berdasarkan cahaya. Semakin banyak cahaya yang mengenai LDR maka nilai resistansinya akan menurun, dan sebaliknya semakin sedikit cahaya yang mengenai LDR maka nilai hambatannya akan semakin membesar.
Gambar 2. 13 Cara kerja LDR (Light Dependent Resistor)
2.12 Battery Charger Regulator (BCR) Battery Charger Regulator (BCR) adalah sebuah rangkaian kontrol yang mempunyai tugas mengatur regulasi pengisian dan pengosongan baterai. Pengaturan ini dilakukan dengan cara memutuskan hubungan sumber (modul photovoltaic) dengan baterai ketika tegangan pada baterai telah mencapai titik HVD (High Voltage Disconnected) dan pengaturan juga dilakukan dengan memutuskan hubungan baterai dengan beban ketika tegangan baterai telah mencapai titik LVD (Low Voltage Disconnected) berikut adalah Gambar 2. 14 dari Battery Charger Regulator (BCR).
21
Universitas Nasional
Gambar 2. 14 Battery Charger Regulator (BCR)
Fungsi utama dari Battery Charger Regulator (BCR) adalah mengatur proses pengisian dan pengosongan baterai agar baterai terhindar dari kerusakan. Pengaturan ini dilakukan dengan cara memutuskan hubungan sumber (modul photovoltaic). Dengan baterai ketika tegangan pada baterai telah mencapai titik HVD ( High Voltage Disconnected ). Jika pada titik ini baterai tetap terhubung dengan sumber, maka akan dapat mengakibatkan penurunan tegangan dan merusak sel-sel dalam baterai. Pengaturan juga dilakukan dengan memutuskan hubungan baterai dengan beban ketika tegangan baterai telah mencapai titik LVD (Low Voltage Disconnected). Hal ini dilakukan agar State Of Charge (SOC) baterai tidak berkurang melebihi daerah yang direkomendasikan dengan mengacu pada adanya variasi besar dan waktu pengisian energi dari matahari. Jika baterai tetap terhubung dengan beban pada tegangan titik mati bahwa (LVD), maka tegangan baterai akan menjadi habis dan akan merusak baterai. Battery Charger Regulator juga memiliki fungsi lain sebagai berikut :
1. Penghubung antar komponen pada sistem PLTS. 2. Proteksi terhadap beban berlebih (over load) pada beban. 3. Proteksi arus balik dari baterai ke modul PV. 4. Proteksi terhadap hubung singkat pada beban. Prinsip kerja alat secara keseluruhan pada sistem PLTS. Pada dasarnya, baterai dan modul photovoltaic bekerja sama dalam memberikan energi listrik kepada beban. Energi listrik dapat dihasilkan langsung dari modul photovoltaic pada siang hari, dan dari baterai pada malam hari. Bisa juga dari keduanya pada saat cuaca mendung. Semua itu tidak terlepas dari fungsi BCR sebagai alat pengatur.
22
Universitas Nasional
Pada siang hari, matahari bersinar dengan mengeluarkan energi radiasi melalui gelombang cahaya. Dengan menggunakan modul photovoltaic energi ini dikonversikan menjadi energi listrik. Apabila tegangan pada modul lebih besar dari tegangan baterai, maka terjadi arus pengisian ke baterai. Tegangan baterai akan terus meningkat sejalan dengan makin lamanya waktu pengisian. Dan apabila tegangan baterai telah mencapai batas ambang tegangan kerja atas (titik mati tegangan atas).yang ditetapkan pada BCR yaitu 12 volt, maka BCR akan memutuskan hubungan antara modul dengan baterai yang ditandai dengan adanya arus hubungan singkat pada modul photovoltaic. Pada malam hari, tidak ada energi yang dihasilkan oleh modul photovoltaic dan pada saat itu secara otomatis yang mensuplai energi ke beban adalah baterai. Jika penggunaan energi baterai terlalu banyak, maka tegangan baterai akan turun sejalan dengan berkurangnya energi baterai. Jika tegangan baterai turun melewati batas ambang bawah (titik mati tegangan bawah) yang ditatapkan oleh BCR yaitu 11,5 volt, maka secara otomatis beban akan mati yang ditandai dengan terputusnya hubungan antara baterai dengan beban (hubungan terbuka). Battery Control Regulator (BCR) yang berfungsi sebagai proteksi over charge, juga sebagai proteksi pengosongan baterai berlebih (over discharge), proteksi beban lebih, hubung singkat, tegangan kejut halilintar, arus balik dari baterai ke sumber (pembangkit), dan proteksi polaritas terbalik baterai dan sumber (pembangkit).
