BAB III METODOLOGI PEMBANGUNAN ALAT
3.2. Perancangan Sistem Alat
Pada bagian ini akan dirancang blok diagram sistem charger pada sel surya.
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem SOLAR CELL CHARGER BATEREI MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535 LCD DISPLAY KEYPAD INVERTER POWER CHANGEOVER BEBAN LAMPU JARINGAN PLN
3.2.1 Cara Kerja Sistem
Dari diagram blok sistem pada gambar 3.1 cara kerja sistem secara umum adalah sebagai berikut:
1. Seluruh kinerja dari sistem dikendalikan oleh pengendali berupa mikrokontroller ATMega 8535 yang bekerja sesuai dengan perintah yang diatur melalui perangkat lunak.
2. Batere sebagai tempat penyimpanan energi listrik yang dihasilkan oleh sel surya.
3. Sel Surya sebagai sumber energi listrik yang akan di simpan (charge) pada batere.
4. Charger sebagai alat untuk mencharge batere sesuai dengan kebutuhan batere dan juga sebagai penahan arus balik dari batere ke sel surya apabila charge listrik dari sel surya berada dibawah jumlah charge pada batere sehingga tidak merusak sel surya.
5. Inverter sebagai pengubah arus DC dari batere menjadi arus AC yang akan digunakan pada beban dalam hal ini adalah sebuah bohlam lampu.
6. Power Changeover sebagai pengubah penggunaan arus listrik dari jaringan/jala-jala PLN ke arus dari batere yang sudah diubah oleh inverter.
3.2.2 Pencatuan Energi Listrik dari Solar cell (Sel Surya) ke Batere
Solar cell merupakan salah satu jenis pembangkit listrik yang tidak menghasilkan polusi sehingga ramah lingkungan, selain itu tidak menghasilkan
suara yang bising, dan tahan lama. Seperti pada penjelasan sebelumnya bahwa solar cell sangat bergantung pada intensitas cahaya matahari yang masuk pada permukaannya.
Yang terjadi adalah bahwa daya yang disuplai oleh solar cell ini berubah-ubah dan tidak stabil tergantung kondisi penyinaran saat itu, sehingga apabila solar cell ini dihubungkan secara langsung ke beban, maka dapat merusak beban tersebut. Solusinya adalah dengan menggunakan sistem penyimpanan energi yang menyimpan energi listrik tersebut untuk kemudian disambungkan ke beban, sehingga apabila kondisi penyinaran matahari dalam keadaan mendung, dari sistem penyimpanan energi tersebut masih dapat menyuplai beban secara stabil.
Sistem penyimpanan energi yang sering digunakan adalah baterai/ accumulator. Solar cell yang memiliki nominal tegangan 12 V, biasanya dapat menghasilkan tegangan yang berubah dari 13-20 V, sedangkan baterai yang digunakan mempunyai tegangan nominal 12 V. Adanya perbedaan antara tegangan keluaran dari solar cell dan baterai tentu saja memiliki dampak, yaitu kerusakan pada baterai yang berakibat akan mengurangi lifetime dari baterai. Oleh karena dibutuhkan regulator tegangan yang mengubah tegangan solar cell tersebut ke 12 V. Regulator ini selain berfungsi sebagai regulator tegangan, juga harus mempunyai fungsi sebagai dioda proteksi, sehingga hanya melewatkan arus yang menuju baterai dan tidak ada arus balik ke solar cell. Apabila sore, dengan tidak adanya penyinaran dari matahari, tegangan dari solar cell bisa lebih kecil dari baterai yang memungkinkan adanya arus balik dari dari baterai ke solar cell, tapi
dengan adanya dioda proteksi ini hal tersebut tidak terjadi. Regulator ini juga disebut sebagai Charger.
3.2.3 Pengubahan Energi Listrik DC dari Batere menjadi Energi listrik AC
Energi listrik yang dicatukan pada batere tidak dapat langsung dipergunakan ke beban dikarenakan energi yang tersimpan adalah dalam bentuk arus DC (Direct Current / Arus Searah) sedangkan energi listrik yang dibutuhkan adalah dalam bentuk arus AC (Alternating Current/Arus Bolak Balik). Oleh karena itu, arus listrik dari batere perlu diubah menjadi arus AC. Hal ini dapat dilakukan menggunakan alat yang disebut Inverter.
Inverter ini disambungkan ke Batere dan akan mengubah arus DC dari Batere menjadi Arus AC yang dapat digunakan oleh beban dalam hal ini adalah sebuah bohlam lampu 40 Watt.
