INTISARI
Energi listrik merupakan energi yang paling banyak digunakan karena kemudahannya dikonversi ke energi lain semisal kalor atau cahaya. Pembangkit listrik alternatif muncul seiring dengan kemajuan teknologi sebagai jawaban akan peningkatan penggunaan energi listrik di masyarakat. Pembangkit listrik alternatif dinilai lebih ramah lingkungan karena menggunakan energi yang tersedia di alam yang merupakan energi terbarukan. Dalam pengaplikasiannya pembangkit listrik alternatif memerlukan suatu kontroler yang mampu memanajemen energi yang dihasilkan. Kontroler ini bertugas mengatur proses penyimpanan energi serta meregulasi daya keluaran sebelum disalurkan ke pengguna.
Prinsip kerja alat ini yaitu mengatur proses penyimpanan energi listrik yang dihasilkan oleh pembangkit alternatif. Media penyimpanannya berupa baterai yang akan diisi secara bergantian sesuai urutannya. Baterai pertama akan diisi sampai penuh terlebih dahulu baru kemudian beralih ke baterai selanjutnya. Metode ini digunakan supaya memaksimalkan kapasitas media penyimpanan sehingga tidak akan menggangu suplai keluarannya. Selain itu sistem ini memiliki kemampuan akan menonaktifkan proses penggunaan baterai (discharging) pada saat proses pengisian (charging) sedang berlangsung. Hal ini disebabkan karena pengisian baterai akan lebih cepat jika pada saat bersamaan baterai sedang tidak digunakan dan juga dapat memperpanjang umur pakai dari baterai tersebut.
Hasil dari penelitian ini adalah sistem yang mampu mengontrol proses pengisian dan pengosongan media penyimpanan energi listrik dengan metode smart switching.
ABSTRACT
Electrical is the energy of the most widely used because of its simplicity is converted into another energy such as heat or light. Alternative power plant appear along with advances in technology as the answer to the increased use of electrical energy in the community. Alternative power plant considered more environmentally friendly because it uses the available energy in the universe which is renewable energy. To apply alternative power plant requires a controller that have ability to manage the energy produced. The controller is responsible for managing the process of energy storage as well as regulate the output power before they were distributed to the user.
The working principle of this tool is set up the process of storing electrical energy generated by alternative power plant. Storage media in the form of batteries which will be filled alternately in order. The first battery will charge fully first and then switch to the next battery. This method is used in order to maximize the capacity of storage media so it will not interfere with the supply output. Besides, the system will have the ability to disable the use of the battery (discharging) during the charging process (charging) is underway. This is because the battery charge will be faster if at the same time the battery is not in use and can also extend the service life of the battery.
Results from this study is that the system is able to control the charging and discharging electrical energy storage media with smart switching method.
TUGAS AKHIR
KONTROL PENGISIAN BATERAI OTOMATIS
PADA SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK
ALTERNATIF
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat
memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
Program Studi Teknik Elektro
disusun oleh :
MICHAEL ADITYA PUTRA PRADANA
NIM : 115114026
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
FINAL PROJECT
AUTOMATIC BATTERY CHARGING CONTROL
AT ALTERNATIVE POWER PLANT SYSTEM
In partial fullfil of the requirement to get
an academic title as Bachelor of Engineering of
Electrical Engineering Study Program
arranged by :
MICHAEL ADITYA PUTRA PRADANA
NIM : 115114026
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir ini tidak memuat karya
atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar
pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarta, 15 Oktober 2015
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
MOTTO :
You Are What You Repeatedly Do.
Therefore Excellence Is A Habit, Not An Act.
Aristoteles
Skripsi ini kupersembahkan untuk
Yesus Kristus Pembimbingku yang setia
vii
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :
Nama : Michael Aditya Putra Pradana
Nomor Mahasiswa :115114026
Demi pengembangan lmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan Universitas
Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :
SISTEM PENGISIAN BATERAI OTOMATIS
PADA SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK ALTERNATIF
Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Sanata Dharma hak untuk
menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan
data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikan di internet atau media lain
untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan
royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 10 November 2015
viii
INTISARI
Energi listrik merupakan energi yang paling banyak digunakan karena kemudahannya dikonversi ke energi lain semisal kalor atau cahaya. Pembangkit listrik alternatif muncul seiring dengan kemajuan teknologi sebagai jawaban akan peningkatan penggunaan energi listrik di masyarakat. Pembangkit listrik alternatif dinilai lebih ramah lingkungan karena menggunakan energi yang tersedia di alam yang merupakan energi terbarukan. Dalam pengaplikasiannya pembangkit listrik alternatif memerlukan suatu kontroler yang mampu memanajemen energi yang dihasilkan. Kontroler ini bertugas mengatur proses penyimpanan energi serta meregulasi daya keluaran sebelum disalurkan ke pengguna.
Prinsip kerja alat ini yaitu mengatur proses penyimpanan energi listrik yang dihasilkan oleh pembangkit alternatif. Media penyimpanannya berupa baterai yang akan diisi secara bergantian sesuai urutannya. Baterai pertama akan diisi sampai penuh terlebih dahulu baru kemudian beralih ke baterai selanjutnya. Metode ini digunakan supaya memaksimalkan kapasitas media penyimpanan sehingga tidak akan menggangu suplai keluarannya. Selain itu sistem ini memiliki kemampuan akan menonaktifkan proses penggunaan baterai (discharging) pada saat proses pengisian (charging) sedang berlangsung. Hal ini disebabkan karena pengisian baterai akan lebih cepat jika pada saat bersamaan baterai sedang tidak digunakan dan juga dapat memperpanjang umur pakai dari baterai tersebut.
Hasil dari penelitian ini adalah sistem yang mampu mengontrol proses pengisian dan pengosongan media penyimpanan energi listrik dengan metode smart switching.
ix
ABSTRACT
Electrical is the energy of the most widely used because of its simplicity is converted into another energy such as heat or light. Alternative power plant appear along with advances in technology as the answer to the increased use of electrical energy in the community. Alternative power plant considered more environmentally friendly because it uses the available energy in the universe which is renewable energy. To apply alternative power plant requires a controller that have ability to manage the energy produced. The controller is responsible for managing the process of energy storage as well as regulate the output power before they were distributed to the user.
The working principle of this tool is set up the process of storing electrical energy generated by alternative power plant. Storage media in the form of batteries which will be filled alternately in order. The first battery will charge fully first and then switch to the next battery. This method is used in order to maximize the capacity of storage media so it will not interfere with the supply output. Besides, the system will have the ability to disable the use of the battery (discharging) during the charging process (charging) is underway. This is because the battery charge will be faster if at the same time the battery is not in use and can also extend the service life of the battery.
Results from this study is that the system is able to control the charging and discharging electrical energy storage media with smart switching method.
x
KATA PENGANTAR
Penulis mengucapkan syukur dan terimakasih kepada Tuhan Yesus Kristus
karena atas, karunia, dan penyertaanNya sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan
dengan baik.
Penelitian yang merupakan tugas ahir ini merupakan salah satu syarat bagi
mahasiswa Jurusan Teknik Elektro untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Unversitas
Sanata Dharma Yogyakarta. Penelitian ini dapat diselesaikan dengan baik atas bantuan,
gagasan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu peneliti ingin mengucapkan
kepada :
1. Ir. Tjendro M.Kom, selaku Dosen Pembimbing tugas akhir dengan sabar
membimbing dalam penelitian ini, dan juga sebagai sahabat yang telah banyak
meluangkan waktu untuk mendengar celotehan mahasiswanya.
2. Seluruh Dosen Teknik Elektro, Pak Petrus, Pak Djoko, Pak Martanto, Pak Yozy,
Pak Damar, Pak Iswanjono, Pak Linggo, Bu Wuri, Bu Prima, Bu Wiwien, atas
semua ilmu yang diberikan.
3. Bapak Agustinus dan Ibu Avrida, dek Putri, dek Anggi, dan Gabriella Anindita
yang telah setia mendukung setiap proses dalam penelitian.
4. Teman – teman elektro angkatan 2011, Yoel, Monic, Alex, Chacha, Jendra, Evan,
Yugo, Anton, dan semuanya, terimakasih buat cerita indah kita selama 4 tahun
ini. Adik - adik angkatan, Mei, Frendy, Hanung, Bram, Robert, Nathan, Pela,
Siska, Vio, Vincent, Elva, Febri, makasih buat semua dukungannya, love you!
5. Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu atas bantuan,
bimbingan, kritik, dan saran yang diberikan.
Semoga Tuhan Yesus membalas kebaikan anda semuanya.
Peneliti sangat mengharapkan kritik dan saran yang dapat membangun. Semoga
tulisan ini dapat bermanfaat dan dikembangkan lebih lanjut.