Gambar 2. 15 Diagram Blok Solar Home System (SHS)
Pada Gambar 2. 15 diagram blok diperlihatkan bahwa pada rancangan alat Battery Control Regulator (BCR) ini menggunakan sebuah sumber yaitu dari system Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) dengan menggunakan modul photovoltaic (PV) sebesar 100 Wp. Sehingga pada alat BCR ini dibuat pada kapasitas 100-120 VA .[7]
23
Universitas Nasional
2.13 Battery Battery adalah alat yang menyimpan daya yang dihasilkan oleh panel surya yang tidak segera digunakan oleh beban. Daya yang disimpan dapat digunakan saat periode radiasi matahari rendah atau pada malam hari. Berikut adalah Gambar 2. 17 dari baterai yang digunakan dalam pengujian sebagai berikut:
Gambar 2. 16 Battery
Komponen baterai kadang-kadang dinamakan akumulator (accumulator). Akumulator adalah baterai yang merupakan suatu sumber aliran yang paling populer yang dapat digunakan di mana-mana untuk keperluan yang bermacam-macam beranekaragam , akumulator dapat diartikan sebagai sel listrik yang berlangsung proses elekrokimia secara bolak-balik (reversible) dengan nilai efisiensi yang tinggi. Disini terjadi proses pengubahan tenaga kimia menjadi tenaga listrik, dan sebaliknya tenaga listrik menjadi tenaga kimia dengan cara regenerasi dari elektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dengan arah yang berlawanan di dalam selsel yang ada dalam akumulator. Saat pengisian tenaga listrik dari luar diubah menjadi tenaga listrik didalam akumulator dan disimpan didalamnya. Sedangkan saat pengosongan, tenaga di dalam akumulator diubah lagi menjadi tenaga listrik yang digunakan untuk. mencatu energi dari suatu peralatan listrik. Dengan adanya proses tersebut akumulator sering dikenal dengan elemen primer dan sekunder.[8]
24
Universitas Nasional
Gambar 2. 17 Konstruksi Baterai [10]
2.14 Inverter Inverter adalah perangkat elektrik yang digunakan untuk mengubaharus lidtrik searah (DC – direct current ) menjadi arus bolak balik ( AC- alternating current) berikut adalah Gambar 2. 20 dari inverter PSM ( pire sine wive ).
Gambar 2. 18 Inverter PSM 1000W
Pada Gambar 2. 18 inverter PSM yang digunakan dalam pengujian, Inverter berfungsi mengkonversi arus DC 12/24 volt dari beterai menjadi 220 volt setara PLN.
25
Universitas Nasional
Dalam pembangkit listrik tenaga surya (PLTS), inverter diperlukan untuk menyediakan arus AC untuk perangkat listrik seperti lampu, televisi DLL. Grid tie inverter adalah tipe spesial inverter yang dirancang untuk menyuntikan arus listrik ke sistem distribusi tenaga listrik yang sudah ada, misalkan PLN/genset, inverter tersebut harus disinkronkan dengan frekuensi grid yang sama, biasanya berisi satu atau lebih fitur maksimum power point tracking untuk mengkonversi jumlah maksimum daya yang tersedia dan termasuk fitur proteksi keselamatan.[7]
26
Universitas Nasional
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Pendahuluan Pada metodologi tugas akhir ini membahas mengenai perancangan dan pembangunan solar tracker Double Axis pada solar sel dengan kapasitas 400 wp. Perancangan ini menggunakan Arduino Uno, LDR (Light Dependent Resistor) / sensor cahaya, motor aktuator, dan panel surya. Alat ini menggunakan sistem pelacak dengan sumbu ganda yaitu azzimuth dan elevation dengan bergerak kekiri, kanan, atas , dan bawah sesuai mengikuti arah matahari. Sehingga pengomptimalan solar cell menyerap sinar matahari menjadi maksimal.
3.2 Perancangan Alat Berikut ini merupakan alat dan bahan yang dibutuhkan dalam membuat PLTS sebagai berikut:
3.2.1 Alat Pembuatan PLTS Menggunakan Modul Panel Surya 400 WP Berjenis Monokristal Alat - alat yang dibutuhkan dalam membuat PLTS dituangkan kedalam bentuk tabel 3. 1 sebagai berikut: Tabel 3. 1 Alat pembuatan PLTS
NO
Nama Barang
Kegunaan Barang
1.
Bor
melubangi besi
2.
Gerinda
memotong besi
3.
kunci pas 1 set
mengencangkan baut
4.
obeng + -
mengencangkan baut
5.
multitester digital
mengukur arus dan tegangan
6.
Laptop
untuk memasukan data
7.
Meteran
mengukur panjang dan lebar
8.
Tang
memegang, mengencangkan baut dan mur
9.
Mesin Las
Menyambung besi besi
27
Universitas Nasional
3.2.1 Bahan Pembuatan PLTS Menggunakan Modul Panel Surya 400 WP Berjenis Monokristal Bahan – bahan yang dibutuhkan dalam membuat PLTS dituangkan kedalam bentuk tabel 3. 2 sebagai berikut: Tabel 3. 2 Bahan pembuatan panel surya, solar tracker dan Rangka panel surya
Instalasi Panel Surya NO
Nama Barang
Jumlah
1.
Baterai basah (Amaron) 12V
1
2.
