29 BAB III oPERANCANGANo
3.1 Metode Penelitian
Penelitianodilakukan pada isubsistem SWAP yaitu subsistem panel surya yang terdiri dari analisis pembuatan dan integrasiosubsistemooagar sesuai perancangan.APenelitianoinioterdiri dari analisis danmpengujian perangkat keras dari subsistem SWAP, adapun metodologioyang digunakanopada penelitianpini ditunjukan pada Gambar 3. 1.
Gambar 3. 1 Diagram alir pembuatan
Diagram alir pada Gambar 3. 1 menunjukan proses pembuatan alat yang dimulai dengan analisis kebutuhan alat ataupun bahan, dan selanjutnya dilakukan perancangan sistem, pada perancangan sistem dilakukan pendesainan alat, pemilihan bahan yang digunakan, pembuatan alat, dan pengujian sistem dari subsistem tersebut.
30 3.2 AnalisisoKebutuhano
Padaotahapanoini dilakukanoanalisis terhadapialatoyang akani di buat beserta kebutuhan dari seluruh subsistem panel surya. Dalam-proses ini akan- ditentukan beberapa kebutuhan komponen yang-digunakan:
1. Solar panel 120 WP 2. Baterai / Aki 12 V 100 Ah
3. Solar Charge Controller (SCC) 10 A 4. Inverter 500 Watt
5. Pompa Air 125 Watt 6. Watt Meter DC 7. Batery Indicator 8. Terminal blok 9. Kabel
10. Connector
Pada proses ini dilakukan analisis rancangan terhadap alat yang akan dibuat dan keseluruhan sistem yang dibutuhkan pada pembuatan sub-sistem tenaga surya. Beberapa -bahan yang akan digunakan pada pembuatan sub-sistem tenaga surya dapat dilihat pada Tabel 3. 1.
Tabel 3. 1 Bahan yang digunakan untuk proses pembuatan
No. Nama Komponen Spesifikasi Jumlah Tipe
1. Panel Surya 120 Wp 2 Polycrystaline
2. SCC 30 A 1 PWM
3. Inverter 500 W 1 PSW
4. Aki 12 V 100 Ah 1 VRLA
5. MCB DC 25 A 2 TOMZN 2P
6. MCB AC 10 A 1 TOMZN 2P
7 Terminal 3 2 Broco
8 Kabel 0.6 5 Meter AWG
9 Panel Box 40 cm x 60c m 1 Besi
10 Besi Holo 4 cm x 4cm 2 Alumunium
31 11 Mur dan Baut
6 mm 20
Hex Bolt & hex
8 mm 6 nut
4 mm 20
12 Cat Besi Kaleng 1 Propan
13 Besi Siku 3 cm x 3 cm 1 -
16 Kawat Las 2,6 mm x350 mm 3 Ikat Nikko RD
Pada proses selanjutnya terdapat daftar alat yang digunakan untuk proses pembuatan panel surya-sebagai PLTS untuk-produk SWAP yang dapat dilihat pada Tabel 3. 2.
Tabel 3.2 Alat yang digunakan untuk proses pembuatan
No. Nama Alat Spesifikasi Jumlah Tipe
1. Bor Tangan 220 VAC 1 Krisbow
2. Gerinda 220 VAC 1 Krisbow
3. Mata Bor
4 mm 1 Nachi
6 mm 1 Nachi
8 mm 1 Nachi
4. Obeng Set set 1 Tekiro
5. Gunting Besar 1 Joyko
6. Las Listrik 900 W 1 Lakoni
7. Amplas Cc 400CW 4 TAIYO
8. Gergaji Besi 12 inch 1 inco
9. Tang Potong Copper wire 1 PLATO
10. Multimeter 600 V 400 A 1 ST201
11. Meteran 5 m 1 Haston
12. Penggaris 30 cm 1 Joyko
3.3 Perancangan Sistem
Perancangan panel surya pada SWAP merupakan produk pertanian yang dapat mengotomasi sistem penyiraman pada kebun. SWAP menggunakan panel surya sebagai daya utama, dan dilengkapi-beberapa sesor untuk membantu dan
32
memberikan informasi mengenai kondisi lahan, seperti sensor DHT22 untuk mengukur suhu dan kelembaban udara, sensor kelembaban tanah, dan water flow meter untuk mengukur debit air saat penyiraman. Desain keseluruhan sistem SWAP idapat dilihat ipadai Gambar 3. 2.