Yogyakarta, 15 Oktober 2015
Peneliti,
xi
DAFTAR ISI
Halaman Sampul (Bahasa Indonesia) ... i
Halaman Sampul (Bahasa Inggris) ... ii
Halaman Persetujuan ... iii
Halaman Pengesahan ... iv
Halaman Pernyataan Keaslian Karya ... v
Halaman Persembahan ... vi
Halaman Pernyataan Persetujuan Publikasi ... vii
Intisari ... viii
Abstract ... ix
Kata Pengantar ... x
Daftar Isi ... xi
Daftar Gambar ... xiv
Daftar Tabel ... xvi
BAB I : PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan dan Manfaat ... 3
1.3. Batasan Masalah ... 4
1.4. Metodologi Penelitian ... 4
BAB II : DASAR TEORI 2.1.Mikrokontroler ATMega 8535 ... 6
2.1.1 Arsitektur Mikrokontroler ATMega 8535 ... 6
2.1.2 Deskripsi Mikrokontroler ATMga 8535 ... 7
2.1.3 Organisasi Memori AVR ... 8
2.1.3.1 Flash Memory ... 8
2.1.3.2 SRAM ... 8
2.1.3.3 EEPROM ... 9
2.1.4 Analog to Digital Converter (ADC) ... 9
2.1.4.1 ADC Multiplexer Selection Register (ADMUX) ... 11
2.1.4.2 ADC Control and Status Register A (ADCSRA) ... 12
xii
2.2. Solar Cell PUL-10-P36 ... 15
2.2.1 Prinsip Kerja Solar Cell ... 15
2.2.2 Karakteristik Solar Cell ... 16
2.2.2.1 Maximum Power Point (Vmp dan Imp) ... 17
2.2.2.2 Open Circuit Voltage ... 18
2.2.2.3 Short Circuit Current... 18
2.2.2.4 Load Resistance ... 18
2.2.2.5 Sun Light Intensity ... 18
2.2.2.6 Solar Cell Temperature ... 19
2.2.2.7 Shading ... 20
2.2.3 Spesifikasi Solar Cell PUL-10-P36 ... 21
2.3. Kincir Angin ... 21
2.4. Baterai LiPo 2 Cell 7.4 Volt ... 23
2.5. Modul Sensor Arus ACS712-5A ... 26
2.6. Modul Relay 4 Channel ... 27
2.7. IC LM317T ... 28
2.8. Liquid Crystal Display (LCD) Character 16x2 ... 29
2.9. Push Button... 32
2.10. Rangkaian Pembagi Tegangan ... 32
2.11. Rangkaian Pembatas Arus ... 33
BAB III : RANCANGAN PENELITIAN 3.1 Perancangan Sistem Secara Keseluruhan ... 34
3.2 Perancangan Hardware ... 35
3.2.1. Perancangan Rangkaian Sistem Minimum ATMega 8535 ... 35
3.2.2. Perancangan Input Regulator ... 38
3.2.3. Perancangan Rangkaian Charge/Discharge ... 39
3.2.4. Perancangan Rangkaian Output Regulator... 41
3.2.5. Perancangan User Interface... 43
3.2.5.1 LCD ... 43
3.2.5.2 Perancangan LED Indikator dan Push Button ... 43
3.2.5.3 Perancangan Casing ... 45
3.3 Perancangan Software ... 45
xiii
3.3.2. Menu Source ... 48
3.3.3. Menu Battery ... 49
3.3.4. Menu Charging ... 50
3.3.5. Menu Load ... 54
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Bentuk Fisik Hardware ... 55
4.2. Cara Pengoperasian Alat dan Cara Kerja Sistem ... 56
4.2.1. Cara Pengoperasian Alat ... 56
4.2.2. Cara Kerja Sistem ... 57
4.2.2.1. InputRegulator ... 57
4.2.2.2. Charge Discharge Controler ... 58
4.2.2.3. Output Regulator ... 59
4.2.2.4. Interface ... 60
4.3. Pengujian dan Analisis ... 60
4.3.1. Sumber Alternatif ... 60
4.3.2. Sistem Kontrol Otomatis ... 64
4.3.3. Output Regulator ... 67
4.3.4. Menu ... 69
4.4. Analisa Keseluruhan Alat ... 75
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 76
5.2. Saran ... 76
DAFTAR PUSTAKA ... 77
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Diagram Blok Sistem ... 5
Gambar 2.1 Konfigurasi Pin ATMega 8535 ... 7
Gambar 2.2 Memori Program AVR ATMega 853 ... 8
Gambar 2.3 Peta Memori Data AVR ATMega 853 ... 9
Gambar 2.4 Blok ADC ... 10
Gambar 2.5 Struktur Solar Cell P-N Junction ... 15
Gambar 2.6 Prinsip Kerja Solar Cell ... 16
Gambar 2.7 Spektrum Cahaya ... 16
Gambar 2.8 I-V Curve ... 17
Gambar 2.9 Karakteristik I-V Curve Terhadap Cahaya Matahari ... 19
Gambar 2.10 Karakteristik I-V Curve Terhadap Temperatur ... 19
Gambar 2.11 Karakteristik I-V Curve Terhadap Shading ... 20
Gambar 2.12 Konfigurasi Kincir Angin Sederhana ... 22
Gambar 2.13 Baterai Lithium-Ion Polimer (Li-Po) ... 24
Gambar 2.14 Konfigurasi Baterai ... 25
Gambar 2.15 Modul Sensor Arus ACS712-5A ... 26
Gambar 2.16 Modul Relay 4 Channel ... 27
Gambar 2.17 IC LM317 ... 28
Gambar 2.18 Konfigurasi Dasar LM 317 ... 29
Gambar 2.19 LCD Character 16x2 ... 29
Gambar 2.20 Kolom dan Baris Karakter pada LCD 16x2 ... 30
Gambar 2.21 Konfigurasi Pin LCD 16x2 ... 31
Gambar 2.22 Simbol dan Bentuk Saklar Push Button ... 32
Gambar 2.23 Rangkaian Pembagi Tegangan ... 32
Gambar 2.24 Rangkaian Pembatas Arus ... 33
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem ... 34
Gambar 3.2 Rangkaian Reset dan Osilator ... 35
Gambar 3.3 Rangkaian Sistem Minimum ... 37
Gambar 3.4 Rangkaian Input Regulator ... 38
Gambar 3.5 Rangkaian Charge Discharge ... 40
xv
Gambar 3.7 Rangkaian LCD dan Pengatur Contrast ... 43
Gambar 3.8 Rangkaian LED dan Push Button ... 44
Gambar 3.9 Sistem Kerja Menu Program ... 46
Gambar 3.10 Flowchart Menu Program ... 47
Gambar 3.11 Tampilan Home Diplay ... 48
Gambar 3.12 Tampilan Menu Source ... 48
Gambar 3.13 Flowchart Menu Source ... 49
Gambar 3.14 Tampilan Menu Battery ... 49
Gambar 3.15 Flowchart Menu Battery ... 50
Gambar 3.16 Tampilan Menu Charging ... 50
Gambar 3.17 Flowchart Menu Charging ... 52
Gambar 3.18 (Lanjutan) Flowchart Menu Charging ... 53
Gambar 3.19 Tampilan Menu Load ... 54
Gambar 3.20 Flowchart Menu Load ... 54
Gambar 4.1 Bentuk Fisik Hardware (Tampak Atas, Depan, dan Belakang) ... 55
Gambar 4.2 Sub Sistem Input Regulator ... 57
Gambar 4.3 Sub Sistem Charge Discharge... 59
Gambar 4.4 Sub Sistem Output Regulator ... 59
Gambar 4.5 User Interface ... 60
Gambar 4.6 Pengujian Kincir Angin dengan Beban Kipas DC ... 61
Gambar 4.7 Grafik Tegangan terhadap Waktu ... 62
Gambar 4.8Grafik Arus terhadap Waktu ... 62
Gambar 4.9 Grafik Daya terhadap Waktu ... 63
Gambar 4.10 Simulator Kincir Angin dengan Beban Kipas DC ... 64
Gambar 4.11 Listing Program ADC ... 65
Gambar 4.12 Listing Program Sistem Kontrol Otomatis ... 66
Gambar 4.13 Rangkaian Pembatas Arus ... 68
Gambar 4.14 Listing Program Menu ... 71
Gambar 4.15 Alur Pengujian 1 ... 72
Gambar 4.16 Alur Pengujian 2 ... 73
Gambar 4.17 Alur Pengujian 3 ... 74
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Register ADMUX ... 11
Tabel 2.2 Pengaturan Tegangan Referensi ADC ... 11
Tabel 2.3 Format Data ADCH-ADCL jika ADLAR=0 ... 12
Tabel 2.4 Format Data ADCH-ADCL jika ADLAR=1 ... 12
Tabel 2.5 ADCSRA ... 12
Tabel 2.6 Skala Clock ADC ... 13
Tabel 2.7 ADTS2:0... 14
Tabel 2.8 Pemicu ADC ... 14
Tabel 2.9 Efek Shading pada Satu Sel Panel Surya ... 21
Tabel 2.10 Karakteristik Tegangan Keluaran terhadap Masukan Arus ... 26
Tabel 2.11 Konfigurasi Pin LCD 16x2 ... 30
Tabel 3.1 Penggunaan Port Mikrokontroler ... 36
Tabel 3.2 Spesifikasi Port Output Regulator ... 42
Tabel 3.3 LED Indikator ... 44
Tabel 3.4 Spesifikasi Menu ... 46
Tabel 4.1 Data Pengujian Solar Cell ... 61
Tabel 4.2 Pengujian Simulator Kincir Angin ... 64
Tabel 4.3 Pengujian Sistem Kontrol Otomatis ... 67
Tabel 4.4 Pengujian Output Regulator ... 69
Tabel 4.5 Instruksi pada Masukan Tombol ... 70
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Energi listrik merupakan salah satu sumber energi yang paling banyak digunakan
dalam keseluruhan kegiatan manusia [1]. Hal yang paling mudah dijadikan contoh yaitu
peralatan rumah tangga, seperti televisi, kulkas, atau bahkan charger hp. Peralatan tersebut
membutuhkan energi listrik supaya dapat beroperasi. Energi listrik dipilih karena paling
mudah ditransfer ke dalam bentuk energi yang lain, sebagai contoh lampu pijar mengubah
energi listrik menjadi energi cahaya atau heater yang berguna untuk mengubah energi listrik
menjadi energi panas. Kemudahan inlah yang menjadikan energi listrik mendominasi
kebutuhan energi secara umum di masyarakat.