Inverter 1000 Watt (PSW)
1
3.
Solar Charger Controller ( PWM )
1
4.
Box Panel Listrik
1
5.
Kabel NYYHY 2*2,5 mm
Tergantung kebutuhan
6.
Kabel beban 2*0,75 mm
Tergantung kebutuhan
7.
Modul panel surya
4
Solar tracker NO
Nama Barang
Jumlah
1.
Motor aktuator
2
2.
Arduino Uno
1
3.
Aliname transparan case aklilik shell
1
4.
Modul LDR
4
5.
Kabel Jumper
Tergantung kebutuhan
6.
Kayu plat LDR
4
7.
Motor driver BTS7960
2
3.3 Perancangan Sistem Kendali Pada perancangan sistem Kendali terdapat fungsi pembacaan data masukan dari sensor, pengolahan data menjadi keluaran berupa pergerakan motor aktuator secara horizontal dan vertikal . Diagram blok solar tracker terdiri dari masukan, pemroses dan keluaran. Pada sistem solar tracker memiliki masukan yang terdiri dari data masukan LDR (Light Dependent Resistor) . Arduino Uno dan driver motor digunakan sebagai driver I/O. Keluarannya yaitu dengan mengatur
28
Universitas Nasional
LCD dan Motor aktuator agar bekerja sesuai sistem yang direncanakan. Berikut gambar blok diagram perancangan sistem solar tracker.
Gambar 3. 1 Blok Diagram Perancangan Sistem Solar tracker
29
Universitas Nasional
Gambar 3. 2 Rangkaian Skematik Solar tracker
Pada Gambar 3. 2 merupakan rangkaian keseluruhan dari solar tracker yang mana rangkaian motor aktuator sebagai output dan LDR sebagai input tergabung menjadi satu sesuai pin yang ada sehingga menggerakan solar cell secara sistem dual axisuntuk pin fungsinya di jelaskan pada tabel di bawah ini.
30
Universitas Nasional
Tabel 3. 3 Interkoneksi Rangkaian Motor Aktuator Azzimuth
Motor aktuator Azzimuth Kabel berwarna merah
Driver Motor BTS 7960
Arduino
Input dari Pin A+ ke
Pin 13
driver motor,
(Pada motor aktuator azimuth kabel berwarna
Output driver motor pin
merah di hubungkan pada
RPWM ke arduino
Pin 13 yang terdapat pada Arduino UNO)
Kabel berwarna biru
Input dari Pin A- ke
PIN 12
driver motor,
(Pada motor aktuator azzimuth kabel berwarna biru di hubungkan pada Pin
Output driver motor pin
4 yang terdapat pada
LPWM ke arduino
Arduino UNO)
PIN 11 (Pada driver motor Output driver motor pin R_EN
dan
L_EN
azzimuth pin R_EN dan ke L_EN di jumper dan di hubungkan pada Pin 11
arduino
yang terdapat pada Arduino UNO) Tabel 3. 4 Interkoneksi Rangkaian Motor Aktuator Elevation
Motor aktuator Elevation Kabel berwarna merah
Driver Motor BTS 7960
Arduino
Input dari Pin B+ ke
Pin 8
driver motor,
(Pada motor aktuator elevation kabel berwarna
Output driver motor pin
merah di hubungkan pada
RPWM ke arduino
Pin 8 yang terdapat pada Arduino UNO)
Kabel berwarna biru
Input dari Pin B- ke
31
PIN 9
Universitas Nasional
(Pada motor aktuator
driver motor,
elevation kabel berwarna biru di hubungkan pada Pin Output driver motor pin
9 yang terdapat pada
LPWM ke arduino
Arduino UNO)
PIN 10 (Pada driver motor elevation pin R_EN dan
Output driver motor pin R_EN
dan
L_EN
ke L_EN di jumper dan di hubungkan pada Pin 10
arduino
yang terdapat pada Arduino UNO)
Tabel 3. 5 Interkoneksi Rangkaian LDR dengan Arduino
LDR Pin D 0
Arduino ( Pada kaki kiri LDR dihubungkan pada Pin A0 sebagai signal )
(+)
Pin Vin ( bagian tengah LDR ) ke pin 5 v Dan
(-)
Pin D 0
GND (Pada kaki kanan LDR ) dihubungkan pada Pin GND) ( Pada kaki kiri LDR dihubungkan pada Pin A1 sebagai signal )
(+)
Pin Vin ( bagian tengah LDR ) ke pin 5 v Dan
(-)
Pin D 0
GND (Pada kaki kanan LDR ) dihubungkan pada Pin GND) ( Pada kaki kiri LDR dihubungkan pada Pin A2 sebagai signal )
(+)
Pin Vin ( bagian tengah LDR ) ke pin 5 v Dan
(-)
GND (Pada kaki kanan LDR ) dihubungkan 32
Universitas Nasional
pada Pin GND) Pin D 0
( Pada kaki kiri LDR dihubungkan pada Pin A3 sebagai signal )
(+)
Pin Vin ( bagian tengah LDR ) ke pin 5 v Dan
(-)
GND (Pada kaki kanan LDR ) dihubungkan pada Pin GND)
3.4 Perancangan Sistem Panel Surya Pada perancangan sistem panel surya terdapat fungsi pengaturan pengaturan keluaran beban dengan menggunakan arus DC maupun AC. Diagram sistem panel surya terdiri dari masukan, pemroses dan keluaran. Pada sistem panel surya memiliki masukan yang terdiri dari data masukan panel surya. Solar charger sistem, baterai, dan inverter digunakan sebagai driver I/O. Keluarannya yaitu dengan beban dengan arus DC maupun AC agar bekerja sesuai sistem yang direncanakan.
