PENGARUH INTENSITAS CAHAYA MATAHARI TERHADAP KINERJA PANEL SURYA BERBASIS ARDUINO NANO
TUGAS AKHIR
FIRODO RIZKY SUPRIMA GIRSANG 172408064
PROGRAM STUDI D3 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2020
PENGARUH INTENSITAS CAHAYA MATAHARI TERHADAP KINERJA PANEL SURYA BERBASIS ARDUINO NANO
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh gelar Ahli Madya
FIRODO RIZKY SUPRIMA GIRSANG 172408064
PROGRAM STUDI D3 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2020
PERNYATAAN ORISINALITAS
PENGARUH INTENSITAS CAHAYA MATAHARI TERHADAP KINERJA PANEL SURYA BERBASIS ARDUINO NANO
TUGAS AKHIR
Saya menyatakan bahwa Tugas Akhir ini adalah hasil karya sendiri,Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan,14 Agustus 2020
Firodo R S Girsang
PENGARUH INTENSITAS TERANG SUN TERHADAP KINERJA SOLAR PANEL BERBASIS ARDUINO NANO
ABSTRAK
Perkembangan teknologi di Indonesia semakin berkembang. Begitu juga dengan perkembangan teknologi elektronik yang semakin canggih dan lebih efisien. Dengan berkembangnya teknologi elektronik, maka bisa dibuat alat yang bisa digunakan untuk menggunakan panel surya.
Energi matahari adalah sumber energi yang tidak akan pernah habis dan energi ini juga dapat digunakan sebagai energi alternatif yang akan dikonversi menjadi energi listrik, menggunakan sel surya. Sel surya, atau panggilan matahari sejak tahun 1970-an, telah mengubah perspektif energi kita dan telah memberi manusia cara baru untuk mendapatkan listrik tanpa perlu membeli bahan bakar fosil dalam minyak bumi, gas alam, batu bara, atau reaksi nuklir.
Sel surya juga dapat dioperasikan dengan baik di hampir semua sinar matahari tanpa menghasilkan apa pun yang dapat merusak lingkungan sehingga lebih ramah lingkungan. Cara kerja sel surya adalah dengan memanfaatkan teori cahaya sebagai partikel, memahami cahaya kedua yang terlihat atau tidak terlihat memiliki dua sifat yang bisa disebut gelombang dan bisa disebut partikel yang disebut foton.
Kata kunci: Panel surya, sensor arus, sensor tegangan
THE EFFECT OF SUN LIGHT INTENSITY AGAINST ARDUINO NANO-BASED SOLAR PANEL PERFORMANCE
PERFORMANCE
ABSTRACT
The development of technology in Indonesia is increasingly growing. Likewise with the development of electronic technology that is increasingly sophisticated and more efficient. With the development of electronic technology, it can be made a tool that can be used to use solar panels.
Solar energy is an energy source that will never run out and this energy can also be used as an alternative energy that will be converted into electrical energy, using solar cells. Solar cells, or solar calls since the 1970s, have changed our perspective of energy and have given humans a new way to obtain electricity without the need to buy fossil fuels in petroleum, natural gas, coal, or nuclear reactions.
Solar cells can also be operated properly in almost all of the sun's sunlight without producing anything that can damage the environment so it is more environmentally friendly. The way solar cells work is to utilize the theory of light as particles, understanding the second light that is visible or invisible has two properties that can be called waves and can be called particles called photons.
Keywords: Solar panels, current sensors, voltage sensors
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Pemurah dan Maha Penyayang dengan limpah karunia-Nya Penulis dapat menyelesaikan penyusunan Tugas Akhir ini dengan judul Pengaruh Intensitas Cahaya Matahari Pada Kinerja Panel Surya Berbasis Arduino Nano.
Dalam melaksanakan penulisan Tugas Akhir ini, penulis telah banyak mendapatkan bimbingan dan bantuan dari banyak pihak, baik berupa material, informasi baik secara langsung maupun tidak langsung. Penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar- besarnya kepada:
1. Ayah dan Ibu saya yaitu R.Girsang dan L.Sianturi serta saudara saya Mien Girsang. Frinaldi Girsang dan Frayjensan Girsang yang senantiasa memberikan dukungan baik secara materi,dukungan,dan doa.
2. Bapak Prof.Dr.Kerista Sebayang,M S selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Universitas Sumatera Utara
3. Bapak Drs. Takdir Tamba,M.Eng.S Selaku Ketua Program Studi D-3 Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara, yang telah meluangkan waktunya dalam penyelesaian Laporan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Drs. Aditia Warman, M.Si Selaku Sekretaris Program Studi D-3 Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,Universitas Sumatera Utara 5. Ibu Dr.Diana Alemin Barus,M.Sc Selaku dosen pembimbing saya yang telah
membimbing saya hingga sampai tugas akhir.
6. Seluruh Staf Pengajar/Pegawai Program Studi D-3 Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
7. Seluruh Kawan-Kawan D-3 Fisika stambuk 2017,dan Sahabat-sahabat saya,atas dukungan,doa,dan bantuan dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir.
Medan,14 Agustus 2020
Firodo R S Girsang
DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL………...………..
LEMBAR PENGESAHAN ……….………..ii
PRNYATAAN ORISINALITAS………....……….……….iii
ABSTRAK………..………...…….iv
ABSTRACT……….………....v
PENGHARGAAN………..vi
DAFTAR ISI………...………..vii
DAFTAR GAMBAR………...ix
DAFTAR TABEL……….…...x
BAB I PENDAHULUAN……….………1
1.1 Latar Belakang……….…….…....2
1.2 Rumusan Masalah……….………...………....2
1.3 Tujuan……….………..…..…..2
1.4 Batasan Masalah ………...…...2
1.5 Sistematika Penulisan………...3
BAB II LANDASAN TEORI………….………..….………..……..4
2.1 Sistem Pane Surya…………...…....…..4
2.2 Sensor………...7
2.3 Arduino Nano………...13
2.4 Pemograman Arduino Nano...17
2.5 LCD (Liquid Crystal Display………..………...18
2.6 Baterai………...…..……....20
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN……….……...24
3.1 Metodologi Perancangan………....….……...…...24
3.2 Perancangan System...26
3.3 Pengujian Rangkaian dan Pengukuran Hasil Sistem...30
BAB IV PEMBAHASAN DAN HASIL PENGUKURAN………...…...34
4.1 Analisis Hasil Pengukuran ……….………...…...34
4.2 Kalibrasi Alat………...……...34
BAB V PENUTUP………..………...38
5.1 Simpulan ………....38
5.2 Saran………...38
DAFTAR PUSTAKA ………...39
LAMPIRAN……….………..40
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Panel Surya………...…5
Gambar 2.2 Monocrystalline Silicon………...……6
Gambar 2.3 Polycrystalline……….………...6
Gambar 2.4 Thin Film Solar Cell (TFSC)………..…….…...7
Gambar 2.5 Skematik Arduino Nano………..………….………...14
Gambar 2.6 Konfigurasi Pin Arduino Nano………...…...…15
Gambar 2.7 LCD (Liquid Crystal Display)………...….20
Gambar 2.8 Baterai………...…..21
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem…………...………...26
Gambar 3.2 Rangkaian Arduino Nano……….………..…...27
Gambar 3.3 Rangkaian Regulator……….………..……….…...27
Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Tegangan………...28
Gambar 3.5 Rangkaian Sensor Arus………..……..….28
Gambar 3.6 Rangkaian Sensor Intensitas Cahaya………..…….…..29
Gambar 3.7 Rangkaian Penel Surya………...……….….………...29
Gambar 3.8 Flowchart Sistem………...30
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Konfigurasi Pin LCD …….………...…....19
Tabel 3.1 Pengukuran Pin IC LCD……….…...…...31
Tabel 3.2 Pengujian Sensor Tegangan………...…...….32
Tabel 3.3 Pengujian Sensor Arus...32
Tabel 3.4 Pengujian Sensor Intensitas Cahaya...33
Tabel 4.1 Pengujian Sistem Keseluruhan...34
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Energi Surya adalah sumber energi yang tidak akan pernah habis ketersediaannya dan energi ini juga dapat di manfaatkan sebagai energi alternatif yang akan di ubah menjadi energi listrik, dengan menggunakan sel surya. Sel surya atau solar call sejak tahun 1970- an telah mengubah cara pandang kita tentang energi dan memberi jalan baru bagi manusia untuk memperoleh energi listrik tanpa perlu membakar bahan bakar fosil sebagaimana pada minyak bumi, gas alam, batu bara, atau reaksi nuklir. Sel surya juga mampu beroperasi dengan baik di hampir seluruh belahan bumi yang tersinari matahari tanpa menghasilkan polusi yang dapat merusak lingkungan sehingga lebih ramah lingkungan. Cara kerja sel surya adalah dengan memanfaatkan teori cahaya sebagai partikel, Sebagaimana diketahui bahwa cahaya baik yang tampak maupun yang tidak tampak memiliki dua buah sifat yaitu dapat sebagai gelombang dan dapat sebagai partikel yang disebut dengan photon.