Pembangkit listrik alternatif muncul seiring dengan majunya teknologi power plant
masa kini. Hal ini semakin didukung dengan isu global warming yang berpengaruh juga
terhadap perkembangan teknologi agar semakin ramah lingkungan. Pembangkit listrik
alternatif dianggap lebih ramah ingkungan jika dibandingkan dengan pembangkit listrik
konvensional yang menggunakan minyak bakar atau batu bara. Selain menyandang predikat
ramah lingkungan, pembangkit listrik alternatif juga merupakan sumber daya terbarukan,
karena memanfaatkan alam sebagai sumber energinya. Saat ini, penggunaan energi alternatif
sebagai penghasil energi listrik bukan hal asing lagi di telinga masyarakat. Namun hal ini
menjadi kurang populer karena jarang diaplikasikan, mengingat pembangunannya lebih
mahal dbandingkan pembangunan pembangkit listrik konvesional. Solar cell atau panel surya
contohnya, masyarakat mungkin sering melihatnya pada lampu APILL (Alat Penunjuk
Instruksi Lalu Lintas) atau lebih dikenal dengan sebutan traffic light. Melihat fakta tersebut,
solar cell menjadi tidak asing lagi di pikiran masyarakat.
Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) atau lebih dikenal dengan sebutan Solar cell
merupakan salah satu jenis pembangkit energi listrik yang menggunakan panel sel
photovoltaic sebagai pembangkitnya. Sel photovoltaic merupakan bahan yang sangat peka
terhadap cahaya, jika mendapat paparan cahaya maka akan mengakibatkan terjadinya beda
potensial di kedua kutubnya [6]. Listrik yang dihasilkan dari solar cell biasanya memiliki
daya yang kecil, maka dalam penggunaannya digunakan beberapa solar cell yang di rangkai
yang juga mulai dilirik adalah pembangkit listrik tenaga Bayu/Angin(PLTB) [2].
Belakangan ini, pemanfaatan kincir angin sebagai pembangkit listrik mulai digalakkan,
khususnya dikawasan pesisir pantai yang dinilai memiliki sumber angin berlimpah. PLTB
memanfaatkan kincir angin untuk menangkap energi angin yang bergerak. Ukuran kincir,
bentuk sudu, dan karakteristik kincir akan mempengaruhi daya listrik yang dihasilkan.
Putaran kincir akan disalurkan ke generator sehingga menghasilkan energi listrik. Daya yang
dihasilkan sangat bergantung pada karakteristik generator yang dipakai dan kecepatan angin
saat kincir berputar.
Pada sistem power plant, terdapat istilah Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid (PLTH).
PLTH merupakan penggabungan dari dua atau lebih sub sistem pembangkit listrik yang
terkoneksi satu sama lain membentuk sistem pembangkit listrik yang lebih besar [3]. Contoh
pengaplikasian PLTH terdapat di di Pantai Baru, Ngentak, Poncosari, Srandakan, Kabupaten
Bantul, Yogyakarta yang menggabungkan dua pembangkit energi alternatif yaitu solar cell
dan kincir angin. Penggabungan dua pembangkit alternatif ini menciptakan suatu sistem
hybrid yang bekerja menopang satu sama lain. Instalasi yang diperlukan pun dapat digunakan
bersamaan, hal inilah yang membuat biaya pembangunan PLTH lebih murah jika
dibandingkan dengan jenis pembangkit listrik lainnya yang berdiri mandiri.
PLTH menggunakan baterai sebagai media penyimpanan energi listrik. Terdapat
sekitar 60 buah baterai yang terdapat pada PLTH Pantai Baru. Energi yang dihasilkan oleh
PLTH akan langsung disimpan ke baterai – baterai tadi secara bersamaan. Metode
penyimpanan ini akan menyimpan energi listrik secara merata ke semua baterai. Namun
metode ini dinilai memiliki kelemahan yaitu tidak dapat memaksimalkan kapasitas
penyimpanan baterai sehingga kurang optimal dalam menyimpan energi listrik. Dapat
dijelaskan pada saat proses penyimpanan tiba – tiba sumber berhenti menghasilkan energi
listrik maka baterai hanya akan terisi setengah dari kapasitas maksimalnya. Hal ini akan
berdampak pada suplai daya keluaran yang dihasilkan oleh baterai.
Melihat permasalahan di atas, maka dibuatlah alat yang mampu mengoptimalkan
kapasitas penyimpanan energi listrik pada baterai. Alat ini akan bertugas memanajemen
energi yang dihasilkan oleh pembangkit listrik menggunakan metode smart switching. Smart
switching sendiri merupakan sistem yang bekerja memaksimalkan kapasitas penyimpanan
energi listrik pada baterai. Sistem akan menyimpan energi pada baterai hingga mencapai
kapasitas maksimalnya. Setelah dicapai nilai maksimal maka sistem akan beralih ke baterai
selanjutnya. Kelebihan lain dari sistem ini yaitu mampu mengatur proses pengisian dan
sedang berlangsung (charging), baterai otomatis tidak dapat digunakan (discharging). Hal ini
dikarenakan jika baterai mengalami proses charging dan discharging pada waktu yang
bersamaan maka akan memperpendek umur pakai dari baterai tersebut. Metode smart
switching diharapkan selain mampu mengoptimalkan kapasitas penyimpanan energi listrik
juga dapat memperpanjang umur pakai pada baterai.
Smart switching dikontrol oleh suatu sistem kontrol elektro mekanik yang terdiri dari
relai dan mikrokontroler ATmega 8535 dengan bahasa C sebagai bahasa pemrogamannya.
Mikrokontroler ATMega 8535 bertindak sebagai otak dari alat ini dan relai sebagai
aktuatornya. Kombinasi dari keduanyalah yang kemudian dinamakan smart switching. Pada
dasarnya prototype ini dibuat untuk mengatasi persoalan tentang manajemen energi pada
PLTH, khususnya yang menggunakan baterai sebagai media penyimpanan energi listriknya.
Kebanyakan dari sistem pembangkit listrik alternatif yang ada di Indonesia masih
menggunakan kontrol manual yang menggunakan sistem rangkaian analog yang hanya
mampu mengoontrol proses – proses sederhana saja. Kekurangan lain dari kontrol manual
adalah kontrol ini membutuhkan operator untuk mengoperasikannya, hal inilah yang
mendasari pembuatan kontrol otomatis berbasis mikrokontroleruntuk mempermudah kinerja
operator PLTH dalam melaksanakan tugasnya.
Perlunya suatu kontrol yang baik dalam proses manajemen energi diharapkan mampu
mengatasi masalah yang terkadang timbul seperti alat yang gagal bekerja atau operator yang
salah mengoperasikan sistem kontrol sehingga dapat meminimalkan akibat buruk yang dapat
terjadi pada sistem pembangkit llistrik alternatif.
1.2.
Tujuan dan Manfaat
Tujuan penelitian ini adalah menghasilkan sistem smart switching pada proses
kontrol dan manajemen pembangkit listrik tenaga hybrid (PLTH) guna meningkatkan
efisiensi penyimpanan daya listrik.
Manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Mempermudah operator PLTH dalam memanajemen energi yang dihasilkan
pembangkit listrik.
2. Menjadi acuan dan rujukan dalam mengaplikasikan sistem smart switching pada
pembangkit listrik tenaga hybrid (PLTH).