Gambar 3. 3 Diagram Blok Perancangan Sistem Panel Surya
33
Universitas Nasional
Gambar 3. 4 Rangkaian Skematik Panel Surya
Pada Gambar 3. 4 merupakan rangkaian keseluruhan dari panel surya yang mana beban DC maupun AC sebagai output dan panel surya sebagai input tergabung menjadi satu sesuai pin yang ada sehingga dapat digunakan untuk menggerakan motor aktuator dan beban AC, untuk pin fungsinya di jelaskan pada tabel di bawah ini. Tabel 3. 6 Interkoneksi Panel surya, solar charge control, Battery dan inverter Dc to AC
Panel Surya
Solar Charger
Inverter DC – AC
Battery
Controller Pin (+) Panel Surya ke Pin (+) Battery pada Solar Charge Pin PV (+) pada Controller ke pin (+) Solar Charge pada Battery dan ke pin (+) input Inverter Controller
Output Inverter pin
Pin (-) Panel Surya ke
Pin (-) Battery pada
Output Inverter pin
Pin PV (-) pada
Solar
Solar Controller
(+) ke beban AC(+)
Charge (-) ke beban AC (-)
Pin (+) pada Battery ke input (+) Inverter
Pin (-) pada Battery ke input (-) Inverter
Charge Controller ke pin (-) pada Battery dan ke pin (-) input Inverter
34
Universitas Nasional
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Perancangan Hasil pengukuran dan eksperimen serta pengolahan data akan ditampilkan pada bab IV ini. Pengujian dengan cara mengambilan data dari hasil pengujian dengan menggunakan alat ukur avometer untuk memperoleh daya keluaran pada masing masing panel surya dengan menggunakan system solar tracker dan tanpa menggunakan (statis) sehingga diperoleh data perbandingan kinerja daya keluaran maksimum pada masing – masing panel surya dan penghitungan nilai efiensi dari sistem yang bekerja .
4.1.1 Implementasi Pada Sistem Kendali Implementasi pada perancangan sistem kendali dilakukan dengan mengoperasikannya pada sebuah laptop/komputer. Untuk mengoperasikan perangkat lunak dengan menggunakan software arduino IDE. Perangkat lunak ini menggunakan bahasa pemrograman yang dikembangkan untuk mendukung Arduino Uno. Penggunaan software arduino IDE yaitu untuk menjalankan sistem dengan sketch kode program yang ditulis pada text editor dan diupload ke microcontroller Arduino Uno.
Gambar 4. 1 Sketch Kode Program pada Arduino IDE
Code program pada software Arduino IDE, kerja sistem kendali untuk solar tracker seperti dibawah ini :
35
Universitas Nasional
a)
Mendeklarasikan semua library yang di pakai, mendeklariskan pin yang di gunakan pada masing masing motor aktuator , pin yang di gunakan pada Driver Motor BTS7960 dan pin yang di gunakan pada modul LDR.
Gambar 4. 2 Code Program 1
b)
Program pada 4 buah sensor LDR untuk menggerakan motor aktuator.
Gambar 4. 3 Code Program 2
4.1.2 Implementasi Pada Sistem Panel Surya Implementasi pada perancangan sitem panel surya dilakukan dengan mengoperasikannya pada sebuah Battery Charger Regulator (BCR) , battery, dan inverter. 36
Universitas Nasional
Lalu dikoneksikan pada panel surya.
Gambar 4. 4 Panel Surya dan Sensor LDR
Gambar 4. 4 Interkoneksi antara Battery Charger Regulator (BCR), battery , dan Inverter
4.2 Hasil Perancangan Sistem Pada perancangan mekanik ini dilakukan pemasangan panel surya , box panel tenaga, motor aktuator dan , box kontrol, dan battery. Hasil perancangan penelitian ini dapat dilihat pada gambar 4. 5, 4. 6, dan 4. 7.
37
Universitas Nasional
Gambar 4. 5 Hasil Pemasangan Panel Surya, box panel tenaga, box kontrol, motor aktuator dan battery
Terlihat ada motor aktuator untuk pergerakan tracker azzimuth dan elevation
Gambar 4. 7 Motor Aktuator Azzimuth dan Elevation
Terlihat ada box panel kontrol dan box panel tenaga pada hasil perancangan sistem.