Pemanfaatan sumber energi matahari sangat mendukung di kepulauan tropis ini, hanya saja dalam 10 atau 12 jam tidak semuanya dalam keadaan cerah, terkadang cuaca sering kali tidak stabil dalam arti kondisi mendung, ber awan, dan hujan.
Pengembangan teknologi solar cell di seluruh dunia terus dilakukan. Solar cell yang dikembangkan itu juga memanfaatkan sistem kontrol/monitoring. Sistem monitoring didefinisikan sebagai siklus kegiatan yang mencakup pengumpulan, peninjauan ulang, pelaporan, dan tindakan atas informasi suatu proses yang sedang diimplementasikan hingga mampu merancang alat yang berjudul “PENGARUH INTENSITAS CAHAYA MATAHARI TERHADAP KINERJA PANEL SURYA BERBASIS ARDUINO NANO”
2
1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana prinsip kerja panel surya 10 Wp?
2. Bagaimana prinsip kerja sensor arus,dan sensor tegangan.?
3. Bagaimana hasil keluaran(output) system monitoring kinerja panel surya berbasis arduino nano?
1.3 Tujuan
1. Untuk mengetahui pengaruh intensitas cahaya terhadap kinerja panel surya agar panel surya dapat bekerja secara optimal.
2. Mengembangkan penggunaan arduino nano untuk tempat pemrosesan data dari monitoring kinerja panel surya (solarcell).
3. Untuk memahami prinsip kerja Panel Surya dan Batterai dalam memonitoring pengaruh intensitas cahaya.
1.4 Batasan Masalah
1. Menggunakan sensor arus dan seneor tegangan 2. Menggunakan panel surya 10wp
3. Menggunakan mikrokontroller Arduino Nano
1.5 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah penulisan tugas akhir ini, penulis membuat suatu sistematika penulisan yang terdiri dari :
1. BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini akan membahas latar belakang tugas akhir, identifikasi masalah, batasan masalah, tujuan, metode penelitian, tinjauan pustaka, dan sistematika penulisan.
2. BAB II : LANDASAN TEORI
Bab ini akan menjelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan.
3. BAB III : PERANCANGAN ALAT
Bab ini membahas tentang perencanaan dan pembuatan sistem secara keseluruhan.
4. BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Berisi tentang uji coba alat yang telah dibuat, pengoperasian dan spesifikasi alat dan lain-lain.
5. BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Sebagai bab terakhir penulis akan menguraikan beberapa kesimpulan dari uraian bab-bab sebelumnya, dan penulis akan berusaha memberikan saran yang mungkin bermanfaat.
BAB II
LANDASAN TEORI 2.1 Sistem Panel Surya
Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya menjadi listrik. Mereka disebut surya atas matahari atau "sol" karena matahari merupakan sumber cahaya terkuat yang dapat dimanfaatkan. Panel surya sering kali disebut sel photovoltaic, photovoltaic dapat diartikan sebagai "cahaya-listrik". Sel surya atau sel PV bergantung pada efek photovoltaic untuk menyerap energi Matahari dan menyebabkan arus mengalir antara dua lapisan bermuatan yang berlawanan.Panel surya biasanya memiliki umur 20-25 tahun yang biasanya dalam jangka waktu tersebut pemilik panel surya tidak akan mengalami penurunan efisiensi yang signifikan. Namun, meskipun dengan kemajuan teknologi yang semakin canggih, sebagian besar panel surya komersial saat ini hanya mencapai efisiensi 15% dan hal ini tentunya merupakan salah satu alasan utama mengapa industri energi surya masih tidak dapat bersaing dengan bahan bakar fosil. Karena peralatan rumah saat ini berjalan di alternating current (AC), panel surya harus memiliki power inverter yang mengubah arus direct current (DC) dari sel surya menjadi alternating current (AC). Posisi ideal panel surya adalah menghadap langsung ke sinar matahari (untuk memastikan efisiensi maksimum). Panel surya modern memiliki perlindungan overheating yang baik dalam bentuk semen konduktif termal.
Perlindungan overheating penting dikarenakan panel surya mengkonversi kurang dari 20% dari energi surya yang ada menjadi listrik, sementara sisanya akan terbuang sebagai panas.Panel surya sangat mudah dalam hal pemeliharaan karena tidak ada bagian yang bergerak. Satu-satunya hal yang harus dikhawatirkan adalah memastikan untuk menyingkirkan segala hal yang dapat menghalangi sinar matahari ke panel surya tersebut.
Tegangan output yang dihasilkan dari sel surya berubah ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang jatuh pada permukaannya. Perubahan nilai tegangan ini akan menghambat sistem charging baterai apabila solar cell langsung dihubungkan dengan baterai. Sehingga dibutuhkan peralatan tambahan yang dapat menghasilkan tegangan output yang stabil dari tegangan input sel surya yang berubah ubah. Ketika tegangan
input dari sel surya terlalu kecil maka harus dinaikkan dengan Buck-Boost Konverter.
Sedangkan saat tegangan input dari sel surya terlalu besar maka perlu digunakan buck konverter untuk menurunkan tegangan. Operasi dari kedua kontroler tersebut diatur oleh mikrokontroller, sebagai contoh adalah Mikrokontroler AT Mega16.Agar efisiensi dari panel surya tinggi maka foton yang berasal dari sinar matahari harus bisa diserap sebanyak-banyaknya, kemudian memperkecil refleksi dan rekombinasi serta meperbesar konduktivitas bahannya. Untuk bisa membuat agar foton yang diserap dapat sebanyak – banyaknya, maka absorber harus memiliki energi pembebas electron dengan range yang lebar.
Gambar 2.1 Panel Surya 2.1.1 Bahan Penyusun Solar Cell
Solar cell merupakan komponen vital yang umumnya terbuat dari bahan semikonduktor. Multicrystalline silicon adalah bahan yang paling banyak dipakai dalam industri solar cell. Multicrystalline dan monocrystalline silicon menghasilkan efisiensi yang relatif lebih tinggi daripada amorphous silicon. Sedangkan amorphus silicon dipakai karena biaya yang relatif lebih rendah. Selain dari bahan non organik diatas dipakai pula molekul-molekul organik walaupun masih dalam tahap penelitian. Sebagai salah satu ukuran performansi solar cell adalah efisiensi. Yaitu perubahan energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Efisiensi dari solar cell yang sekarang diproduksi sangat bervariasi.
2.1.2 Jenis-Jenis Panel Surya
Jenis-jenis panel surya digolongkan berdasarkan teknologi pembuatannya.
Secara garis besar sel surya dibagi dalam tiga jenis, yaitu :
6
1. Monocrystalline Silicon
Dari jenis panel surya yang pertama adalah Monocrystalline Silicon. Panel surya tipe ini menggunakan material silikon sebagai bahan utama penyusun sel surya. Material silikon ini diiris tipis menggunakan teknologi khusus. Dengan digunakannya teknologi inilah, kepingan sel surya yang dihasilkan akan identik satu sama lainnya dan juga memiliki kinerja tinggi.
Gambar 2.2 Monocrystalline Silicon
2. Polycrystalline
Jenis panel surya ini terbuat dari beberapa batang kristal silikon yang dicairkan, setelah itu dituangkan dalam cetakan yang berbentuk persegi. Kristal silikon dalam jenis panel surya ini tidak semurni pada sel surya monocrystalline. Jadi, sel surya yang dihasilkan tidak identik antara satu sama lainnya. Efisiensinya pun lebih rendah dari monocrystalline.
Gambar 2.3 Polycrystalline
3. Thin Film Solar Cell (TFSC)
Jenis-jenis panel surya yang terakhir adalah thin film solar cell. Jenis panel surya ini dibuat dengan cara menambahkan sel surya yang tipis ke dalam sebuah lapisan dasar.
Karena bentuk dari TFSC ini tipis, jadi panel surya ini sangat ringan dan fleksibel.
Ketebalan lapisannya bisa diukur mulai dari nanometers hingga micrometers.