3.2.4 Penerusan Energi Listrik dari Inverter ke Beban
Setelah Arus DC tersebut diubah menjadi arus AC oleh inverter, maka arus yang dihasilkan akan diteruskan menuju jaringan beban melalui alat Power Changeover. Alat ini berfungsi untuk mengubah sumber jaringan energi yang menuju beban dari jaringan Jala-jala PLN ataupun dari jaringan sistem alat. Bila terjadi pemutusan arus dari jala-jala PLN, maka power changeover akan merubah sumber arus ke jaringan sistem alat, dan jika terdeteksi bahwa jaringan jala-jala PLN telah kembali mengalirkan arus listrik, maka power changeover akan mengalihkan sumber arus dari sistem alat kembali ke jaringan PLN.
3.3. Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras
Perangkat Keras alat ini terdiri dari beberapa Modul alat.
3.3.1. Modul Sel Surya
Gambar 3.2 Modul Surya
Modul surya (fotovoltaic) adalah sejumlah sel surya yang dirangkai secara seri dan paralel, untuk meningkatkan tegangan dan arus yang dihasilkan sehingga cukup untuk pemakaian sistem catu daya beban. Untuk mendapatkan keluaran energi listrik yang maksimum maka permukaan modul surya harus selalu mengarah ke matahari.
Komponen utama sistem surya photovoltaic adalah modul yang merupakan unit rakitan beberapa sel surya photovoltaic. Untuk membuat modul photovoltaic secara pabrikasi bisa menggunakan teknologi kristal dan thin film. Modul photovoltaic kristal dapat dibuat dengan teknologi yang relatif sederhana, sedangkan untuk membuat sel photovoltaic diperlukan teknologi tinggi.
3.3.2. Modul Charger
Solar charge controller adalah peralatan elektronik yang digunakan untuk mengatur tegangan dan arus yang diisi ke baterai yang berasal dari solar cell. Solar charge controller mengatur overcharging (kelebihan pengisian karena
baterai sudah penuh) dan kelebihan tegangan dari panel surya yang dapat mengurangi lifetime dari baterai. Solar charge controller menerapkan teknologi pulse width modulation (PWM) untuk mengatur keluaran dari solar cell yang masuk ke baterai. Secara umum bahwa solar cell dengan tegangan 12 V, memiliki variasi tegangan antara 13–21Volt. Dengan adanya variasi tegangan tersebut, baterai akan cepat rusak karena overcharging. Sedangkan baterai sendiri umumnya dicharge pada tegangan 14-14.7V.
Gambar 3.3 Solar Charger
Solar charge controller biasanya terdiri dari input yang akan dihubungkan dengan solar cell dan dua output, yang satu dihubungkan dengan baterai dan yang satu lagi dihubungkan dengan beban. Arus dari baterai tidak akan dapat kembali kesolar cell, karena adanya dioda proteksi yang hanya melewatkan arus yang berasal dari solar cell, bukan sebaliknya. Solar Charger Controller biasa juga disebut sebagai DC Regulator.
3.3.3. Modul Batere
Gambar 3.4 Batere
Baterai yang digunakan adalah jenis accumulator yang biasa dipakai pada motor/mobil. Accumulator ini merupakan jenis baterai lead acid dan adalah jenis aki basah. Tegangan nominalnya sebesar 12V, yang terdiri dari 6 sel yang masing masing mempunyai nominal tegangan 2 Volt, yang dihubungkan secara seri.
3.3.4 Modul Inverter
Modul Inverter digunakan sebagai pengubah arus DC dari Batere menjadi Arus AC yang digunakan pada beban. Inverter yang digunakan adalah inverter berkapasitas 300 watt.
3.3.5. Modul Power Changeover / Relay
Power changeover biasa juga disebut sebagai relay. Modul ini digunakan sebagai alat pengubah sumber jaringan listrik yang menuju beban.
Gambar 3.6 Power Changeover 3.3.6 Modul PSA (Power Supply)
Gambar 3.7 Power Supply
Rangkaian power supply 5 volt DC, bagaimanapun rangkaian power supply adalah rangkaian yang pertama harus tersedia untuk bisa bekerja bereksperimen dengan rangkaian digital maupun dengan mikokontroller. Kalau suatu saat tegangan yang diperlukan misalnya 6 volt DC, demikian juga jika diperlukan tegangan 9 Volt DC atau 12 volt DC, cukup dengan mengganti LM7805 dengan IC LM7806 atau LM7809 atau LM7812 sesuai dengan keperluan
3.3.7 Modul Mikrokontroler
Mikrokontroler yang digunakan pada alat adalah sebuah Mikrokontroler keluarga ATMega, yaitu mikrokontroler ATMega 8535. Pada modul ini sudah terpasang/tersambung juga modul LCD yang digunakan untuk melihat kondisi charge dari Batere maupun kondisi dari Charger Modul surya.
Gambar 3.8 Modul LCD dan Mikrokontroler
Modul Mikrokontroler ini juga dapat disambungkan dengan modul keypad yang berguna untuk memberikan input pada program/perangkat lunak yang digunakan untuk mengatur seluruh sistem.