38
Universitas Nasional
Gambar 4. 7 Box Panel Tenaga dan Box Panel Kontrol
Pada hasil perancangan gambar 4. 7 ini dapat di lihat pada bagian box panel tenaga terdapat Battery Charger Regulator (BCR) yang berfungsi untuk mengatur arus searah yang diisi ke baterai yang disuply oleh energy matahari dan disalurkan ke beban. Alat ini berfungsi juga untuk mengatur kelebihan pengisian yang di alirkan dari solar panel ke battery, inverter yang berfungsi sebagai untuk mengubah arus listrik searah (DC) menjadi arus bolak-balik (AC) pada tegangan yang lebih tinggi, dan juga box kontrol yang berfungsi untuk mengontrol solar tracker. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 4. 7.
39
Universitas Nasional
Gambar 4. 8 Box Kontrol
Pada hasil perancangan gambar 4. 8 ini dapat di lihat pada box kontrol yang berfungsi untuk mengontrol solar tracker.Terdapat Arduino Ino yang berfungsi untuk memudahkan kita dalam melakukan prototyping, memprogram mikrokontroler, membuat alat-alat canggih berbasis mikrokontorler, dan juga ada driver motor BTS7960 yang berfungsi untuk untuk mengatur kecepatan putar motor/mengkontrol PWM.
4.3 Hasil Pengujian Untuk mengetahui kesesuaian antara perancangan yang telah dibuat dan implementasi yang telah dilakukan, maka dilakukan beberapa pengujian, diantaranya pengujian solar tracker, pengujian beban yang digunakan oleh motor aktuator dan pengujian daya dengan menggunakan solar tracker.
4.3.1 Pengujian Solar tracker Pengujian ini untuk mengetahui apakah solar tracker dapat berfungsi secara secara optimal. Pengujian ini dilakukan dengan melakukan pengamatan oleh penulis.
40
Universitas Nasional
Gambar 4. 9 Pengujian Solar Tracker Azzimuth Barat
Gambar 4. 10 Pengujian Solar Tracker Azzimuth Timur
41
Universitas Nasional
Gambar 4. 11 Pengujian Solar Tracker Elevation Utara
Gambar 4. 12 Pengujian Solar Tracker Elevation Selatan
4.3.2 Pengujian Arus Pada Motor Aktuator Motor aktuator dapat bekerja pada tegangan 24 VDC sesuai dengan spesifikasi motor tersebut. Dalam pengujian ini menggunakan battery yang sudah terkoneksi dengan inverter agar dapat diubah menjadi tegangan AC, lalu dihubungkan dengan power supply 24 VDC. Hasil pengujian ini dapat diketahui arus yang mengalir pada motor aktuator dalam keadaan standby dan juga dalam keadaan beroprasi. Hasil dapat diketahui arus yang mengalir pada motor aktuator dengan menghubungkan probe positif dan probe negatif pada pin output motor driver.
42
Universitas Nasional
Gambar 4. 13 Hasil Pengujian Arus pada salah satu Motor Aktuator Tabel 4. 1 Data Pengujian Arus yang Mengalir pada Motor Aktuator
Aktuator 1
Aktuator 2
Arus Minimal saat 0.0 A 0.0 A Standy Arus Maksimal saat 0.662 A 0.362A Operasi Hasil pengujian pada arus yang mengalir pada motor aktuator terjadi perbedaan arus pada saat kondisi motor aktuator standby dengan kondisi motor aktuator saat beroperasi. Hal ini dapat terjadi karena beban yang di terima dari setiap motor aktuator saat beroperasi jadi di butuhkan arus yang lebih besar dengan rentang arus 0.662 A – 0.362 A Dari hasil pengukuran arus yang mengalir pada aktuator maka dapat di ketahui daya saat motor aktuator dalam kondisi standby dan saat beroperasi dengan rumus : standby = I.V = 0 A x 24 V = 0 Watt operasi = I.V = 0.512 A x 24V = 12.288 Watt
43
Universitas Nasional
4.3.3 Hasil Pengukuran Nilai Efisiensi pada Panel Surya 400 Wp Berjenis Monocrystalline Besar energi yang dihasilkan dari panel surya Pout dapat dihitung dengan mengukur voltase dan arus keluaran panel surya, sehingga energi yang dihasilkan merupakan daya keluaran dari panel surya, dapat dicari dengan rumus : P=V.I
(1)
Dimana ; P = Energi/daya keluaran dari panel surya (Watt) V = Voltase yang terjadi (Volt) I = Kuat arus (Ampere) dari hasil pengamatan diperoleh data dari pukul 09:00 – 16:00 untuk setiap selang waktu 15 menit. Data tersebut kemudian diolah untuk mengetahui besar energi surya yang datang. Sebagai contoh untuk data yang pertama, perhitungan Pin adalah sebagai berikut : Untuk menghitung daya keluaran maksimum pada panel surya monocrystalline 100 Wp dengan standar yang tertera pada produk yang adalah : Pmax = Vmax x Imax
(2)
Pmax = 35,8 V x 2,9 A = 103.82 Watt Dengan demikian dapat di cari nilai efisiensi dari masing – masing panel surya yang menggunakan solar tracking system. Data hasil pengukuran pada panel surya yang menggunakan traking sistem dapat pada tanggal 2 September 2021 dilihat pada tabel sebagai berikut: Tabel 4. 2 Hasil Pengukuran Panel Surya Menggunakan Tracker
No
Waktu
Tegangan (V)
Kuat Arus (I)
DAYA (P)
1.