3. Sebagai bahan referensi mahasiswa dalam mempelajari pembangkit listrik alternatif
1.3.
Batasan Masalah
Penelitian akan dibatasi pada pembuatan sistem otomatis pengisian dan
pengosongan baterai pada proses penyimpanan energi listrik pembangkit listrik tenaga angin
dan solar cell. Spesifikasi alat yang digunakan yaitu :
1. Solar Cell PUL-10-P36.
2. Prototype Kincir Angin 12 Volt.
3. Baterai Li-Po 1000mAh
4. Mikrokontroler AVR ATmega8535
5. Modul Sensor Arus ACS712-5A
6. Modul Relay 4 Channel.
7. Liquid Crystal Display (LCD) Character 2x16.
8. Push Button.
1.4.
Metodologi Penelitian
1. Studi Pustaka.
Langkah awal dari penelitian ini yaitu mencari sumber sumber referensi dan
materi pendukung yang berkaitan langsung dengan alat yang akan dibuat.
2. Perancangan dan Pembuatan Alat.
Tahap kedua yaitu merancang alat yang akan dibuat yang disesuaikan
dengan spesifikasi yang telah ditentukan sebelumnya. Pada tahap ini bertujuan
mencari bentuk yang paling optimal dan efisien yang akan dibuat dengan
mempertimbangkan faktor – faktor permasalahan dan kebutuhan yang telah
ditentukan.
Cara kerja alat ini ditunjukkan pada gambar 1.1. Sumber daya yang aan
digunakan adalah panel surya dan kincir angin. Panel surya berguna untuk
mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik, sedangkan kincir angin
berguna untuk mengubah energi kinetik angin menjadi energi listrik. Energi yang
dihasilkan sumber akan diteruskan ke bagian switching. Di bagian ini akan terjadi
dua proses pada baterai yaitu charge dan discharge. Proses charging adalah proses
pengisian baterai dengan energi yang dihasilkan oleh sumber, sedangkan proses
discharging adalah proses penggunaan baterai dimana energi yang tersimpan pada
baterai ditransfer ke beban. Bagian beban merupakan bagian eksternal dari alat.
Pada prototype ini, beban akan terhubung sistem pengisian baterai handphone atau
switcing akan dikontrol oleh mikrokontroler Atmega 8535, dimana sebagai input
perintah menggunakan tombol dan keluaran berupa tampilan pada lcd.
Gambar 1.1 Diagram Blok Sistem
3. Pengambilan Data.
Tahap ketiga yaitu pengambilan data dari alat yang telah dibuat. Data yang
akan diambil adalah data keakuratan alat dalam mengukur tegangan dan arus serta
kemampuan alat untuk memaksimalkan penggunaan energi listrik sehingga
mendapatkan efisiensi maksimal. Jika dalam pengambilan belum didapat hasil yang
diinginkan maka akan dilakukan koreksi dengan merevisi rancangan sehingga
didapatkan alat yang memenuhi tujuan yang telah ditentukan sebelumnya.
4. Pembuatan Analisa dan Kesimpulan.
Tahap- terakhir adalah pembuatan analisa dan kesimpulan dari alat yang
telah dibuat. Analisa bertujuan untuk melihat lebih seksama apakah alat yang
dihasilkan sudah sesuai dengan perancangan atau belum. Jika terdapat error atau
hasil yang tidak sesuai lainnya juga akan dibahas di analisa. Sedangkan keimpulan
akan membahas keseluruhan dari awal perancangan hingga analisis alat. Diharapkan
dengan adanya kesimpulan ini pembaca dapat membantu mengembangkan lebih
6
BAB II
DASAR TEORI
2.1.
Mikrokontroler ATmega 8535
AVR (Alf and Vegard’sRiscProcessor) merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit yang diproduksi oleh Atmel berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer) [4].
Chip AVR yang digunakan pada tugas akhir ini adalah ATmega8535. Semua instruksi yang
ada dalam mikrokontroler ini dieksekusi dalam satu siklus clock dan memiliki 32 register
general-purpose, analog to digital converter(ADC), timer/counter fleksibel dengan mode
compare, interupsi internal dan eksternal, serial USART, Progammable Watchdog Timer, dan
power saving mode.
2.1.1
Arsitektur Mikrokontroler ATmega8535
Mikrokontroler ATmega8535 memiliki arsitektur sebagai berikut :
1. 8 bit AVR berbasis RISC dengan performa tinggi dan konsumsi daya rendah.
2. Kecepatan maksimal 16 MHz.
3. Port IO sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, Port D.
4. Memori :
a. 8 KB Flash,
b. 512 byte SRAM,
c. 512 byte EEPROM.
5. Tiga buah Timer/Counter :
a. 2 buah 8 bit timer/counter,
b. 1 buah 16 bit timer/counter,
c. 4 kanal PWM.
6. 8 kanal ADC 8/10 bit.
7. Port USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter).
8. Port SPI (Serial Pheripheral Interface).
9. Komparator analog.
10.Watchdog Timer dengan osilator internal.
11.Enam pilihan sleep mode untuk penghematan daya.
2.1.2
Deskripsi Mikrokontroler ATmega8535
Pin Mikrokontroler ATmega8535 terkonfigurasi dengan kemasan 40-pin DIP
(dual in-line package). Untuk memaksimalkan performa dan pararelisme, AVR
menggnakan arsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah untuk program dan
data). Ketika sebuah instruksi sedang dikerjakan maka instruksi berikutnya diambil dari
memori program. Konfigurasi pin dapat dilihat pada gambar 2.1.
Gambar 2.1. Konfigurasi Pin ATmega8535 [4]
Mikrokontroler ATmega 8535 memiliki konfigurasi Pin sebagai berikut [5]:
1. Power, VCC dan GND.
2. Port A (PA0-7) merupakan pin IO dua arah dan berfungsi khusus sebagai pin
masukan ADC.
3. Port B (PB0-7) merupakan pin IO dua arah dan berfungsi khusus sebagai pin
Timer/Counter, komparator analog dan SPI.
4. Port C (PC0-7) merupakan pin IO dua arah dan berfungsi khusus.
5. Port D (PD0-7) merupakan pin IO dua arah dan berfungsi khusus.
6. RESET adalah pin untuk mereset mikrokontroler.
7. XTAL1 dan XTAL2 adalah pin untuk external clock.
8. AVCC adalah pin pengelola tegangan untuk ADC.
9. AREF adalah pin masukan untuk tegangan referensi eksternal ADC.
Port A berfungsi sebagai input analog pada A/D converter dan Port I/O 8-bit dua
pull-up(yang dipilih untuk beberapa bit). Pada Rangkaian reset, waktu pengosongan kapasitor
dapat dihitung dengan persamaan :
T = R x C (2.1)
2.1.3
Organisasi Memori AVR
Mikrokontroler ATmega 8535 memiliki 3 jenis memori yaitu memori program
(Flash Memory), memori data (SRAM), dan Electrically Eraseable Programable Read
Only Memory(EEPROM).
2.1.3.1
Flash Memory
Atmega8535 memiliki kapasitas sebesar 8Kbytes untuk memori program. Karena
semua instruksi AVR menggunakan 16 atau 32 bit, maka AVR memiliki organisasi
memori 4 Kbyte x 16 bit dengan alamat dari $000 hingga $FFF. Untuk keamanan software,
memori flash dibagi menjadi dua bagian, yaitu bagian Boot Program dan bagian
Application Program. AVR tersebut memiliki 12 bit Program Counter (PC) sehingga
mampu mengalamati isi flash memory [5].
Gambar 2.2. Memori Program AVR ATmega8535
2.1.3.2
SRAM
ATmega8535 memiliki 608 alamat memori data yang terbagi menjadi 3 bagian
utama. Bagian pertama yaitu 32 buah General Purpose Register (GPR). GPR merupakan
register khusus yang bertugas untuk membantu eksekusi program oleh Arithmetic Logic
mengendalikan berbagai peripheral dalam mikrokontroler antara lain pin, port,
timer/counter, dan USART. Bagian ketiga adalah internal SRAM dengan kapasitas 512
byte.
Gambar 2.3. Peta Memori Data AVR ATmega8535
Tampak pada peta memori data bahwa alamat ($0000-$001F) ditempati oleh
register file. I/O register menempati alamat dari ($0020-$005F). sedangkan sisanya sebagai
internal SRAM ($0060-$025F).
2.1.3.3
EEPROM
EEPROM merupakan memori data yang akan menyimpan ketika chip mati (off).
Sifat EEPROM, tetap dapat menyimpan data saat tidak ada suplai dan juga dapat diubah
saat program sedang berjalan. Atmega8535 juga memiliki memori data berupa EEPROM 8
bit sebesar 512 byte di alamat ($000-$1FF) [5].