Gambar 2.4 Thin Film Solar Cell (TFSC) 2.2 Sensor
Pengertian Sensor adalah Sebuah Komponen yang berfungsi untuk mengolah variasi gerak, panas,cahaya atau sinar,magnetis, dan kimia menjadi tegangan serta arus listrik.Sensor sendiri adalah komponen penting pada berbagai peralatan.Sensor juga berfungsi sebagai alat untuk mendeteksi dan juga untuk mengetahui magnitude.Transduser sendiri memiliki arti mengubah, resapan dari bahasa latin traducere Bentuk perubahan yang dimaksud adalah kemampuan merubah suatu energi kedalam bentuk energi lain. Energi yang diolah bertujuan untuk menunjang daripada kinerja piranti yang menggunakan sensor itu sendiri.Sensor sendiri sering digunakan dalam proses pendeteksi untuk proses pengukuran.Sensor adalah perangkat yang digunakan untuk mendeteksi perubahan besaran fisik seperti tekanan, gaya, besaran listrik, cahaya, gerakan, kelembaban, suhu, kecepatan dan fenomena-fenomena lingkungan lainnya. Setelah mengamati terjadinya perubahan,Input yang terdeteksi tersebut akan dikonversi mejadi Output yang dapat dimengerti oleh manusia baik melalui perangkat sensor itu sendiri ataupun ditransmisikan secara elektronik melalui jaringan untuk ditampilkan atau diolah menjadi informasi yang bermanfaat bagi
8
penggunanya.Sensor pada dasarnya dapat digolong sebagai Transduser Input karena dapat mengubah energi fisik seperti cahaya, tekanan, gerakan, suhu atau energi fisik lainnya menjadi sinyal listrik ataupun resistansi (yang kemudian dikonversikan lagi ke tegangan atau sinyal listrik).
A.Klasifikasi Jenis-Jenis Sensor
Sensor-sensor yang digunakan pada perangkat elektronik pada dasarnya dapat diklasifikasikan menjadi dua kategori utama yaitu :
1. Sensor Pasif dan Sensor Aktif 2. Sensor Analog dan Sensor Digital
Berikut ini adalah pembahasan singkat mengenai kedua klasifikasi sensor tersebut B.Sensor Pasif dan Sensor Aktif
1.1. Sensor Pasif (Passive Sensor)
Sensor Pasif adalah jenis sensor yang dapat menghasilkan sinyal output tanpa memerlukan pasokan listrik dari eksternal. Contohnya Termokopel (Thermocouple) yang menghasilkan nilai tegangan sesuai dengan panas atau suhu yang diterimanya.
1.2.Sensor Aktif (Active Sensor)
Sensor Aktif adalah jenis sensor yang membutuhkan sumber daya eskternal untuk dapat beroperasi. Sifat fisik Sensor Aktif bervariasi sehubungan dengan efek eksternal yang diberikannya. Sensor Aktif ini disebut juga dengan Sensor Pembangkit Otomatis (Self Generating Sensors).
C.Sensor Analog dan Sensor Digital
Berikut ini adalah jenis-jenis sensor berdasarkan sifat Analog atau Digitalnya.
2.1.Sensor Analog
Sensor Analog adalah sensor yang menghasilkan sinyal output yang kontinu atau berkelanjutan. Sinyal keluaran kontinu yang dihasilkan oleh sensor analog ini sebanding dengan pengukuran. Berbagai parameter Analog ini diantaranya adalah suhu, tegangan, tekanan, pergerakan dan lain-lainnya. Contoh Sensor Analog ini diantaranya adalah akselerometer (accelerometer), sensor kecepatan, sensor tekanan, sensor cahaya dan sensor suhu.
2.2.Sensor Digital
Sensor Digital adalah sensor yang menghasilkan sinyal keluaran diskrit. Sinyal diskrit akan non-kontinu dengan waktu dan dapat direpresentasikan dalam “bit”. Sebuah sensor digital biasanya terdiri dari sensor, kabel dan pemancar. Sinyal yang diukur akan diwakili dalam format digital. Output digital dapat dalam bentuk Logika 1 atau logika 0 (ON atau OFF). Sinyal fisik yang diterimanya akan dikonversi menjadi sinyal digital di dalam sensor itu sendiri tanpa komponen eksternal. Kabel digunakan untuk transmisi jarak jauh. Contoh Sensor Digital ini diantaranya adalah akselerometer digital (digital accelerometer), sensor kecepatan digital, sensor tekanan digital, sensor cahaya digital dan sensor suhu digital.
D.Jenis-Jenis Sensor
a. Akselerometer (Accelerometer)
Sensor Akselerometer adalah sensor yang mendeteksi perubahan posisi, kecepatan, orientasi, goncangan, getaran, dan kemiringan dengan gerakan indra. Akselerometer analog ini dapat digolongkan lagi menjadi beberapa yang berbeda berdasarkan variasi konfigurasi dan sensitivitas. Berdasarkan pada sinyal keluaran, Akselerometer analog menghasilkan tegangan variabel konstan berdasarkan jumlah percepatan yang diterapkan pada Akselerometer. Selain Akselerometer Analog, Akselerometer ini juga digital.Accelerometer adalah sensor yang digunakan untuk mengukur percepatan suatu objek.Accelerometer dapat mengukur percepatan dinamis dan percepatan statis.
Pengukuran dinamis adalah pengukuran percepatan pada objek bergerak, sedangkan pengukuran statis adalah pengukuran terhadap gravitasi bumi.Sesuai dengan namanya prinsip kerja dari accelerometer adalah prinsip percepatan (acceleration). Sebuah per dengan beban dan dilepaskan, beban bergerak dengan suatu percepatan sampai kondisi tertentu lalu berhenti. Bila ada sesuatu yang menggoncangkannya maka beban akan berayun kembali.Pengukuran kapasitansi inilah yang umumnya menjadi hasil pengukuran chip. Agar sensor bisa mendeteksi 3 dimensi, maka dibutuhkan 3 pasang plat yang dipasang tegak lurus antar masing-masing.
10
b. Sensor Cahaya (Light Sensor)
Sensor Cahaya atau Light Sensor adalah Sensor analog yang digunakan untuk mendeteksi jumlah cahaya yang mengenai Sensor tersebut. Sensor cahaya analog ini dapat diklasifikasikan lagi menjadi beberapa jenis seperti foto-resistor, Cadmium Sulfide (CdS), dan fotosel.
Light dependent resistor atau LDR dapat digunakan sebagai sensor cahaya analog yang dapat digunakan untuk menghidupkan dan mematikan beban secara otomatis berdasarkan intensitas cahaya yang diterimanya. Resistansi LDR akan meningkat apabila intensitas cahaya menurun. Sebaliknya, Resistansi LDT akan menurun apabil intensitas cahaya yang diterimanya bertambah.fungsi LDR adalah sebagai saklar otomatis berdasarkan cahaya. Jika cahaya yang diterima oleh LDR banyak, maka nilai resistansi LDR akan menurun, dan listrik dapat mengalir (ON). Sebaliknya, jika cahaya yang diterima LDR sedikit, maka nilai resistansi LDR akan menguat, dan aliran listrik terhambat (OFF).
LDR kerap difungsikan sebagai sebuah sensor cahaya dalam berbagai macam rangkaian elektronika seperti lampu penerangan jalan otomatis, lampu kamar tidur otomatis, rangkaian anti maling otomatis menggunakan laser, shutter kamera otomatis, dan masih banyak lagi yang lainnya.
Prinsip kerja LDR bisa dibilang sangat sederhana, tak jauh berbeda dari variabel resistor pada umumnya. LDR dipasang pada sebuah rangkaian elektronika dan dapat memutus dan menyambung aliran listrik berdasarkan cahaya. Semakin banyak cahaya yang mengenainya, maka semakin menurun nilai resistansinya. Sebaliknya, jika cahaya yang mengenainya sedikit (gelap), maka nilai hambatannya menjadi semakin besar.
c. Sensor Suara (Sound Sensor)
Sensor Suara adalah Sensor analog yang digunakan untuk merasakan tingkat suara.