09.00
10.03
4.4
44.132
2.
09.15
10.05
4.5
45.225
3.
09.30
10.11
4.5
45.495
4.
09.45
10.15
4.6
46.69
5.
10.00
10.17
5.2
52.884
44
Universitas Nasional
6.
10.15
10.17
5.3
53.901
7.
10.30
10.18
5.5
55.99
8.
10.45
10.23
5.6
57.288
9.
11.00
11.02
6.1
67.222
10.
11.15
11.05
6.3
69.615
11.
11.30
11.07
7.2
79.704
12.
11.45
11.09
7.9
87.611
13.
12.00
12.12
8.7
105.444
14.
12.15
12.13
8.8
106.744
15.
12.30
12.15
8.6
104.49
16.
12.45
12.16
8.6
104.576
17.
13.00
12.17
8.4
102.228
18.
13.15
12.15
8.2
99.63
19.
13.30
12.13
8.2
99.466
20.
13.45
11.97
7.8
93.366
21.
14.00
11.94
7.5
89.55
22.
14.15
11.90
7.2
85.68
23.
14.30
11.87
6.8
80.716
24.
14.45
11.85
5.9
69.915
25.
15.00
11.83
4.7
55.601
26.
15.15
11.78
4.4
51.832
27.
15.30
11.77
4.4
51.788
28.
15.45
11.70
4.3
50.31
29.
16.00
11.70
4.2
49.14
11.332
7.641
74.546
RATA RATA
45
Universitas Nasional
Gambar 4. 14 Grafik Hasil Pengukuran Panel Surya dengan Menggunakan Tracking System
Nilai efisiensi daya maksimum pada panel surya dengan menggunakan tracking system sebesar : (𝑃)
η=
x 100%
(1) 𝑃(𝑀𝑎𝑥)
(𝟕𝟒.𝟓𝟒𝟔)
η=
x 100% 103.82
=
71,8 %
4.3.4 Hasil Pengukuran Pada Pengisian Battery Untuk mendapatkan hasil pengukuran dari pengisian baterai adalah dengan melakukan pengukuran menggunakan multimeter digital pada baterai (12 Vdc 80AH) yang telah dihubungkan dengan rangkaian keseluruhan system (solar tracker system) Pengukuran dilakukan saat kondisi cerah. Hasil dari pengukuran tersebut disajikan pada tabel 4.3 di bawah ini Tabel 4. 3 Pengukuran pengisian baterai
No
Waktu
Tegangan Battery (V)
1.
09.00
10.03
4.4
2.
09.15
10.05
4.5
3.
09.30
10.11
4.5 46
Arus (I)
Universitas Nasional
4.
09.45
10.15
4.6
5.
10.00
10.17
5.2
6.
10.15
10.17
5.3
7.
10.30
10.18
5.5
8.
10.45
10.23
5.6
9.
11.00
11.02
6.1
10.
11.15
11.05
6.3
11.
11.30
11.07
7.2
12.
11.45
11.09
7.9
13.
12.00
12.12
8.7
14.
12.15
12.13
8.8
15.
12.30
12.15
8.6
16.
12.45
12.16
8.6
17.
13.00
12.17
8.4
18.
13.15
12.15
8.2
19.
13.30
12.13
8.2
20.
13.45
12.97
7.8
21.
14.00
12.97
7.5
22.
14.15
12.97
7.2
23.
14.30
12.97
6.8
24.
14.45
12.99
5.9
25.
15.00
13.01
4.7
26.
15.15
13.02
4.4
27.
15.30
13.10
4.4
28.
15.45
13.10
4.3
29.
16.00
13.11
4.2
11.742
7.641
RATA - RATA
47
Universitas Nasional
Tegangan Pengisian Battery (V) 14 12 10 8 Tegangan Pengisian Battery (V)
6 4 2 0
Gambar 4. 15 Grafik Tegangan Pengisian Battery (V)
Dari gambar 4. 15 dilihat bahwa untuk tegangan maksimal battery bisa mencapai 13.11 V dan waktunya adalah pada pukul 16:00 atau durasi pengisian battery selama 7 jam.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Setelah melakukan proses pengerjaan proyek akhir dari tahapan awal sampai ke pengujian maka dapat ditarik beberapa kesimpulan yang diperoleh dari kesesuaian antara spesifikasi awal dan sistem yang telah direalisasikan, juga disampaikan pula beberapa saran agar proyek akhir ini kelak dapat disempurnakan atau bahkan dikembangkan lagi.