2.1.4
Analog to Digital Converter (ADC)
Mikrokontroler ATmega8535 menyediakan fitur ADC yang sudah ter-built-in
dalam chipnya. Spesifikasi ADC pada ATmega8353 yaitu terdapat 8 jalur ADC 8/10 bit
yang mendukung 16 macam penguat beda. Selain itu waktu konversinya berkisar di antara
65 – 260us. Masukan analog yang diijinkan berada pada level 0V-VCC, jika masukannya
lebih dari VCC (5V) maka IC tidak dapat menterjemahkan nllai masukan yang diterimanya
dan IC bisa rusak. Terdapat tiga jenis nilai referensi ADC yaitu VCC (5V), internal
Data hasil konversi dapat dihitung dengan persamaan :
a. Konversi tunggal
(2.2)
dengan :
Vin : tegangan masukan pada pin yang dipilih
Vref : tegangan referensi
b. Penguat beda
(2.3)
Dengan :
Vpos : tegangan masukan pada pin positif
Vneg : tegangan masukan pada pin negatif
Gain : faktor penguatan
Vref : tegangan referensi
2.1.4.1
ADC Multiplexer Selection Register (ADMUX)
Tabel 2.1. Register ADMUX
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
REFS1 REFS0 ADLAR MUX4 MUX3 MUX2 MUX1 MUX0 ADMUX Read/Write R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W
Initial
Value 0 0 0 0 0 0 0 0
a. Bit 7:6 – REFS1:0 : References Selection Bits
Bit REF0-1 adalah bit – bit pengatur mode tegangan referensi ADC. Referensi ini
tidak dapat dirubah saat konversi sedang berlangsung. Mode tegangan referensi
dapat dilihat di tabel 2.2.
Tabel 2.2. Pengaturan Tegangan Referensi ADC
REFS1 REFS0 Tegangan Referensi
0 0 Pin AREF, internal referensi tidak aktif
0 1 Pin AVCC, dengan pin AREF diberi kapasitor
1 0 Tidak digunakan
1 1 Internal Vref 2.56V, dengan pin AREF diberi kapasitor
keterangan :
‟00‟ : tegangan referensi menggunakan tegangan yang terhubung ke pin AREF.
„01‟ : tegangan referensi menggunakan tegangan AVCC dan pin AREF diberi kapasitor.
„10‟ : tidak digunakan.
„11‟ : tegangan referensi menggunakan tegangan referensi internal dan pin AREF diberi kapasitor.
b. Bit 5 – ADLAR : ADC Left Adjust Result
Bit ADLAR berfungsi untuk mengatur format penyimpanan data ADC pada
yang diberikan pada register ADLAR seperrti ditunjukkan pada tabel 2.2 dan
tabel 2.3.
Tabel 2.3. Format data ADCH – ADCL jika ADLAR = 0
Bit 15 14 13 12 11 10 9 8
~ ~ ~ ~ ~ ~ ADC9 ADC8 ADCH
ADC7 ADC6 ADC5 ADC4 ADC3 ADC2 ADC1 ADC0 ADCL
7 6 5 4 3 2 1 0
Read/Write R R R R R R R R
R R R R R R R R
Initial Value 0 0 0 0 0 0 0 0
[image:30.595.91.523.136.509.2]0 0 0 0 0 0 0 0
Tabel 2.4. Format data ADCH – ADCL jika ADLAR = 1
Bit 15 14 13 12 11 10 9 8
ADC9 ADC8 ADC7 ADC6 ADC5 ADC4 ADC3 ADC2 ADCH
ADC1 ADC0 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ADCL
7 6 5 4 3 2 1 0
Read/Write R R R R R R R R
Initial Value 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
c. Bit 4:0 – MUX4:0 : Analog Channel and Gain Selection Bit
Bit MUX berfungsi memilih kanal input yang terhubung dengan ADC. Bit MUX
juga befungsi memilih besarnya penguatan pada kanal penguat beda. Jika terjadi
perubahan nilai pada bit ini saat proses konversi sedang berlangsung, perubahan
tersebut tidak akan berpengaruh sampai seluruh konversi selesai (ADIF pada
ADCSRA bernilai 1/Set).
2.1.4.2
ADC Control and Status Register A (ADCSRA)
Tabel 2.5. ADC Control and Status Register A (ADCSRA)
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
ADEN ADSC ADATE ADIF ADIE ADPS2 ADPS1 ADPS0 ADCSRA Read/Write R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W
a. Bit 7 – ADEN : ADC Enable
Bit ADEN digunakan untuk mengaktifkan dan menonaktifkan fasilitas ADC. Jika
bit ADEN = 1 maka ADC aktif dan jika bit ADEN = 0 maka ADC tidak aktif.
b. Bit 6 – ADSC : ADC Start Conversion
Bit ADSC digunkan untuk mengetahui proses konversi yang sedang
berlangsung.ADSC akan bernilai satu saat konversi sedang berjalan, saat konversi
berakhir maka akan bernilai nol. Memberi nilai inisialisasi nol pada bit ini tidak
akan memberikan efek apapun. Pada mode konversi tunggal, mengubah nilai bit
ini menjadi satu untuk memulai setiap konversi. Sedangkan pada mode free
running, mengubah nilai bit ini menjadi satu untuk memulai konversi pertama.
c. Bit 5 – ADATE : ADC Auto Trigger Enable
Bit ADATE berfungsi untuk mengaktifkan pemicu konversi ADC sesuai dengan
bit – bit ADTS pada register SFIOR. Jika bit ADATE = 1 maka pemicu ADC
aktif.
d. Bit 4 – ADIF : ADC Interrupt Flag
Bit ADIF adalah bendera interupsi ADC yang digunakan untuk menunjukkan ada
tidaknya permintaan interupsi ADC. Bit ADIF akan bernilai “1” jika proses
konversi ADC telah selesai.
e. Bit 3 - ADIE : ADC Interrupt Enable
Bit ADIE digunakan untuk mengaktifkan dan menonaktifkan interupsi ADC.
f. Bit2:0 – ADPS2:0 : ADC Prescaler Select Bit
Bit ADPS2, ADPS1, dan ADPS0 digunakan untuk menentukan faktor pembagi
[image:31.595.100.529.72.746.2]frekuensi kristal yang hasilnya akan digunakan sebagai clock ADC.
Tabel 2.6. Skala Clock ADC
ADPS2 ADPS1 ADPS0 Faktor Pembagi
0 0 0 2
0 0 1 2
0 1 0 4
0 1 1 8
1 0 0 16
1 0 1 32
2.1.4.3
ADTS2:0
Tabel 2.7.ADC Auto Trigger Source (ADTS2:0)
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
ADTS2 ADTS1 ADTS0 ~ ACME PUD PSR2 PSR10 ADTS2:0 Read/Write R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W
Initial Value 0 0 0 0 0 0 0 0
Bit – bit pada ADTS2:0 berada pada register SFIOR digunakan untuk mengatur
pemicu proses konversi ADC seperti ditunjukkan pada tabel 2.8.
Tabel 2.8. Pemicu ADC
ADTS2 ADTS1 ADTS0 Sumber Pemicu Konversi ADC
0 0 0 Free Running Mode
0 0 1 Analog Comparator
0 1 0 External Interrupt Request 0
0 1 1 Timer/Counter0 Compare Match
1 0 0 Timer/Counter0 Overflow
1 0 1 Timer/Counter1 Compare Match B
1 1 0 Timer/Counter1 Overflow
1 1 1 Timer/Counter1 Capture Event
Keterangan :
„000‟ : Mode Free-Running, konversi ADC akan dimulai saat bit ADSC pada
register ADCSRA diset „1‟.
„001‟ : Konversi ADC akan dimulai sesuai dengan pengaturan output Analog Comparator.
„010‟ : Konversi ADC akan dimulai saat terjadi interupsi eksternal 0.
„011‟ : Konversi ADC akan dimulai pada saat terjadi Timer/Counter0Compare Match.
„100‟ : Konversi ADC akan dimulai pada saat terjadi Timer/Counter0 Overflow.
„101‟ : Konversi ADC akan dimulai pada saat terjadi Timer/Counter1 Compare Match B.
„110‟ : Konversi ADC akan dimulai pada saat terjadi Timer/Counter1 Overflow.
2.2.
Solar CellPUL-10-P36
Solar Cell adalah salah satu jenis sensor cahaya photovoltaic, yaitu sensor yang
dapat mengubah intensitas cahaya menjadi perubahan tegangan pada outputnya [6].
Apabila “solar cell” menerima pancaran cahaya maka pada kedua terminal outputnya akan mengeluar tegangan DC yang nilainya bergantung dari banyaknya sel dalam satu panel.
Banyaknya sel dalam satu panel tergantung pada kebutuhan energi yang ingin dihasilkan
oleh panel surya tersebut, semakin banyak sel dalam suatu panel akan menghasilkan
tegangan keluaran yang semakin besar pula.