Gambar 3. 2 Desain keseluruhanosistem SWAP
Panel surya yang digunakan berkapasitas 120 Wp degan dimensi 1085 mm x 675 mm x 25mm dan di pasang pada tiang penampang yang dilengkapi dengan panel box pada bagian bawah panel surya. Posisi yang sedikit miring dimaksudkan agar memaksimalkan penangkapan cahaya matahari, ada beberapa komponen yang digunakan untuk pemasangan panel surya seperti solar charge controler (SCC), Baterai, Inverter.
SCC digunakan sebagai pengatur pengisian panel surya ke baterai dan penggunan baterai ke beban, serta berfungsi sebagai pengaman agar tidak terjadinya overcharging, SCC yang digunakan berjenis pulse width modulation (PWM) karena lebih efektif digunakan pada suhu hangat, harga yang lebih murah dibandingkan jenis Maximum Power Point Tracking (MPPT). Baterai digunakan sebagai media penyimpanan daya listrik dari panel surya, baterai yang digunakan pada SWAP adalah berjenis VRLA 12 V 100 Ah.
Inverter merupakan komponen dalam pemasangan panel suryaoyang berfungsiosebagai pengubah tegangan DC 12 V menjadi iAC 220 V yang akan disalurkan kepada beban AC pada komponen SWAP seperti pompa air AC, pada
33
produk SWAP ini menggunakan inverter berjenis pure sine wave dengan spesifikasi 12 V 500 W.
3.3.1 Diagram Blok
Blok diagram merupakan gambaran secara umum yang dapat dibuat secara ringakas dan berupa gabungan sebab dan akibat dari sebuah sistem. Diagram blok juga dapat membantu untuk memahami cara kerja dari sebuah sistem atau alat.
Pada sistem ini menggunakan beberapa komponen yaitu panel surya polycrystalline, SCC, baterai lead acid, inverter, dan switch. Pada Gambar 3. 3 menunjukkan diagram blok dari sistem panel surya pada produk SWAP.
Gambar 3. 3 Diagram blok sistem panel surya
Dapatodilihat pada iGambari 3. 3 memperlihatkan fungsiodari alur kerja dari sistem yangoakan idirancang. Panelasurya merupakan modul yangoterdiri dari9kumpulan sel surya88untuk menyerappenergi dari cahaya0matahari dan kemudian akan diatur proses pengisian baterai pada SCC. Energi atau daya yang di dapat dari panel surya akan disimpan pada baterai dan digunakan untuk beban DC, untuk penggunaan beban AC digunakan inverter yang berfungsi sebagai pengubah tegangan DC menjadi tegangan AC, beban AC yang digunakan pada produk SWAP adalah pompa air AC 150 Watt. Sistem kerja dari PLTS ini ditunjukan pada Gambar 3. 4.
34
Gambar 3. 4 Flowchart PLTS
Sistem kerja dari PLTS pada produk SWAP ini cukup sederhana, ketika sistem PLTS di aktifkan makan SCC akan mengatur sistem pengisian daya ke baterai, ketika SCC mendapat daya baterai kurang dari 13,3 V maka SCC akan mengisi daya baterai, dan ketika baterai lebih dari 13,3 V maka SCC tidak akan mengisi baterai.
3.4 Spesifikasi
Pada perancangan sistem ini dibutuhkan penentuan dalam penggunaan baterai dengan beban yang digunakan 150 Watt seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3. 4 dengan lama penggunaan selama 1 jam. Sebelum pembuatan alat tersebut dibutuhkan perhitungan untuk8menentukan daya per9hari yang dibutuhkan,9menghitung kapasitas sistem yangodigunakan, dankpengujian sistem.
Berikut ini adalah Tabel 3. 1 spesifikasi pompa yang akan digunakan pada perancangan alat ini sebagai acuan untuk penentuan komponen lainnya yang akan digunakan.
35
Gambar 3. 5 Pompa air Tabel 3. 3 Spesifikasi pompa
Parameter Keterangan
Nama Produk Shimizu PS-135 E
Output 125 W
Input 300 W
Arus 1,5 A
Daya hisap 9 Meter
Tinggi maksimal 30 Meter
Kapasistas 31 L/min
Berat 9 Kg
Diketahui beban output pompa pada spesifikasi sebesar 125 Watt yang merupakan beban yang digunakan oleh pompa, sedangkan input diketahui 300 Watt yaitu daya pada awal pertama penyalaan pompa dengan rentang waktu beberapa detik, arus pompa sebesar 1,5 A dengan tegangan 220 VAC, dan setelah diketahui beban pompa yang digunakan maka dapat dihitung beban pemakaian listrik sebagai berikut.