5.1 Kesimpulan Setelah melihat pembahasan bab demi bab dan kemudian dilakukanya perencanaan, pembuatan, dan juga pengujian, maka secara garis besar dapat dilihat dari tabel pengukuran dan grafik, dapat di simpulkan bahwa solar panel lebih efektif/besar dan stabil output yang di hasilkan ketika menggunakan penggerak/tracker. Tegangan yang dihasilkan oleh solar panel tidaklah stabil dan akan berubah-ubah nilai tegangan keluarannya berdasarakan dengan cuaca dan besarnya intensitas matahari yang diserap oleh solar panel. Semakin besar intensitas cahaya matahari yang 48
Universitas Nasional
mengenai permukaan solar panel, maka akan semakin besar juga arus dan tegangan yang dihasilkan oleh solar panel. Rangkaian solar panel pun berjalan dengan baik, walaupun dengan catatan solar tracker dual axis yang di buat ini masih jauh dari kesempurnaan oleh sebab itu maka harus banyak pengembangan yang dilakukan. Dengan data-data tersebut, bahwa kita dapat memaksimalkan keluaran panel surya dengan menggunakan solar tracker hingga pada titik tertentu dapat mencapai 106.744 Watt dengan daya rata-rata hingga mencapai 74.546 watt dengan efisiensi sebesar 71.8 % dan untuk tegangan maksimal battery bisa mencapai 13.11 V dan waktunya adalah pada pukul 16:00 atau durasi pengisian battery selama 7 jam.
5.2 Saran Dalam perancangan dan pembuatan alat ini masih terdapat banyak kelemahan dan kekurangan. Sebagai bahan referensi untuk penyempurnaan dan penelitian berikutnya maka ada beberapa saran yang dapat dijadikan masukan.
1) Perancangan sistem pada penelitian ini belum dapat mendeteksi kegagalan sistem sehingga untuk perbaikannya perlu ditambahkan algoritma jika terjadi kegagalan sistem dan alat dapat menginformasikan bahwa terjadi kegagalan sistem.
2) Kedepanya diharapkan akan diadakanya sistem monitoring jarak jauh, sehingga user dapat terus memantau apakah solar panel dapat berfungsi dengan baik ataupun tidak.
3) Agar lebih efisien dan maksimal dalam pengisian ulang battery , BCR tipe PWM harus diubah menjadi
BCR tipe MPPT karena mampu memaksimalkan faktor pengisian
kapasitas secara lebih besar. .Berbeda dengan BCR tipe PWM, dimana tegangan kerja BCR tipe PWM hanya mampu menyesuaikan dengan tegangan kerja battery.
49
Universitas Nasional
DAFTAR PUSTAKA
[1].
Septiadi, D., Nanlohy, P., Souissa, M., & Rumlawang, F. Y. (2009). Proyeksi Potensi Energi Surya sebagai Energi Terbarukan (Studi Wilayah Ambon dan Sekitarnya). 10, 22–28.
[2].
Widayana, G. (2012). Pemanfaatan Energi Surya. JPTK, UNDIKSHA, 9, 37–46.
[3].
Eka, S., Pagan, P., Sara, I. D., & Hasan, H. (2018). Komparasi Kinerja Panel Surya Jenis Monokristal dan Polykristal Studi Kasus Cuaca Banda Aceh. 3(4), 19–23.
[4].
Luque, A. dan Steven Hegedus. 2003. Handbook of Photovoltaic Science and Engineering. London : John Wiley & Sons, Inc.
[5].
Fuchs, Ewald F. dan Mohammad A. S. Masoum. 2011. Power Conversion of Renewable Energy Systems. New York : Springer Science + Bussiness Media, LLC.
[6].
Jager, K. et al. 2014. Solar Energy Fundamentals, Technology and Systems. Delft : Delft University of Technology
[7].
Reviani, Vinni. (2012). Pembuatan Battery Charger Regulator (BCR) Sistem OnOff Pada Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya. Teknik Konversi Energi Politeknik Bandung.
[8].
Retno, A. D., Erlina., & Chistine,W. (2017). Studi Penyimpanan Energi Pada Baterai (PLTS), 9(2), 120-125.
[9].
Djuandi, F. (2011). Pengenalan Arduino". Jakarta: Penerbit Elexmedia.
[10].
Akbar, A., Masikki, G. A. N., Aliansyah, A. N., & Mulyawati, N. Z. (2021). Rancang Bangun Navigasi Kursi Roda Menggunakan Joystick. JTEV (Jurnal Teknik Elektro dan Vokasional), 7(1).
[11].
Toyota, 2004, Toyota Kijang Innova Lectrical Wiring Diagram Seri KUN 40 Seri TGN 40,41, penerbit, PT. Toyota Astra Motor, Jakarta
[12].
Bolton, W. (2003). Mechatronics: electronic control systems in mechanical and electrical engineering. Pearson Education.
LAMPIRAN PROGRAM
50
Universitas Nasional
a.