2.2.1
Prinsip Kerja Solar Cell
[7]Prinsip kerja sel surya silikon yaitu berdasarkan pada konsep semikonduktor p-n
junction. Sel terdiri dari lapisan semikonduktor doping-n dan doping-p yang membentuk
p-n jup-nctiop-n, lapisap-n ap-ntirefleksi, dap-n substrat logam sebagai tempat mep-ngalirp-nya arus dari
lapisan tipe- n (elektron) dan tipe-p (hole). Semikonduktor tipe-n didapat dengan
mendoping silikon dengan unsur dari golongan V sehingga terdapat kelebihan elektron
valensi dibanding atom sekitar. Pada sisi lain semikonduktor tipe-p didapat dengan doping
oleh golongan III sehingga electron valensinya defisit satu dibanding atom sekitar seperti
terlihat pada gambar 2.5. Ketika dua tipe material tersebut mengalami kontak maka
kelebihan elektron dari tipe-n berdifusi pada tipe-p. Sehingga area doping-n akan
bermuatan positif sedangkan area doping-p akan bermuatan negatif. Medan elektrik yan
terjadi antara keduanya mendorong elektron kembali ke daerah-n dan hole ke daerah-p.
Pada proses ini terlah terbentuk p-n junction. Dengan menambahkan kontak logam pada
area p dan n maka telah terbentuk dioda.
Ketika junction tersebut disinari, photon atau cahaya yang mempunyai energi yang
sama atau lebih besar dari pada lebar pita energi material tersebut akan menyebabkan
eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi dan akan meninggalkan hole pada pita
valensi.Elektron dan hole ini dapat bergerak dalam materialsehingga menghasilkan
pasangan elektron-hole.Apabila ditempatkan hambatan pada terminal selsurya, maka
elektron dari area-n akan kembali kearea-p sehingga menyebabkan perbedaan potensial dan
[image:34.595.83.527.207.718.2]arus akan mengalir, seperti ditunjukkan pada gambar 2.6.
Gambar 2.6. Prinsip Kerja Solar Cell
2.2.2
Karakteristik Solar Cell
Ditunjukkan pada gambar 2.7, tegangan yang dihasilkan oleh sel photovoltaic
pada solar cell sebanding dengan frekuensi gelombang cahaya. Sesuai dengan konstanta
Plank :
(2.4)
dengan :
E : Energi Solar cell (Watt)
h : Konstanta Plank ( 6.6261.10-34 Js)
f : Frekuensi cahaya (Hertz)
Semakin kearah warna cahaya biru, maka semakin tinggi tegangan yang
dihasilkan. Tingginya intensitas cahaya akan berpengaruh terhadap arus listrik. Jika
photovoltaic diberi beban maka arus listrik yang timbul akan tergantung pada intensitas
cahaya yang mengenai permukaan semikonduktor.
Total daya yang dihasilkan oleh solar cell adalah tegangan operasi dikalikan
dengan arus operasi saat ini. Solar cell dapat menghasilkan arus dari voltase yang berbeda
[image:35.595.95.498.227.489.2]– beda dikarenakan pengaruh dari intensitas cahaya yang diterima. Berbeda dengan baterai yang cenderung menghasilkan arus dari voltase yang konstan.
Gambar 2.8.I–V Curve
Gambar diatas merupakan tipikal kurva I-V pada solar cell. Sumbu X adalah
tegangan output (Vo) dan sumbu Y adalah arus output (Io). Penentuan kurva I-V diatur
dalam Standar Test Condition (STC) dimana harus memenuhi beberapa variabel tertentu
yaitu dalam pengujiannya solar cell harus mendapatkan sinar matahari 1000 watt per meter
persegi radiasi atau disebut satu jam matahari puncak (one peak sun hour). Serta suhu solar
cell harus berada pada titik 25 derajat celcius atau 77 derajat fahrenheit. STC mewakili
kondisi optimal dalam lingkungan laboratorium.
Solar cell memiliki beberapa karkteristik yang berpengaruh terhadap kinerja dari
solar cell itu sendiri, diantaranya adalah :
2.2.2.1
Maximum Power Point (V
mp dan Imp)[6]Maximum Power Operation(Vmp dan Imp) adalah titik dimana daya yang
dihasilkan oleh solar cell mencapai nilai maksimum saat berada pada kondisi
derajat celcius dan radiasi 1000 Watt per meter persegi. Pada gambar 2.8, Vmp bernilai 17,9
V dan Imp beernilai 0.56 A. jumlah daya pada batas maksmum ditentukan dengan
mengkalikan Vmp dan Imp, jadi nilai daya maksimum yang dapat dihasilkan oleh solar cell
adalah 10 Watt pada STC.
Daya pada solar cell akan menurun seiring dengan kenaikan voltase, hal ini
dikarenakan arus akan menurun jika voltase pada keluaran melebihi nilai maximum power
point.
2.2.2.2
Open Circuit Voltage (V
oc)[6]Open Circuit Voltage adalah maksimum tegangan yang dapat dihasilkan solar
cell pada saat daya sama dengan nol atau arusnya minimum mendekati nol. Voc diukur
dengan cara menghubungkan terminal positif dan negatif ke multitester tanpa diberi
beban.
2.2.2.3
Short Circuit Current (I
sc)[6]Short Circuit Current adalah arus yang melalui solar cell pada saat tegangannya
sama dengan nol (yaitu ketika solar cell terhubung singkat). Arus ini merupakan arus
maksimum solar cell yang dapat dikeluarkan oleh output di bawah kondisi tidak berbeban.
Daya pada saat Isc adalah nol Watt. Short circuit current dapat diukur dengan membuat
koneksi langsung terminal positif dan negatif pada modul solar cell.
2.2.2.4
Resistansi Beban
[6]Hambatan beban turut berpengaruh juga terhadap karakteristik solar cell. Sebagai
contoh adalah baterai yang akan digunakan sebagai beban. Baterai 2 cell (7,4 Volt)
umumnya memiliki tegangan antara 7 sampai 9 Volt. Untuk dapat mengisi baterai, solar
cell harus beroperasi lebih tinggi daripada voltase baterai. Efisiensi tertinggi terjadi saat
solar cell beroperasi di daerah maximum power point. Pada contoh diatas, tegangan baterai
harus mendekati Vmp. Apabila tegangan baterai menurun di bawah Vmp, atau meningkat di
atas Vmp, maka efisiensinya akan berkurang.
2.2.2.5
Intensitas Cahaya Matahari
[6]Semakin besar intensitas cahaya matahari yang mengenai permukaan solar cell
maka secara proporsional akan menghasilkan arus yang besar. Gambar 2.9 menunjukkan
bahwa saat intensitas cahaya menurun maka tegangan yang dihasilkan pun juga cenderung
menurun. Hal ini dipengaruhi oleh arus yang berubah sesuai dengan intensitas cahaya,
Gambar 2.9. Karakteristik I-V Curve Terhadap Intensitas Cahaya Matahari
2.2.2.6
Solar Cell Temperature
[6]Seperti semua perangkat semikonduktor lainnya, solar cell juga sensitif terhadap
perubahan suhu. Peningkatan suhu akan mempengaruhi hambatan pada semikonduktor,
sehingga mempengaruhi sebagian besar parameternya. Panas akan mengakibatkan aliran
elektron terganggu sehingga daya yang dihasilkan akan menurun seiring dengan
peningkatan suhu solar cell. Gambar 2.10 mengilustrasikan bahwa saat suhu sel meningkat
diatas 25 derajat celcius (suhu solar cell, bukan suhu udara) bentuk kurva I-Vnya tetap
sama namun bergeser ke kiri. Dalam solar cell, parameter yang paling terpengaruh oleh
peningkatan suhu adalah Open Circuit Voltage Voc sedangkan Short Circuit Current Isc
akan cenderung stabil.
2.2.2.7
Shading/Bayangan
[6]Solar cell merupakan gabungan dari beberapa silikon yang dirangkai seri untuk
menghasilkan daya yang diingnkan. Satu silikon menghasilkan 0.46 Volt, maka untuk
membentuk solar cell panel 12 volt diperlukan 32 silikon yang dirangkai serial, hasilnya
adalah 0,46 x 32 = 14,72.
Shading adalah keadaan dimana satu atau lebih sel silikon dari solar cell panel
terhalang sesuatu sehingga sinar matahari menjadi terhalang. Shading akan mengurangi
keluaran daya dari solar cell. Sel yang tidak menerima cahaya matahari akan
meningkatkan hambatan pada sel tersebut. Tentunya pada sistem yang dirangkai serial, jika
ada satu sel yang meningkat resistansinya maka akan menurunkan tegangan keluaran dari
solar cell. Shading dapat datasi dengan memasang bypass diode yang harus diasang searah
dengan arah arus. Bypass diode berfungsi meneruskan arus pada saat sel terkena shading
sehingga hambatan yang meningkat pada sell tidak akan berpengaruh pada tegangan
keluaran solar cell panel. Gambar 2.11 menunjukkan karakteristik solar cell terhadap
pengaruh shading, terlihat saat kondisi shading 100% maka daya keluaran solar cell sangat
berkurang jika dibandingkan dengan kondisi unshaded.