Sensor suara analog ini menerjemahkan amplitudo volume akustik suara menjadi tegangan listrik untuk merasakan tingkat suara. Proses ini memerlukan beberapa sirkuit, dan menggunakan mikrokontroler bersama dengan Mikrofon untuk menghasilkan sinyal output analog. Sensor suara bekerja berdasarkan besar/kecilnya kekuatan gelombang suara yang mengenai membran sensor yang menyebabkan bergeraknya membran sensor
yang juga terdapat sebuah kumparan kecil dibalik membran tadi naik dan turun. Oleh karena kumparan tersebut sebenarnya adalah ibarat sebuah pisau berlubang-lubang, maka pada saat ia bergerak naik turun, ia juga telah membuat gelombang magnet yang mengalir melewatiya terpotong-potong. Kecepatan gerak kumparan menentukan kuat- lemahnya gelombang listrik yang dihasilkannya.
d. Seneor Arus ACS712
ACS712 merupakan suatu IC terpaket yang mana berguna sebagai sensor arus menggantikan transformator arus yang relatif besar dalam hal ukuran. Pada prinsipnya ACS712 sama dengan sensor efek hall lainnya yaitu dengan memanfaatkan medan magnetik disekitar arus kemudian dikonversi menjadi tegangan yang linier dengan perubahan arus. Nilai variabel dari sensor ini merupakan input untuk mikrokontroler yang kemudian diolah. Keluaran dari sensor ini masih berupa sinyal tegangan AC, agar dapat diolah mikrokontroler maka sinyal tegangan AC ini disearahkan oleh rangkaian penyearah
e. Sensor Suhu (Temperature Sensor)
Sensor Suhu atau Temperature Sensor adalah Sensor tersedia secara luas baik dalam bentuk sensor digital maupun analog. Ada berbagai jenis sensor suhu yang digunakan untuk aplikasi yang berbeda.Salah satu Sensor Suhu adalah Termistor, yaitu resistor peka termal yang digunakan untuk mendeteksi perubahan suhu. Apabila Suhu meningkat, resistansi listrik dari termistor akan meningkat juga. Sebaliknya, jika suhu menurun, maka resistansi juga akan menurun.prinsip kerja dari sensor suhu ini sendiri adalah melakukan pengukuran terhadap jumlah energi panas/dingin yang dihasilkan oleh suatu obyek sehingga memungkinkan kita untuk mengetahui atau mendeteksi gejala perubahan-perubahan suhu tersebut dalam bentuk output Analog maupun Digital. Sensor Suhu juga merupakan dari keluarga Transduser
f. Sensor Ultrasonik (Ultrasonic Sensor)
Sensor Ultrasonik adalah jenis sensor non-kontak yang dapat digunakan untuk mengukur jarak serta kecepatan suatu benda. Sensor Ultrasonik bekerja berdasarkan sifat-sifat gelombang suara dengan frekuensi lebih besar daripada rentang suara manusia.Dengan menggunakan gelombang suara, Sensor Ultrasonik dapat mengukur
12
jarak suatu objek (mirip dengan SONAR). Sifat Doppler dari gelombang suara dapat digunakan untuk mengukur kecepatan suatu objek.
g. Sensor Giroskop (Gyroscope sensor)
Sensor Giroskop adalah sensor yang digunakan untuk merasakan dan menentukan orientasi dengan bantuan gravitasi bumi. Perbedaan utama antara Sensor Akselerometer dan Giroskop adalah bahwa Giroskop dapat merasakan rotasi di mana akselerometer tidak bisa.Sebelum digunakan, gyro sensor harus dilakukan kalibrasi terlebih dahulu dengan menggunakan bandul. Proses kalibrasi tersebut berfungsi untuk memperoleh nilai faktor kalibrasi. Gyroscope memiliki keluaran berupa kecepatan sudut dari arah 3 sumbu yaitu, sumbu x yang nantinya akan menjadi sudut phi (kanan dan kiri) dari sumbu y nantinya menjadi sudut theta (atas dan bawah), dan sumbu z nantinya menjadi sudut psi (depan dan belakang).
h. Sensor Efek Hall (Hall Effect Sensor)
Sensor Efek Hall atau Hall Effect Sensor adalah sensor yang dapat mengubah informasi magnetik menjadi sinyal listrik untuk pemrosesan rangkaian elektronik selanjutnya. Sensor Efek Hall ini sering digunakan sebagai sensor untuk mendeteksi kedekatan (proximity), mendeteksi posisi (positioning), mendeteksi kecepatan (speed), mendeteksi pergerakan arah (directional) dan mendeteksi arus listrik (current sensing).Sensor Efek Hall ini merupakan perangkat atau komponen yang diaktifkan oleh medan magnet eksternal. Seperti yang kita ketahui bahwa medan magnet memiliki dua karakteristik penting yaitu densitas flux (flux density) dan Kutub (kutub selatan dan kutub utara). Sinyal masukan (Input) dari Sensor Efek Hall ini adalah densitas medan magnet disekitar sensor tersebut, apabila densitas medan magnet melebihi batas ambang yang ditentukan maka sensor akan mendeteksi dan menghasilkan tegangan keluaran (output) yang disebut dengan Tegangan Hall (VH).
Sensor Efek Hall pada dasarnya terdiri dari potongan tipis semikonduktor yang bertipe P dengan bentuk persegi panjang. Bahan semikonduktor yang digunakan biasanya adalah gallium arsenide (GaAs), indium antimonide (InSb), indium phosphide (InP) atau indium arsenide (InAs). Potongan tipis semikonduktor tersebut dilewati oleh arus listrik secara berkesinambungan (terus-menerus). Ketika didekatkan dengan medan
magnet atau ditempatkan pada lokasi yang bermedan magnet, garis fluks magnetik akan menggunakan gaya pada semikonduktor tersebut untuk mengalihkan muatan pembawa (elektron dan holes) ke kedua sisi pelat semikonduktor. Gerakan pembawa muatan ini merupakan hasil dari gaya magnet yang melewati semikonduktor tersebut.Karena Elektron dan Holes bergerak masing-masing ke kedua sisi semikonduktor, maka akan timbul perbedaan potensial diantara kedua sisi tersebut. Pergerakan elektron yang melalui bahan semikonduktor ini dipengaruhi oleh adanya medan magnet eksternal pada sudut atau posisi yang benar. Bentuk yang terbaik agar mendapatkan sudut atau posisi yang tepat adalah menggunakan bentuk persegi panjang yang pipih (Flat Rectangular) pada komponen Sensor Hall Effect ini.
i. Sensor Kelembaban (Humidity Sensor)
Sensor Kelembaban atau Humidity Sensor merupakan sensor yang digunakan untuk mendeteksi tingkat kelembaban suatu lokasi. Pengukuran Tingkat Kelembaban ini sangat penting untuk pengamatan lingkungan di suatu wilayah, diagnosa medis ataupun di penyimpanan produk-produk yang sensitif.
j. Sensor Tegangan
Sensor tegangan ini digunakan untuk mendapatkan nilai tegangan antar fasa sehingga dapat mengetahui besar tegangan fasa-fasa. Pada pembuatan sensor tegangan ini
menggunakan transformator step down ,rangkaian penyearah, dan rangkaian pembagi tegangan. Rangkaian sensor tegangan pada prinsipnya yaitu melakukan pencuplikan tegangan yang mengalir masuk ke sistem pengukuran, cara kerja sensor tegangan ini yaitu sensor tegangan diletakan paralel terhadap jaringan sumber. Rangkaian ini pada initinya terdiri dari transformator step down berfungsi menurunkan tegangan, rangkaian penyearah,filter kapasitor, rangkaian pembagi tegangan.
2.3 Arduino Nano
Arduino Nano adalah salah satu dari produk board mikrokontroller keluaran Arduino. Arduino Nano adalah board Arduino terkecil, menggunakan mikrokontroller Atmega 328 untuk Arduino Nano 3.x dan Atmega168 untuk Arduino Nano 2.x. Varian ini mempunyai rangkaian yang sama dengan jenis Arduino Duemilanove, tetapi dengan
14
ukuran dan desain PCB yang berbeda. Arduino Nano tidak dilengkapi dengan soket catudaya, tetapi terdapat pin untuk catu daya luar atau dapat menggunakan catu daya dari mini USB port.Arduino Nano didesain dan diproduksi oleh Gravitech.Arduino Nano dapat diaktifkan melalui koneksi USB Mini-B, atau melalui catu daya eksternal dengan tegangan belum teregulasi antara 6-20 Volt yang dihubungkan melalui pin 30 atau pin VIN, atau melalui catu daya eksternal dengan tegangan teregulasi 5 volt melalui pin 27 atau pin 5V. Sumber daya akan secara otomatis dipilih dari sumber tegangan yang lebih tinggi. Chip FTDI FT232L pada Arduino Nano akan aktif apabila memperoleh daya melalui USB, ketika Arduino Nano diberikan daya dari luar (Non- USB) maka Chip FTDI tidak aktif dan pin 3.3V pun tidak tersedia (tidak mengeluarkan tegangan), sedangkan LED TX dan RX pun berkedip apabila pin digital 0 dan 1 berada pada posisi HIGH.
Skema dan desain board Arduino Nano
Skema rangkaian Arduino Nano dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 2.5 Skematik Arduino Nano
Gambar di bawah ini menunjukan layout board Arduino Nano serta keterangan pin-pin yang terdapat pada board Arduino Nano.