Daya Pompa = I x V
= 1,5 A x 220 V
= 330 Watt
Bebanopemakaiano = (Jumlahobeban x daya deban) x Lamaopemakaian
= (1 x 330 Watt) x 1 jam
= 330 Wh
36
Setelah beban pemakaian diketahui dapat ditentukan kapasitas baterai yang dipakai, secara efisensi dan ketahanan baterai dianjurkan kapasitas baterai ditambahkan 1,5 kali dari beban, dan didapat perhitungan sebagai berikut:
Kapasitas Baterai = 1,5 x (beban pemakaian / 12 V)
= 1,5 x (330 Wh / 12 V)
= 1,5 x 27,5
= 41,25 Ah
Setelah kapasitas baterai dan beban total daya diketahui maka dapat menentukan kapasitas panel surya yang akan digunakan, pada umumnya di Indonesia pemakaian panel surya secara maksimal adalah 5 jam, maka akan didapatkan kapasitas panel surya sebagai berikut.
Panel Surya (Wp) = Beban pemakaian / 5 jam
= 330 Wh / 5
= 66 Wp
Kemudian dicari kapasitas solar charge controller (SCC), diketahui short circuit current (Isc) pada panel surya yang digunakan adalah 6,4 A, kapasitas SCC yang dibutuhkan dapat diketahui dengan perhitungan sebagai berikut:
Iscc = Isc panel surya x jumlah panel
= 5,71 A x 1
= 5,71 A
Dari data perhitungan diatas maka didapat kesimpulan dalam pemilihan komponen pada alat ini adalah sebagai berikut:
• Inverter
Karena energi yang dibutuhkan untuk menyalakan pompa air adalah sebesar 330 Wh, maka diperlukan inverter yang kapasitasnya melebihi beban total, yaitu adalah inverter berjenis power sine wave (PSW) dengan kapasitas 500 W dan high peak sebesar 1000 Wokarena dayaoyang dibutuhkanpuntuk mengoperasikan pompa adalah 330 W.
inverter PSWodigunakan karenaoefisiensinya > 90 % dan dapat menghasilkanogelombangisinus yangobaik.
37
• Baterai
Dalam penentuan kapasitas baterai yang digunakan dalam perancangan panel surya dibutuhkan nilai beban harian dari beban total, dari perhitungan di atas diketahui arus dibutuhkan adalah 41,25 Ah, dan untuk pemakaian baterai yang baik adalah memiliki DOD (depth of discharge) sebesar 50 % dari kapasitas baterai, maka dalam perancangan alat ini digunakan baterai 12 V 100 Ah yang berjenis VRLA karena memiliki DOD sebesar 58,75 % jika beban yang digunakan adalah sebesar 41,25 Ah.
• Panel Surya
Panel surya memiliki peran untuk mengubah instensitas sinar matahariomenjadi energiolistrik, semakinobesar intensitasomatahari makaosemakin besar juga energioyang dihasilkan. Dari perhitungan yang telah dilakukan pada sistem ini membutuhkan panel surya dengan kapasitas 66 Wp, namun karena efisisensi panel surya cukup rendah maka agar dapat memiliki kapasitas yang cukup dan pemakaian yang maksimal maka pada penelitian ini menggunakan panel surya berkapasitas 120 Wp.
• SCC (Solar Charge Control)
Dalam proses pengisian daya dari panel surya ke baterai menggunakan solar charge controller (SCC) seperti pada Gambar 3. 8 dengan kapasitas minimal 5,71 A. Namun untuk memaksimalkan kerja sistem maka penelitian ini menggunakan SCC berkapasitas 10 A.
• Lama pengisian baterai full = Kapasitas Total Baterai / Arus charging baterai (PV)
= 100 Ah / 5,71 A
= 17,71 Jam
• Pengisian yang dibutuhkan = Kapasitas Baterai dibutuhkan / Arus charging
= 41,25 Ah / 5,71 A
= 7,22 Jam
38
• DOD Baterai
W = 100 Ah x 12 V
= 1200 Wh DoD = 1200 Wh / 50 %
= 600 Wh
Untuk pemakaian baterai agar maksimal dan memperpanjang masa penggunaan baterai maka diberikan DoD sebesar 50 % dari kapasitas maksimal baterai, maka baterai hanya dapat digunakan 600 Wh.