Lampiran source code pada arduino IDE untuk program solar Tracker.
//SCL = A5 ; //SDA = A4 ;
#include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
//motor 1 #define RPWM 8 #define LPWM 9 #define PWM 10
//motor 2 #define RPWM2 13 #define LPWM2 12 #define PWM2 11
int LS_1 = 7 ; int val_LS_1 ;
int pot_timur = A0 ; int val_timur = 0 ; int val_barat = 0 ; int pot_barat = A1 ;
//motor 2 int pot_utara = A2 ; int val_utara = 0 ; int val_selatan = 0 ; int pot_selatan = A3 ;
51
Universitas Nasional
void setup() { Serial.begin (9600); lcd.init (); lcd.backlight(); Serial.println ("Start"); pinMode (LS_1, INPUT) ; pinMode (RPWM, OUTPUT); pinMode (PWM, OUTPUT); pinMode (LPWM, OUTPUT); pinMode (RPWM2, OUTPUT); pinMode (PWM2, OUTPUT); pinMode (LPWM2, OUTPUT); pinMode (pot_timur, INPUT); pinMode (pot_barat, INPUT); pinMode (pot_utara, INPUT); pinMode (pot_selatan, INPUT); }
//-------------------------------------------------------------------------
//Function untuk motor 1 muter ke CW void kanan() { digitalWrite (LPWM, LOW); digitalWrite (RPWM, HIGH); analogWrite (PWM,200); Serial.println ("Muter Kanan"); }
//Function untuk motor muter ke CCW void kiri () { digitalWrite (LPWM, HIGH); digitalWrite (RPWM, LOW); analogWrite (PWM,200); Serial.println ("Muter Kiri"); }
//Function buat motor STOP void off() { digitalWrite (LPWM, 52
Universitas Nasional
LOW); digitalWrite (RPWM, LOW); analogWrite (PWM,0); Serial.println ("STOP"); }
void kanan2() { digitalWrite (LPWM2, LOW); digitalWrite (RPWM2, HIGH); analogWrite (PWM2,200); Serial.print ("Muter Kanan2 = "); Serial.println (val_utara); delay (100); }
void kiri2 () { digitalWrite (LPWM2, HIGH); digitalWrite (RPWM2, LOW); analogWrite (PWM2,200); Serial.print ("Muter Kiri2 ="); Serial.println (val_selatan); delay (100); }
void off2() { digitalWrite (LPWM2, LOW); digitalWrite (RPWM2, LOW); analogWrite (PWM2,0); Serial.println ("STOP"); }
void lcd_ku () { lcd.setCursor (0,0);
lcd.print("T= ");
lcd.print (val_timur); delay (300);
/* lcd.setCursor
(3,0); lcd.print (val_timur); delay (100); 53
Universitas Nasional
*/
lcd.setCursor (0,1); lcd.print("B= "); lcd.print (val_barat); delay (300); /* lcd.setCursor (3,3); lcd.print (val_barat); delay (100); */
lcd.setCursor (9,0); lcd.print("U= "); lcd.print (val_utara); delay (300); /* lcd.setCursor (12,0); lcd.print (val_utara); delay (100); */
lcd.setCursor (9,9); lcd.print("S= "); lcd.setCursor (13,13); lcd.print (val_selatan); delay (300);
} // -------------------------------------------------------------------------------
void loop() { lcd_ku (); val_LS_1 = digitalRead (LS_1) ;
val_timur = analogRead (pot_timur); val_barat = analogRead (pot_barat); val_utara = analogRead (pot_utara); val_selatan = analogRead (pot_selatan);
54
Universitas Nasional
if (val_barat > 512 && val_timur > 512) { //kondisi siang maka motor 1 off off () ; } if (val_barat < 512 && val_timur < 512 ) { //kondisi malam maka notor 1 off off () ; } if (val_utara > 512 && val_selatan > 512) { //kondisi siang maka motor 1 off off2 () ; } if (val_utara < 512 && val_selatan < 512 ) { //kondisi malam maka notor 1 off off2 () ; } //-------------------------------------------------------------------------------if (val_utara < 512 && val_selatan > 512){ //kondisi cahaya barat lebih besar dari timur maka motor 1 putar ke kanan
kanan2 ();
} if (val_utara > 512 && val_selatan < 512){ // kondisi cahaya timur lebih besar dari barat maka motor 1 putar ke kiri kiri2 (); } if (val_barat < 512 && val_timur > 512 && val_LS_1 == 1 ){ //kondisi cahaya barat lebih besar dari timur maka motor 1 putar ke kanan
kanan ();
} if (val_barat < 512 && val_timur > 512 && val_LS_1 == 0 ){ //kondisi cahaya barat lebih besar dari timur maka motor 1 putar ke kanan
off ();
} if (val_barat > 512 && val_timur < 512 && val_LS_1 == 0 ){ // kondisi cahaya timur lebih besar dari barat maka motor 1 putar ke kiri
kiri ();
}
}
55
Universitas Nasional