Gambar 2.6 Gambar Konfigurasi Pin Arduino Nano
Arduino Nano dapat menggunakan catudaya langsung dari mini-USB port atau menggunakan catudaya luar yang dapat diberikan pada pin30 (+) dan pin 29 (-) untuk tegangan kerja 7 – 12 V atau pin 28 (+) dan pin 29 (-) untuk tegangan 5V.
2.2.1 Memori
Atmega 168 dilengkapi dengan flash memori sebesar 16 kbyte yang dapat digunakan untuk menyimpan kode program utama. Flash memori ini sudah terpakai 2 kbyte untuk program boatloader sedangkan Atmega328 dilengkapi dengan flash memori sebesar 32 kbyte dan dikurangi sebesar 2 kbyte untuk boatloader. Selain dilengkapi dengan flash memori, mikrokontroller ATmega168 dan ATmega328 juga dilengkapi dengan SRAM dan EEPROM.SRAM dan EEPROM dapat digunakan untuk menyimpan data selama program utama bekerja. Besar SRAM untuk ATmega168 adalah 1 kb dan untuk ATmega328 adalah 2 kb sedangkan besar EEPROM untuk ATmega168 adalah 512 b dan untuk ATmega328 adalah 1 kb.
2.3.2 Input dan Output
Arduino Nano mempunyai 14 pin digital yang dapat digunakan sebagai pin input atau output. Pin ini akan mengeluarkan tegangan 5V untuk mode HIGH (logika 1) dan 0V untuk mode LOW (logika 0) jika dikonfigurasikan sebagai pin output. Jika di konfigurasikan sebagai pin input, maka ke 14 pin ini dapat menerima tegangan 5V untuk mode HIGH (logika1) dan 0V untuk mode LOW (logika 0). Besar arus listrik yang
16
diijinkan untuk melewati pin digital I/O adalah 40 mA. Pin digital I/O ini juga sudah dilengkapi dengan resistor pull-up sebesar 20-50 kΩ. Ke 14 pin digital I/O ini selain berfungsi sebagai pin I/O juga mempunyai fungsi khusus yaitu :
Pin D0 dan pin D1 juga berfungsi sebagai pin TX dan RX untuk komunikasi data serial.
Kedua pin ini terhubung langsung ke pin IC FTDI USB-TTL. Pin D2 dan pin D3 juga berfungsi sebagai pin untuk interupsi eksternal. Kedua pin ini dapat dikonfigurasikan untuk pemicu interupsi dari sumber eksternal. Interupsi dapat terjadi ketika timbul kenaikan atau penurunan tegangan pada pin D2 atau pin D3. Pin D4, pin D5, pin D6, pin D9, pin D10 dan pin D11 dapat digunakan sebagai pin PWM (pulse width modulator). Pin D10, pin D11, pin D12 dan pin D13, ke empat pin ini dapat digunakan untuk komunikasi mode SPI. Pin D13 terhubung ke sebuah LED.
Arduino Nano juga dilengkapi dengan 8 buah pin analog, yaitu pin A0, A1, A2, A3, A4, A5, A6 dan A7. Pin analog ini terhubung ke ADC (analog to digital converter) internal yang terdapat di dalam mikrokontroller. Pada kondisi awal, pin analog ini dapat mengukur variasi tegangan dari 0V sampai 5 V pada arus searah dengan besar arus maksimum 40 mA. Lebar range ini dapat diubah dengan memberikan sebuah tegangan referensi dari luar melalui pin Vref. Pin analog selain dapat digunakan untuk input data analog, juga dapat digunakan sebagai pin digital I/O, kecuali pin A6dan A7 yang hanya dpat digunakan untuk input data analog saja. Fungsi khusus untuk pin analog antara lain : Pin A4untuk pin SDA, pin A5 untuk pin SCL, pin ini dapat digunakan untuk komunikasi I2C. Pin Aref digunakan sebagai pin tegangan referensi dari luar untuk mengubah range ADC. Pin reset, pin ini digunakan untuk mereset board Arduino Nano, yaitu dengan menghubungkan pin ini ke ground selama beberapa milidetik. Board Arduino Nano selain dapat direset melalui pin reset, juga dapat direset dengan menggunakan tombol reset yang terpasang pada board Arduino Nano.
2.3.3 Komunikasi
Arduino Nano sudah dilengkapi dengan beberapa fasilitas untuk komunikasi yang dapat digunakan untuk berkomunikasi dengan komputer (PC atau Laptop), atau dengan board mikrokontroller lainnya. ATmega168 dan ATmega328 dilengkapi dengan komunikasi
serial UART TTL (5V), yang terdapat pada pin D0 dan pin D1. Board juga dilengkapi dengan sebuah IC FTDI 232 Rl yang dapat dihubungkan langsung ke komputer untuk menghasilkan sebuah virtual com-port pada operating sistem.
Software Arduino (sketch) yang digunakan sebagai IDE Arduino juga dilengkapi dengan serial monitor yang memungkinkan programmer untuk menampilkan data serial sederhana yang dapat dikirim atau diterima dari board Arduino Nano. Led RX dan TX yang terpasang pada board Arduino Nano akan berkedip jika terjadi komunikasi data serial antara PC dengan Arduino Nano.Selain dapat berkomunikasi dengan menggunakan data serial melalui virtual com-port, Arduino Nano juga dilengkapi dengan mode komunikasi I2C (TWI) dan SPI untuk komunikasi antar hardware.
2.3.4 Pemograman
Arduino Nano dapat diprogram dengan menggunakan software Arduino (sketch).
Pada menu program, pilih tool – board kemudian pilih jenis board yang akan diprogram.
Untuk memprogram board Arduino dapat memilih tipe board Arduino diecimila atau duemilanove atau langsung memilih Nano W/atmega168 atau Nano W/atmega328.
Arduino Nano sudah dilengkapi dengan program boatloader, sehingga programmer dapat langsung meng-up-load kode program langsung ke board Arduino Nano tanpa melalui board perantara atau hardware lain. Komunikasi ini menggunakan protokol STK500 keluaran ATMEL.Programmer juga dapat mem-up-load program ke board Arduino Nano tanpa menggunakan boatloader, tetapi melalui ICSP (in-circuit serial programming) header yang sudah tersedia di board Arduino Nano. Pemograman melalui ICSP tidak akan dibahas pada buku ini.
2.4 Pemograman Arduino Nano
Arduino Nano dapat diprogram dengan menggunakan software Arduino.Software ini bisa didapatkan secara gratis dari website resmi Arduino.Software Arduino yang akan digunakan adalah driver dan IDE. IDE Arduino adalah software yang sangat canggih ditulis dengan menggunakan Java IDE Arduino terdiri dari:
18
1.Editor program, sebuah window yang memungkinkan pengguna menulis dan mengedit program dalam Bahasa processing.
2.Compiler, sebuah modul yang mengubah kode program (bahasa Processing) menjadi kode biner. Bagaimanapun sebuah microcontroller tidak akan bisa memahami bahasa Processing. Yang bisa dipahami oleh microcontroller adalah kode biner. Itulah sebabnya compiler diperlukan dalam hal ini.
3.Uploader, sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer ke dalam memory di dalam papan Arduino.
Visual Basic adalah salah satu bahasa pemrograman komputer.Bahasa pemrograman adalah perintah-perintah yang dimengerti oleh komputer untuk melakukan tugas-tugas tertentu. Bahasa pemrograman Visual Basic, yang dikembangkan oleh Microsoft sejak tahun 1991, merupakan pengembangan dari pendahulunya yaitu bahasa pemrograman BASIC (Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code) yang dikembangkan pada era 1950-an. Visual Basic merupakan salah satu Development Tool yaitu alat bantu untuk membuat berbagai macam program komputer, khususnya yang menggunakan sistem operasiWindows. Visual Basic merupakan salah satu bahasa pemrograman komputer yang mendukung object (Object Oriented Programming = OOP).
2.5 LCD (Liquid Crystal Display)
Layar LCD merupakan suatu media penampilan data yang sangat efektif dan efisien dalam penggunaannya.Untuk menampilkan sebuah karakter pada layar LCD diperlukan beberapa rangkaian tambahan.Untuk lebih memudahkan para pengguna, maka beberapa perusahaan elektronik menciptakan modul LCD.LCD dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian depan panel LCD yang terdiri dari banyak dot atau titik LCD dan mikrokontroler yang menempel pada bagian belakang panel LCD yang berfungsi untuk mengatur titik- titik LCD sehingga dapat menampilkan huruf, angka, dan simbol khusus yang dapat terbaca.