Gambar 2.11. Karakteristik I-V Curve terhadap Shading
Tabel 2.9 menunjukkan efek yang sangat ekstrim pengaruh shading pada satu sel
dari modul solar cell single crystalline yang tidak memiliki internal bypass diode. Hal
yang perlu diperhatikan dalam pemasangan adalah solar cell tidak boleh terhalang oleh
Tabel 2.9. Efek Shading Pada Satu Sel Panel Surya
Presentase bayangan pada satu sel Presentase power loss solar cell
0% 0%
25% 45%
50% 50%
75% 66%
100% 75%
3 sel terkena bayangan 93%
2.2.3
Spesifikasi Solar Cell PUL-10-P36
Solar cell yang digunakan pada alat ini memiliki spesifikasi sebagai berikut:
1. Solar Cell Type : PUL 10-P36
2. Rated Maximum Power (Pmax) : 10 W
3. Voltage at Pmax (Vmp) : 17.9 V
4. Current at Pmax (Imp) : 0.56 A
5. Open - Circuit Voltage (Voc) : 21.8 V
6. Sort - Circuit Current (Isc) : 0.61 A
7. Maximum System Voltage : 1000 Vdc
8. Operation Temperature : - 40° C to 85° C
9. Size per cells : 62.5mm x 27mm
10.Panel Area : 607,5 cm2
11.Cell Configuration : Serial, 9 x 4
12.Weight : 0.91 Kg
13.Dimension : 280mm x 280mm x 23mm
2.3.
Kincir Angin
Kincir angin adalah sebuah alat yang di desain sedemikian rupa sehingga mampu
memanfaatkan kekuatan angin kemudian mengubah energi angin tersebut menjadi energi
mekanik [8]. Energi mekanik yang dihasilkan kincir angin kemudian dimanfaatkan untuk
menggerakkan generator yang kemudian dapat menghasilkan energi listrik.
Konsep kincir angin sederhana yaitu dengan menghubungkan poros generator
dengan baling – baling. Saat baling – baling berputar karena pergerakan angin, poros
menghasilkan putaran generator yang lebih cepat daripada putaran baling – balingnya.
Bagian – bagian pada kincir angin sederhana dapat dilihat pada gambar 2.12 di bawah ini.
Gambar 2.12 Konfigurasi Kincir Angin Sederhana
Energi listrik yang dihasilkan oleh koncir angin sepenuhnya sangat tergantung
dari spesifikasi generator yang digunakan. Generator DC dengan spesifikasi 12V/2A akan
menghasilkan tegangan keluaran maksimal 12 Volt, dan arus maksimalnya 0,5 Ampere.
Daya maksimal yang dapat dihasilkan oleh generator tersebut yaitu 12V x 0,5A = 6 Watt.
Tegangan keluaran berbanding lurus dengan kecepatan putar generator atau Rotation Per
Minute (RPM), semakin cepat putarannya maka tegangannya semakin meningkat.
Sedangkan arus keluaran tergantung pada beban yang dihubungkan dengan generator,
semakin besar beban yang terhubung maka arus dihasilkan akan semakin besar juga.
Namun jika arus yang ditarik beban melebihi kapasitas yang dihasilkan generator, maka
akan mengakibatkan panasnya kumparan dan dapat membakar generator.
Spesifikasi kincir angin yang digunakan dalam alat ini yaitu :
1. Tegangan Keluaran (Vo) : 12 Volt
3. Daya Maksimal (P) : 6 Watt
4. RPM Maksimal : 450
5. Jumlah Sudu : 3 Buah
6. Daerah Tangkapan Angin : 100 cm2/sudu
2.4.
Baterai LiPo 2 Cell 7.4 Volt
Baterai adalah perangkat elektronika yang dapat merubah energi kimia menjadi
energi listrik. Setiap baterai memiliki terminal positif (Anoda) dan terminal negatif
(Katoda) serta elektrolit yang berfungsi sebagai penghantar. Output arus listrik dari baterai
adalah arus searah atau disebut juga dengan arus DC (Direct Current) [9]. Jika anoda dan
katoda dihubungkan ke beban, maka akan ada arus yang mengalir dari anoda ke beban
kemudian ke katoda. Aliran arus dari anoda ke katoda disebabkan oleh beda potensial
antara anoda dan katoda. Sesuai dengan prinsip arus listrik dimana arus listrik akan
mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Jika diantara anoda tidak terdapat
perbedaan potensial lagi maka arus tidak dapat mengalir. Kondisi ini dinamakan dengan
habisnya energi yang tersimpan pada baterai.
Pada umumnya, baterai terdiri dari dua jenis utama yaitu baterai primer yang
hanya dapat digunakan sekali (single use battery) dan baterai sekunder yang dapat diisi
ulang (rechargeable battery). Salah satu baterai yang dapat diisi ulang adalah jenis baterai
Lithium-ion Polimer (Li-Po). Baterai Li-Po merupakan jenis baterai terbaru jika
dibandingkan dengan jenis – jenis baterai rechargeable sebelumnya seperti
Nikel-Cadmium (Ni-Cd), Nikel-Metal Hydride (Ni-MH), atau Lithium-Ion (Li-Ion). Li-Po
merupakan pengembangan dari Li-ion yang didasarkan pada pengembangan elektrokimia.
Li-Po mengandung elektrolit polimer yang berbentuk gel bukan cairan elektrolit yang
umum. Hasilnya berupa sel “plastik” yang secara teoritis bisa lebih fleksibel, dapat dibuat
dalam berbagai bentuk tanpa resiko kebocoran elektrolit. Kelebihan dari LI-Po jika
dibandingkan dengan Ni-Cd dan Ni-MH adalah ukurannya yang relatif kecil namun
kapasitasnya penyimpanannya besar. Serta mampu men-discharge arus yang besar yang
umumnya digunakan untuk supply motor.
Seperti halnya baterai Ni-MH, baterai Li-Po lebih ramah lingkungan karena tidak
mengandung zat berbahaya Cadmium. Akan tetapi baterai Li-Ion tidak berbahaya,
melainkan tetap mengandung sedikit zat berbahaya yang dapat merusak kesehatan manusia
dikarenakan baterai Li-Po mudah terbakar jika tersulut api. Perawatan baterai Li-Po tidak
jauh berbeda dengan baterai Li-Ion. Penanganannya harus ekstra hati – hati mengingat
sifatnya yang "liquid" dengan tekanan yang cukup keras bisa menyebabkan bentuk baterai
berubah.
Gambar 2.13 Baterai Lithium-ion Polimer (Li-Po)
Baterai Li-Po memiliki beberapa istilah umum yang menggambarkan spesifikasi
dari baterai tersebut. Misalkan pada baterai Li-Po tertulis : “ 7.4V / 1800mAh / 20C / 2S1P “ keterangan :
a. V (Voltage)
Menunjukkan tegangan keluaran baterai.
b. mAH (mili Ampere hours)
Menunjukkan kemampuan baterai dalam mensuplai arus dalam satu jam.
c. C (Capacity)
Menunjukan nilai kapasitas baterai.
d. 2S1P (2 Sel 1 Pararel)
Menunjukkan jumlah sel dan konfigurasi susunan sel dalam pak baterai.
Baterai Li-Po yang memiliki spesifikasi seperti yang tertulis diatas dapat
mensuplai dengan tegangan keluaran 7.4V dan arus maksimal 1800mAh atau dengan daya
13.32 Watt selama satu jam. Jika arus yang dikeluarkan kurang dari nilai suplai arus (mAh)
maka daya tahan baterai akan lebih lama. Sebagai contoh jika baterai hanya mensuplai arus
sedangkan nilai 20C menunjukkann kemampuan melepas arus sesaat yaitu sebesar
20Cx1800mAh = 36.000mA = 36A.Arus tersebut ini dapat dikeluarkan oleh baterai dalam
waktu sesaat dan setelah itu energi yang tersimpan dalam baterai akan habis. Dengan
demikian daya sesaat yang dapat dikeluarkan baterai adalah 7.4V x 36A= 266.4 Watt.
Gambar 2.14 Konfigurasi Baterai
Konfigurasi baterai biasanya dikelompokkan menjadi dua yaitu serial dan paralel.
Susunan serial digunakan untuk meningkatkan tegangan dan susunan paralel digunakan
untuk meningkatkan arus [10]. Gambar 2.14 di atas menunjukkan dua pengaturan tersebut.
Gambar konfigurasi baterai atas menunjukkan susunan paralel. Empat baterai
yang disusun secara paralel bersama-sama akan menghasilkan tegangan satu sel, tetapi arus
yang mereka suplai akan menjadi empat kali lipat dari satu sel. Arus adalah tingkat dimana
muatan listrik melewati sirkuit dan diukur dalam satuan ampere. Baterai memiliki nilai
dalam amp-hours, yaitu kemampuan baterai mensuplay arus dalam satu jam.