3.5 Pembuatan
Pembuatan subsistem panel surya pada produk SWAP menggunakan besi holo ukuran 4 cm x 4cm untuk tiang dan rangka dari wadah peletakan panel surya, dan menggunakan plat besi untuk panel box yang nantinya akan digunakan untuk penempatan, SCC, MCB, mikrokontroler, dan inverter. Secara keseluruhan komponen besi dirangkai menggunakan welding mechine, Gambar 3. 6 menunjukan desain dari pemasangan panel surya dan panel box. Rangka produk yang dirancang memungkinkan untuk dibongkar pasang karena memiliki beberapa bagian yang dapat dibongkar pasang dan dihubungkan menggunakan screw. Detail desain SWAP dapat dilihat pada Gambar 3. 9 dan 3. 10.
39
Gambar 3. 6 Desain rangka dan panel box SWAP tampak depan
-
Gambar 3. 7 Detail dari desain rangka SWAP Keterangan:
1. Panel surya jenis polycrystalline dengan kapasitas 120Wp sebagai sumber energi utama dari produk SWAP.
2. Kotak Panel yang digunakan untuk penempatan komponen-komponen yang digunakan pada produk SWAP.
40
3. Joint yang menghubungkan antara panel surya dengan tiang utama rangka produk SWAP dan menggunakan screw sebagai penghubung.
4. Tempat kabel hubungn positif dan negatif dari panel surya menuju SCC pada kotak panel.
5. Switch untuk menyalakan sistem instrumentasi.
6. Besi untuk pegangan atau penghubung antara kotak panel dengan tiang rangka.
7. Merupakan soket CB untuk sensor-sensor serta pompa air pada sistem.
8. Merupakan penghubung antara besi rangka.
9. Merupakan penghubung antara alas dengan badan rangka.
Gambar 3. 8 Perakitan besi rangka dan pemasangan panel
Pada proses perakitan menggunakan besi holo 4 cm x 4 cm dengan media penyambungan menggunakan proses pengelasan agar lebih kokoh, dan untuk rangka memiliki beberapa bagian yang dapat di bongkar pasang agar lebih mudah dalam proses perakitan. Gambar 3. 7 menunjukan rangka dalam proses perakitan dan penyesuain dengan komponen-komponen yang digunakan.
41 3.6 Pengujian Sistem
3.6.1 Pengujian
Pengujian pada rancangan ini bertujuan untuk menganalisis tegangan yang di hasilkan oleh panel surya dan kapasitas baterai yang terpakai. Penulis mengambil data per setiap jam, data di ambil sekali setiap jam sampai proses pengisian penuh ataupun saat pembebanan, hal tersebut bertujuan untuk:
1. Mengukur Output Tegangan dari panel surya
2. Mengukur Output panel surya sebelum dan sesudah diberi beban 3. Mengukur arus keluaran panel surya terhadap beban
4. Mengamati faktor cuaca terhadap keluaran panel surya 5. Mengukur arus baterai setiap 3 menit saat beban bekerja 3.6.2 Uji Kinerjappp
Uji kinerjaoobertujuan untuk88mengetahui11kinerja hasil dari pembangkit tenaga surya serta mengetahui hasil tegangan dan arus DC yang dihasilkan dari panel surya. Adapun beberapa proses dalam pengujian adalah sebagai berikut:
1. Menyiapkan rangkaian panel surya yang sudah dirancang beserta komponen pendukung lainnya untuk pengambilan data.
2. Merangkai dan menghubungkan masing-masing rangkaian sesuai dengan skematik rangkaia, serta mengukur dengan voltmeter dan ampere meter sesuai dengan gambar 3. 8 di bawah ini.
Gambar 3. 9 Rangkaian pengujian
42 Keterangan:
A. Panel surya
B. Solar charge controller C. Baterai
D. Inverter
E. Beban pompa AC
F. Pengukuran tegangan dan arus DC
3. Mengambil data pada alat mengacu pada tabel pengujian dibawah ini.
Tabel 3. 4 Uji pengisian panel surya 120 Wp Hari ke -
Jam Voc (V)
Vsc1 (V)
Isc1 (A)
Vsc2 (V)
Isc2 (A)
Suhu pv (˚C)
Cahaya (Lux)
Kondisi Cuaca
Vsc2xIsc1 (Watt)
Total Daya masuk ke baterai Rata – rata daya perjam
Tabel 3. 5 Pengujain beban menggunakan aki 12 V 100 Ah Waktuo
(Menit)
TeganganoAki (V)
Arusoaki ke Inverteri (A)
Daya (W)
Tabel 3. 6 Pengujian beban menggunakan aki dan panel surya Waktuo
(Menit)
Tegangan0 Aki (V)
ArusmAki keoInverter
(A)
Suhu PV
Kondisi Cuaca
Daya (W)