Fungsi Pin-Pin LCD
Modul LCD berukuran 16 karakter x 2 baris dengan fasilitas backlighting memiliki 16 pin yang terdiri dari 8 jalur data, 3 jalur kontrol dan jalur-jalur catu.
daya, dengan fasilitas pin yang tersedia maka lcd 16x2 dapat digunakan secara maksimal untuk menampilkan data yang dikeluarkan oleh mikrokontroler, secara ringkas fungsi pin-pin pada LCD dituliskan pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Konfigurasi Pin LCD 16x2
Sedangkan secara umum pin-pin LCD diterangkan sebagai berikut :
1. Pin 1 dan 2 Merupakan sambungan catu daya, Vss dan Vdd. Pin Vdd dihubungkan dengan tegangan positif catu daya, dan Vss pada 0V atau ground. Meskipun data menentukan catu 5 Vdc (hanya pada beberapa mA), menyediakan 6V dan 4.5V yang keduanya bekerja dengan baik, bahkan 3V cukup untuk beberapa modul.
2. Pin 3 merupakan pin kontrol Vee, yang digunakan untuk mengatur kontras display. Idealnya pin ini dihubungkan dengan tegangan yang bisa diubah untuk memungkinkan pengaturan terhadap tingkatan kontras display sesuai
20
dengan kebutuhan, pin ini dapat dihubungkan dengan variable resistor sebagai pengatur kontras.
3. Pin 4 merupakan Register Select (RS), masukan yang pertama dari tiga command control input. Dengan membuat RS menjadi high, data karakter dapat ditransfer dari dan menuju modulnya.
4. Pin 5Read/Write (R/W), untuk memfungsikan sebagai perintah write maka R/W low atau menulis karakter ke modul. R/W high untuk membaca data karakter atau informasi status dari register-nya.
5. Pin 6Enable (E), input ini digunakan untuk transfer aktual dari perintah- perintah atau karakter antara modul dengan hubungan data. Ketika menulis ke display, data ditransfer hanya pada perpindahan high atau low. Tetapi ketika membaca dari display, data akan menjadi lebih cepat tersedia setelah perpindahan dari low ke high dan tetap tersedia hingga sinyal low lagi.
6. Pin 7 sampai 14 adalah delapan jalur data/data bus (D0 sampai D7) dimana data dapat ditransfer ke dan dari display.
7. Pin 16 dihubungkan kedalam tegangan 5 Volt untuk memberi tegangan dan menghidupkan lampu latar/Back Light LCD.
Gambar 2.7 LCD (Liquid Crystal Display)
2.6 Baterai
Baterai digunakan dalam sistem PLTS komunal untuk menyimpan energi yang dihasilkan oleh modul fotovoltaik di siang hari, lalu memasok ke beban di malam hari atau saat cuaca berawan. Baterai bertindak sebagai penyimpan energi sementara (buffer)
untuk mengatasi perbedaan antara pasokan listrik dari modul fotovoltaik dan permintaan listrik. Saat ini, baterai merupakan cara paling praktis untuk menyimpan tenaga listrik yang dihasilkan oleh rangkaian modul fotovoltaik melalui reaksi elektrokimia.
Komponen ini merupakan salah satu komponen yang penting dan sekaligus rentan dalam sistem PLTS. Desain yang kurang baik atau ukuran baterai yang tidak tepat dapat mengurangi umur pakai yang diharapkan, berkurangnya energi, kerusakan, hingga bahaya keselamatan pada pengguna. Baterai memiliki keterbatasan umur pakai yang bergantung pada perilaku penggunaan serta temperatur pengoperasian.
Gambar 2.8 Baterai
Terdapat banyak teknologi baterai yang tersedia untuk sistem PLTS seperti lead- acid, lithium ion, Zinc air, Nickel cadmium, dll. Namun, mempertimbangkan kematangan teknologi, kinerja, serta keamanannya, hanya sedikit jenis baterai yang digunakan di daerah terpencil. Baterai lead-acid paling umum digunakan pada sistem PLTS off-grid, meskipun terdapat alternatif baterai penyimpan yang lebih baru seperti Lithium ion dan Zinc air yang sudah mulai dipertimbangkan dengan umur pakai yang lebih panjang. Baik baterai Lithium ion maupun Zinc air memerlukan sistem pengelolaan baterai (battery management system) untuk keamanannya dan memperpanjang umur pakai baterai. Dikarenakan densistas energi baterai lithium yang lebih tinggi (Wh/kg) dibanding lead acid, terkadang penggunaannya lebih menguntungkan untuk dipakai di daerah terpencil.
Baterai berjenis lead acid dengan pemakaian hingga charge rendah (deep cycle) banyak digunakan karena andal dalam waktu lama, lebih aman, mudah digunakan, dan biaya yang relatif lebih rendah per siklusnya. Penting untuk menggunakan jenis baterai
22
yang mudah dirawat untuk dipasang di daerah terpencil dan sulit diakses. Jenis baterai OPzV atau Ortsfest (stasioner) PanZerplatte (pelat tubular) Verschlossen (tertutup) adalah salah satu jenis baterai yang paling banyak digunakan untuk sistem PLTS off- grid. Baterai ini adalah baterai valve regulated lead acid (VRLA) dengan teknologi pelat tubular dan gel yang tidak bergerak (immobilized) sebagai elektrolitnya untuk kinerja yang lebih tinggi.
2.6.1 Spesifikasi Baterai
Baterai biasanya ditentukan oleh tegangan dan kapasitas nominalnya. Tegangan nominal pada dasarnya adalah tegangan titik tengah baterai atau tegangan yang diukur saat baterai memiliki status pengisian sebesar 50%. Sedangkan kapasitasnya adalah jumlah arus yang dapat disediakan baterai untuk waktu tertentu (Ah). Kapasitas nominal biasanya diukur dengan pemakaian baterai dalam 10 jam dengan pemakaian arus 1/10 dari kapasitas baterai. Harga baterai masih relatif mahal dan mengambil porsi yang besar dari biaya modal di PLTS sehingga pemilihan dan penetapan kapasitasnya harus dilakukan dengan benar agar kapasitas yangdigunakan tidak terlalu besar atau terlalu kecil. Kapasitas yang kurang dapat menyebabkan pelepasan energi (depth of discharge) yang terlalu dalam sehingga mengurangi umur pakainya serta energi yang tidak mencukupi di malam hari. Sedangkan kapasitas yang berlebihan mengakibatkan penggunaan baterai yang tidak efektif. Penetapan kapasitas dilakukan dengan menggunakan perhitungan matematis lalu dapat dikoreksi menggunakan perangkat lunak simulasi seperti HOMER atau yang serupa untuk mencari solusi optimal.
Faktor yang harus dipertimbangkan di saat menentukan kapasitas baterai :
1. Kebutuhan energi di malam hari dan profil beban. Energi akan menentukan kapasitas, sedangkan daya puncak menentukan pengeluaran arus maksimum yang harus dijaga pada tingkat yang disarankan.
2. Perkiraan jumlah hari yang mampu menyediakan energi tanpa pasokan tenaga listrik dari modul fotovoltaik atau selama cuaca berawan. Perkiraan umumnya dua atau tiga hari.
3. Efisiensi bolak-balik (round-trip efficiency) baterai harus dipertimbangkan ketika menetapkan kapasitas baterai, karena menimbulkan rugi-rugi di baterai secara signifikan.
4. Depth of discharge yang diizinkan harus diketahui untuk mencegah pemakaian energi baterai yang terlalu banyak (deeply discharged). Depth of discharge juga mempengaruhi siklus umur pakai baterai secara signifikan.
5. Jumlah siklus yang diperlukan untuk mencegah seringnya melakukan penggantian baterai.
6. Temperatur berpengaruh terhadap umur pakai dan kapasitas baterai.
2.6.2 Proses Konversi Energi Cahaya Menjadi Energi Listrik
Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini dimungkinkan karena bahan material yang menyusun sel surya berupa semikonduktor.
Lebih tepatnya tersusun atas dua jenis semikonduktor; yakni jenis n dan jenis p.
Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang memiliki kelebihan elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n = negatif). Sedangkan semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut dengan p (p = positif) karena kelebihan muatan positif.
Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan panas semikonduktor alami. Di dalam semikonduktor alami (disebut dengan semikonduktor intrinsik) ini, elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama.
Kelebihan elektron atau hole dapat meningkatkan daya hantar listrik maupun panas.
BAB III
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM
Perancangan yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi perancangan perangkat keras dan perancangan perangkat lunak. Perancangan perangkat keras dimulai dengan merancang diagram blok dan prinsip kerja sistem, kemudian dilanjutkan merancang rangkaian sistem dengan menggabungkan keseluruhan perangkat menjadi sebuah sistem terkendali.