Gambar konfigurasi bawah menunjukkan susunan serial. Empat baterai secara
seri bersama-sama akan menghasilkan arus satu sel, tetapi tegangan yang mereka suplai
akan empat kali lipat dari satu sel. Tegangan adalah ukuran energi per satuan muatan dan
diukur dalam volt. Dalam baterai, tegangan menentukan seberapa kuat elektron didorong
melalui sirkuit, seperti tekanan menentukan seberapa kuat air didorong melalui selang.
Bayangkan baterai yang ditunjukkan pada gambar yang memiliki nilai sebesar 1,5
volt dan 500 milliamp-hours. Empat baterai susunan paralel akan menghasilkan 1,5 volt
dan 2.000 milliamp-hours. Empat baterai disusun secara seri akan menghasilkan 6 volt di
500 milliamp-hours. Pada umumnya baterai yang memiliki nilai amps-hours lebih tinggi
Spesifikasi baterai yang digunakan pada alat ini yaitu :
1. Tegangan Keluaran (V) : 7.4 Volt
2. Arus keluaran maksimal (mAh) : 1800 mAh
3. Jumlah sel dan konfigurasi : 2 Sel / Paralel
2.5.
Modul Sensor Arus
Sensor arus merupakan alat yang digunakan untuk mengetahui besaran arus yang
melewati suatu konduktor tertentu, dalam hal ini digunakan untuk mendeteksi arus yang
dihasilkan oleh sumber. Besaran arus ini nanitnya akan digunakan dalam perhitungan daya
sumber. Bentuk sensor arus ditunjukkan pada gambar 2.15 dibawah ini.
Gambar 2.15. Modul Sensor Arus ACS712-5A
Sensor arus ACS712-5A memiliki spesifikasi sebagai berikut :
1. Sensor dapat mendeteksi arah arusnya, positif atau negatif.
2. Memiliki ketelitian 66mV setiap perubahan arus 1 Ampere.
3. Membutuhkan suplai tegangan masukan sebesar 5 Volt DC.
4. Keluaran sensor pada saat arus sama dengan nol adalah setengah nilai VCC yaitu
2,5 Volt.
5. Arah arus ditunjukkan oleh nilai keluaran sensor. Jika arusnya positif maka
keluaran sensor akan lebih dari 2,5 Volt, dan jika arah arusnya negatif maka
keluaran sensor akan kurang dari 2,5 Volt. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat di
[image:44.595.101.518.238.661.2]tabel 2.10 dibawah ini.
Tabel 2.10 Karakteristik Tegangan Keluaran Terhadap Masukan Arus
Arus Masukan (A) Tegangan Keluaran (V)
5 2.83
4 2.764
3 2.698
2 2.632
Tabel 2.10 (Lanjutan) Karakteristik Tegangan Keluaran Terhadap Masukan Arus
Arus Masukan (A) Tegangan Keluaran (V)
0 2.5
-1 2.434
-2 2.368
-3 2.302
-4 2.236
-5 2.17
2.6.
Modul Relay 4 Channel
Relay merupakan komponen yang berfungsi sebagai saklar dalam berbagai
macam sistem kontrol. Keunggulan relay adalah dapat mengontrol proses switching dari
jarak jauh. Hal ini dimungkinkan karena penyaklaran relay bukan bersifat langsung, namun
menggunakan koil atau biasa disebut dengan Contactor Relay (CR) yang menggunakan
sifat elektromagnetis untuk menggerakkan saklar. Relay dapat digunakan untuk proses
switching tegangan AC maupun DC. Modul relay yang digunakan pada alat ini memiliki
spesifikasi sebagai berikut :
1. Memilliki 4 Channel Relay dengan masukan 5 volt DC dan arus 15 – 20 mA.
2. Dapat digunakan pada tegangan AC (250V dan 10A) serta DC (30V dan 10A).
3. LED Indicator Relay Status.
4. Dapat dikontrol langsung oleh mikrokontroler tanpa memerlukan driver penguat
lagi.
5. Memiliki saklar Normally Open (NO) dan Normally Close (NC) pada setiap
channel.
2.7.
IC LM317T Adjustable Voltage Regulator
[11]Voltage Regulator atau Pengatur Tegangan adalah salah satu rangkaian yang
sering dipakai dalam peralatan elektronika. Voltage regulatorberfungsi untuk
mempertahankan atau memastikan tegangan pada level tertentu secara konstan. Artinya,
tegangan output DC pada voltage regulator tidak dipengaruhi oleh perubahan tegangan
input, beban pada output dan juga temperatur. Tegangan stabil yang bebas dari segala
gangguan seperti noise ataupun fluktuasi (naik turun) sangat dibutuhkan untuk
mengoperasikan peralatan elektronika terutama yang memiliki sifat digital seperti
mikrokontroler.
IC jenis adjustable voltage regulator adalah jenis IC pengatur tegangan DC yang
memiliki range tegangan output tertentu sehingga dapat disesuaikan kebutuhan
rangkaiannya. Terdapat dua jenis IC adjustable voltage regulator yaitu positive
adjustablevoltage regulator dan negative adjustable voltage regulator. Contoh IC jenis
positive adjustable voltage regulator diantaranya adalah LM317T yang memiliki range
tegangan dari 1.2 Volt DC sampai pada 37 Volt DC dan arus keluaran maksimalnya dapat
mencapai 1.5 Ampere. Sedangkan contoh IC jenis negative adjustable voltage regulator
adalah LM337 yang memiliki range atau jangkauan tegangan yang sama dengan LM317.
Pada dasarnya desain, konstruksi dan cara kerja pada kedua jenis IC adjustable voltage
regulator adalah sama, yang membedakannya adalah polaritas pada output tegangan
dc-nya.
IC LM317 memiliki tiga buah pin yang konfigurasi dan fungsinya dijelaskan
pada gambar 2.17 di bawah ini :
Pin nomor satu (Adj) merupakan pin yang digunakan untuk mengatur tegangan
keluaran pada output. Tegangan output yang telah diregulasi dikeluarkan melalui pin
nomer dua (Vout). Sedangkan pin nomor 3 (Vin) merupakan pin masukan tegangan yang
belum teregulasi. Gambar 2.18 menunjukkan konfigurasi dasar voltage regulator LM317.
Gambar 2.18. Konfigurasi dasar IC LM317
perhitungan nilai Voutpada rangkaian diatas disajikan dengan rumus :
(2.5)
dengan :
(2.6)
IC LM317 juga dapat membatasi arus keluaran dari rangkaian regulator dengan
menempatkan resistor limiter (RLIM) pada pin Vout secara serial. Nilai hambatan RLIM
ditentukan dengan rumus :
(2.7)
2.8.
Liquid Crystal Display (LCD)
[12]Liquid Crystal Display (LCD) merupakan salah satu komponen display elektronik
yang berfungsi menampilkan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. LCD dibuat
dengan teknologi CMOS logic yang bekerja dengan cara tidak menghasilkan cahaya tetapi
memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap front-lit atau mentransmisikan
cahaya dari back-lit.
Jenis LCD yang umum digunakan yaitu LCD karakter dan LCD Grafik. LCD
karakter adalah LCD yang hanya bisa menampilkan karakter, khususnya karakter ASCII
seperti karakter yang terdapat pada keyboard komputer. Sedangkan LCD grafik adalah
LCD yang tidak terbatas tampilannya, bahkan dapat menampilkan foto. LCD grafik inilah
yang nantinya berkembang menjadi LCD yang biasa dilihat pada layar komputer.
LCD karakter yang beredar dipasaran umumnya dituliskan dalam bilangan
matriks dari jumlah karakter yang dapat dituliskan dalam LCD tersebut, yaitu jumlah
kolom dikalikan dengan jumlah baris. Sebagai contoh LCD 16x2 memiliki 16 kolom dan 2
baris, jadi total karakter yang dapat dituliskan berjumlah 32 karakter. Konfigurasi LCD
dapat dilihat pada gambar 2.20 di bawah ini.
Gambar 2.20. Kolom dan Baris Karakter pada LCD 16x2
Untuk dapat mengendalikan LCD harus memiliki koneksi yang benar dengan
mengetahui konfigurasi pin – pin pada modul LCD seperti yang ditampilkan pada tabel
2.11 dan gambar 2.21di bawah ini.
Tabel 2.11 Konfigurasi Pin LCD 16x2
Nomor
Gambar 2.21. Konfigurasi Pin LCD 16x2
LCD 16x2 memiliki mikrokontroler yang berfungsi sebagai pengendali tampilan
LCD. Mikrokontroler ini dilengkapi dengan tiga buah memori dan tiga buah register.
Setiap memori dan register yang ada memiliki fungsinya masing – masing berikut ini :
1. DDRAM (Display Data Random Access Memory) : merupakan memori tempat
karakter y