3.1 Metodologi Perancangan
Untuk mempermudah perancangan sistem diperlukan sebuah diagram blok sistem yang mana tiap blok mempunyai fungsi dan cara kerja tertentu. Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang adalah sebagai berikut :
3.1.1 Tahap Persiapan
Metode Pelaksanaan dalam penelitian ini secara umum dibagi kedalam 5 tahap yang diperlihatkan oleh diagram berikut :
Tahap 1 : Pendesainan Prototipe Alat
Pada tahap ini kegiatan yang dilakukan adalah mendesain Alat dengan menggunakan software google sketch-up 2016. Pada tahap ini akan di desain komponen-komponen alat yaitu desain ruang alat sebagai tempat sensor.
Tahap 2 : Pembuatan Prototipe Alat
Ruang alat dibuat berbentuk balok dari bahan triplek sebagai wadah tempat objek pada alat.
Tahap 3 : Pembuatan Rangkaian Alat
Pada tahap ini akan dilakukan pembuatan rangkaian alat yang berfungsi untuk melakukan akusisi data secara otomatis yang diperoleh sensor.
3.1.2 Tahap Pembuatan Sistem
Pada tahap ini akan dilakukan pembuatan rangkaian alat yang berfungsi untuk melakukan akusisi data secara otomatis yang diperoleh sensor. Adapun tahapan- tahapan pelaksanaan pada tahap ini sebagai berikut :
a. Mendesain layout rangkaian dengan software Eagle.
b. Mencetak hasil layout pada kertas foto dengan menggunakan printer laser Z . c. Mencetak hasil cetakan pada PCB dengan cara memanaskanya pada suhu 160 0C kemudian dilarutkan dengan menggunakan larutan FeCl2.
d. Memasang komponen- komponen elektronik sesuai dengan jalur yang telah dibuat pada layout rangkaian.
3.1.3 Tahap Pengukuran, Analisis dan Kesimpulan
Dalam menyusun Tugas Akhir ini penulis melakukan beberapa penerapan metode penelitian untuk menyelesaikan permasalahan. Metode penelitian yang dilakukan adalah dengan cara :
a) Studi pustaka untuk mengumpulkan, mempelajari serta menyeleksi bahan-bahan tentang pemograman berbasis Mikrokontroller Arduino.
b) Pengumpulan data yang berhubungan dengan tugas akhir
Data yang dibutuhkan adalah data-data tentang komponen-komponen elektronika yang akan digunakan dalam perancangan alat.
c) Analisis Sistem
Melakukan analisis terhadap program yang akan dibuat serta komponen- komponen elektronika yang digunakan.
d) Perancangan Sistem
Merancang suatu sistem penerangan lampu taman menggunakan panel surya berbasis Mikrokontroller Arduino Nano. Termasuk interface aplikasi dan perancangan susunan rangkaian elektronika.
e) Impelentasi Sistem (Coding).
Menyusun kode program untuk sistem penerangan lampu taman menggunakan panel surya berbasis Mikrokontroller Arduino Nano.
f) Testing
Melakukan pengujian sistem yang telah dibuat sehingga dapat melakukan perbaikan sistem apabila ditemukan kesalahan pada sistem.
g) Dokumentasi Sistem.
Pembuatan dokumentasi sistem,lengkap dengan analisis yang telah diperoleh.
26
3.2 Perancangan Sistem 3.2.1 Diagram Blok Sistem
Untuk mempermudah perancangan sistem diperlukan sebuah diagram blok sistem yang mana tiap blok mempunyai fungsi dan cara kerja tertentu. Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang adalah sebagai berikut :
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem
3.2.2 Perancangan Rangkaian 1. Rangkaian Arduino nano
Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada.
Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC Mikrokontroler Arduino nano. Semua program diisikan pada memori dari IC ini sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki. Mikrokontroller Arduino nano memiliki arsitektur Harvard,
Sensor Tegangan
LCD 16 X 2 Charger Kontroler
Panel
Surya Sensor Arus Arduino
Nano
Sensor Intensitas
Baterai
yaitu memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan kerja..
Gambar 3.2 Rangkaian Arduino nano
2. Rangkaian Penstabil Tegangan (Regulator)
Rangkaian ini berfungsi untuk memberikan supplay tegangan dari baterai keseluruh rangkaian yang ada. Keluaran rangkaian regulator ini yaitu 5 volt. Pada rangkaian diatas baterai 12 volt terhubung pada capasitor 100 nf, lalu dihubungkan pada tegangan input ic regulator 7805 agar mendapat output 5 volt dc, output 5 volt dc inilah yang akan berfungsi untuk memberi supply pada sistem Arduino nano.
Gambar 3.3 Rangkaian Regulator
28
3. Rangkaian Sensor Tegangan
Rangkaian ini berfungsi sebagai input pembacaan nilai tegangan yang dihasilkan oleh panel surya.
Gambar 3.4. Rangkaian Sensor Tegangan 4. Rangkaian Sensor Arus
Rangkaian ini berfungsi sebagai input pembacaan nilai arus yang dihasilkan oleh panel surya.
Gambar 3.5. Rangkaian Sensor Arus 5. Rangkaian Sensor Intensitas Cahaya
Rangkaian ini berfungsi sebagai input pembacaan nilai intensitas cahaya yang diterima oleh panel surya.
Gambar 3.6. Rangkaian Sensor Intensitas Cahaya 6. Sistem Panel Surya
Rangkaian ini berfungsi sebagai sistem power supply yang dimana daya yang dihasilkan berasal dari sinar matahari yang dikonversi menjadi energi listrik dan kemudian disimpan pada baterai 12 volt..
Gambar 3.7. Rangkaian Sistem Panel Surya
30
3.2.3 Perancangan Perangkat Lunak Sistem
Gambar 3.8 FlowChart Sistem
3.3 Pengujian Rangkaian dan Pengukuran Hasil Sistem 3.3.1 Pengujian Display LCD
Rangkaian LCD dihubungkan ke PD.0….PD6, yang merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu sebagai Timer, yaitu sebagai timer/counter, komperator analog dan spimempunyai fungsi khusus sebagai pengerimana data secara serial.
START
INISIALISASI PROGRAM
SENEOR TEGANGAN MEMBACA NILAI TEGANGAN SENSOR ARUS MEMBACA NILAI ARUS
SENSOR INTENSITAS CAHAYA MEMBACA NILAI INTENSITAS CAHAYA
TAMPILAN NILAI PADA LCD
SELESAI
Sehingga nilai yang akan tampil pada LCD display akan dapat di kendalikan oleh Mikrokontroller ATMega8535.
Pada bagian ini, mikrokontroller dapat member data langsung ke LCD. Pada LCD Hitachi- M11632 sudah terdapat driver untk mengubah ASCII output mikrokontroller menjadi tampilan karakter.
Tabel 3.1. Pengukuran pin IC LCD
No Pin Tegangan keluaran
(Volt)
1 0,0
2 4,95
3 1,39
4 3,96
5 3,96
6 0,0
7 4,93
8 4,93
9 4,93
10 4,93
11 0,0
12 3,96
13 3,96
14 0,0
15 4,95
16 0,0
Tabel diatas merupakan hasil pengukuran pada Display LCD, pengukurann dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui apakah LCD bekerja dengan baik atau tidak yaitu dengan membandingkan tegangan terukur dengan program maupun data sheet.
32
3.3.2 Pengujian Sensor Tegangan
Pengujian Sensor Tegangan dilakukan dengan membandingkan hasil dari pengukuran alat yang sudah berstandart yaitu multimeter digital dan kemudian dilakukan juga pengukuran dengan alat yang dibuat. Hasil pengukuran Sensor tegangan dapat dilihat pada table dibawah ini
Tabel 3.2. Pengujian Sensor Tegangan
NO Hasil Pengukuran Multimeter Hasil Pengukuran Alat
1 13,20 Volt 13,71 Volt
2 11,16 Volt 11,37 Volt
3 8,27 Volt 8,11 Volt
4 5,40 Volt 5,10 Volt
3.3.3 Pengujian Sensor Arus
Pengujian Sensor Arus dilakukan dengan membandingkan hasil dari pengukuran alat yang sudah berstandart yaitu multimeter digital dan kemudian dilakukan juga pengukuran dengan alat yang dibuat. Hasil pengukuran Sensor Arus dapat dilihat pada table dibawah ini:
Tabel 3.3. Pengujian Sensor Arus
NO Hasil Pengukuran Multimeter Hasil Pengukuran Alat
1 0,51 Ampere 0,54 Ampere
2 0,29 Ampere 0,20 Ampere
3 0,69 Ampere 0,61 Ampere
4 0,32 Ampere 0.39 Ampere
3.3.4 Pengujian Sensor Intensitas Cahaya
Pengujian Sensor Intensitas cahaya dilakukan dengan cara melakukan pengukuran sensor dalam keadaan gelap dan keadaan terang,. Hasil pengukuran Sensor tegangan dapat dilihat pada table dibawah ini:
Tabel 3.4. Pengujian Sensor Intensitas Cahaya
NO Kondisi Nilai Sensor Intensitas Cahaya
1 Gelap 241 lux
2 Gelap 284 lux
3 Terang 1530 lux
4 Terang 1430 lux
BAB IV
PEMBAHASAN HASIL PENGUKURAN
4.1 Analisis Hasil Pengukuran
Pengukuran dilakukan dengan cara pengujian sistem secara keseluruhan,dan dilakukan perbandingan dengan alat standar.Pengukuran dilakukan untuk mengetahui Arus,Tegangan,dan Intensitas cahaya yang diterima dari SolarCell.
Table 4.1 Pengujian Sistem Keseluruhan
JAM TEGANGAN (V) ARUS(mA) INTENSITAS (Lux) KONDISI
10:00 17.16 14.95 22145.00 Terang
11:00 7.16 13.38 15912.50 Redup
12:00 18.24 14.53 36128.33 Terang
13:00 20.00 15.01 63000.00 Terang
14:00 19.80 14.73 54612.50 Terang
Dari pengujian diatas maka dapat diperoleh Pengukuran Arus,Tegangan,dan Intensitasnya.Pada pengujian sistem ini menggunakan SolarCell 10WP dimana.Cara kerja panel surya yang pertama adalah panel surya dapat menghasilkan listrik dengan menggunakan sistem fotovoltaik.Fotovoltaik adalah fenomena yang mengubah energi matahari menjadi arus listrik.Listrik yang dihasilkan oleh sistem panel surya disimpan dalam baterai sebagai penyimpanan Tegangan sementara.Mikrokontroller yang digunakan dalam perancangan alat ini adalah Mikrokontroller AtMega 328P.Dan tampilannya akan dilihat di LCD,baik arus,tegangan,dan intensitasnya.
4.2 Kalibrasi Alat
Pengukuran dilakukan untuk mencari keakuratan sensor Tegangan,Sensor arus,sensor intensitas,dengan dilakukan perbandingan pengujian menggunakan dengan pembanding yaitu Multimeter.
4.2.1 Pengukuran Sensor Tegangan
Pengujian Sensor Tegangan dilakukan dengan membandingkan hasil dari pengukuran alat yang sudah berstandart yaitu multimeter digital dan kemudian
dilakukan juga pengukuran dengan alat yang dibuat.Hasil pengukuran Sensor tegangan dapat dilihat pada table dibawah ini
Tabel 3.2. Pengujian Sensor Tegangan
NO Hasil Pengukuran Multimeter Hasil Pengukuran Alat
1 13,20 Volt 13,71 Volt
2 11,16 Volt 11,37 Volt
3 8,27 Volt 8,11 Volt
4 5,40 Volt 5,10 Volt
1. %Ralat Percobaan 1 = –
%Ralat = I
= 3,8 %
2. %Ralat Percobaan 2 = –
%Ralat = I
= 1,8 %
3. %Ralat Percobaan 3 = –
%Ralat = I
= 1,9 %
4. %Ralat Percobaan 14= –
%Ralat = I
= 5,5 %
4.2.2 Pengukuran Sensor Arus
Pengujian Sensor Arus dilakukan dengan membandingkan hasil dari pengukuran alat yang sudah berstandart yaitu multimeter digital dan kemudian dilakukan juga
36
pengukuran dengan alat yang dibuat. Hasil pengukuran Sensor Arus dapat dilihat pada table dibawah ini:
Tabel 3.3. Pengujian Sensor Arus
NO Hasil Pengukuran Multimeter Hasil Pengukuran Alat
1 0,51 Ampere 0,54 Ampere
2 0,29 Ampere 0,20 Ampere
3 0,69 Ampere 0,61 Ampere
4 0,32 Ampere 0.39 Ampere
1. %Ralat Percobaan 1 = –
%Ralat = I
= 5,8 %
2. %Ralat Percobaan 2 = –
%Ralat = I
= 3,1%
3. %Ralat Percobaan 3 = –
%Ralat = I
= 11,5 %
4. %Ralat Percobaan 14= –
%Ralat = I = 2,1 %
4.2.3 Pengukuran Sensor Intensitas Cahaya
Pengujian Sensor Intensitas cahaya dilakukan dengan cara melakukan pengukuran sensor dalam keadaan gelap dan keadaan terang,. Hasil pengukuran Sensor tegangan dapat dilihat pada table dibawah ini:
Tabel 3.4. Pengujian Sensor Intensitas Cahaya
NO Kondisi Nilai Sensor Intensitas Cahaya
1 Gelap 241 lux
2 Gelap 284 lux
3 Terang 1530 lux
4 Terang 1430 lux
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan
Dari hasil perancangan alat hingga pengujian dan pembahasan system,maka penulis dapat menarik kesimpulan,antara lain:
1. Penelitian ini diawali dengan pengukuran intensitas cahaya matahari pada area permukaan sel surya, pada saat pengukuran intensitas cahaya matahari tersebut juga dilakukan pengukuran tegangan keluaran dan arus listrik. Bahwa intensitas mataharai mempengaruhi besar daya, dimana bila intensitas rendah daya yang dihasilkan rendah sedang intensitas tinggi daya yang dihasilkan akan naik pula.
2.Dengan Menggunakan Arduino nano Sebagai mikrokontrolernya,dapat digunakan sebagai kontrol dalam perancangan alat ini.Pengembangan dalam perancangan alat ini dapat menggunakan mikrokontroller yang lebih bagus dan lebih cepat dalam memproses data.
3.Cara kerja panel surya yang pertama adalah panel surya dapat menghasilkan listrik dengan menggunakan sistem fotovoltaik. Fotovoltaik adalah fenomena yang mengubah energi matahari menjadi arus listrik. Listrik yang dihasilkan oleh sistem panel surya disimpan dalam baterai sebagai penyimpanan Tegangan sementara
5.2 Saran
Setelah melakukan penulisan ini diperoleh beberapa hal yang dapat dijadikan saran untuk dilakukan perancangan lebih lanjut,yaitu:
1.Diharapkan alat ini dapat dikembangkan selanjutnya untuk membantu pemanfaatan cahaya matahahari menjadi energi listrik
2.Diharapkan untuk perancangan alat digunakan sensor yang memiliki ketelitian yang lebih akurat.
DAFTAR PUSTAKA
Pratamo,Andi.2005.Panduan Praktis Pemograman AVR Mikrokontroler.
Yogyakarta : Penerbit ANDI.
Malvino, Albert paul.2003. Prinsip-prinsip Elektronika.Jilid 1 & 2. Edisi Pertama.
Jakarta: Salemba Teknika.
Widodo,Budiharto. 2004. Elektronika Digital Dan Mikrokontroller.
Yogyakarta:Andi Offset
Sugarto Fajar. 1991. Teori Dasar Elektronika. Surabaya: CV Anugerah Blocher, Richard. 2004. Dasar Elektronika.Yogyakarta : Penerbit Andi
LAMPIRAN 1.Rangkaian Keseluruhan
2. Program
#include <Wire.h>
#include <BH1750.h>
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(12, 11, 10, 9, 8, 7);
BH1750 lightMeter;
float tegangan;
int teganganPin = A0;
void setup(){
lcd.begin(16, 2);
Serial.begin(9600);
// Initialize the I2C bus (BH1750 library doesn't do this automatically) Wire.begin();
// On esp8266 you can select SCL and SDA pins using Wire.begin(D4, D3);
lightMeter.begin();
Serial.println(F("BH1750 Test begin"));
}
void loop() { float average = A1;
for(int i = 0; i < 1000; i++) {
average = average + (0.0264 * analogRead(A1) -13.51);
float lux = lightMeter.readLightLevel();
Serial.print("Light: ");
Serial.print(lux);
Serial.print(" lx");
Serial.print(average);
Serial.print("mA");
tegangan = analogRead(teganganPin);
tegangan = tegangan * 0.00489*5;
Serial.print(tegangan);
Serial.print(" Volt");
Serial.println();
lcd.clear();
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("Inten:");
lcd.setCursor(6, 1);
lcd.print(lux);
lcd.print(" lux");
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("V:");
lcd.setCursor(2, 0);
lcd.print(tegangan);
lcd.print("V");
lcd.setCursor(8, 0);
lcd.print("I:");
lcd.setCursor(10, 0);
lcd.print(average);
lcd.print("mA");
delay(1000);
}
3.Gambar Alat
Datasheet acs712
Datasheet BH1750
