BERBASIS TENAGA SURYA
SKRIPSI
MONIKA PANJAITAN 160801049
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2020
BERBASIS TENAGA SURYA
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
MONIKA PANJAITAN 160801049
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2020
SISTEM PENDINGIN THERMO ELECTRIC COOLER (TEC) BERBASIS TENAGA SURYA
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing – masing disebutkan sumbernya.
Medan, 15 Desember 2020
Monika Panjaitan 160801049
PENGHARGAAN
Segala puji dan syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas kasih dan rahmat-Nya yang senantiasa menyertai penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini. Pada kesempatan ini, penulis juga mengucapkan terimakasih terkhusus kepada kedua Orang Tua terbaik, T. Panjaitan/T. Br. Tinjak yang telah mendidik dan membesarkan saya sampai saat ini serta Abang Denny Panjaitan dan Kakak Wati Br.
Panjaitan yang selalu memberikan dukungan moral serta doa, kepercayaan dan semangat selama ini kepada penulis. Dengan sepenuh hati, penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS, sebagai Ketua Departemen Fisika FMIPA USU.
2. Bapak Prof. Dr. Marhaposan Situmorang selaku Pembimbing yang telah membantu dan memberikan waktu, saran serta dukungan selama bimbingan.
3. Seluruh Staff Dosen pengajar dan pegawai-pegawai di Departemen Fisika yang telah memberikan materi selama perkuliahan dan telah membantu serta memberikan petunjuk dan arahan selama perkuliahan.
4. Sahabat KUY Desse Simatupang, Julprianto Pasaribu, Jose Sinaga, Rizal Sinaga, dan Irvan Tambunan.
5. Adrea Beruriah Kak Reja Br. Sitepu, Paulina Samosir, Santi Sihombing, Regina Simbolon, dan Frida Hulu.
6. Teman Seperdopingan Vebta Hulu dan Irvan Tambunan.
7. Partner Pejuang Skripsi Doddy Rommy Halomoan Simanjuntak.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penyelesaian skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan dari para pembaca.
Medan, 15 Desember 2020
Monika Panjaitan
SISTEM PENDINGIN THERMO ELECTRIC COOLER (TEC)
BERBASIS TENAGA SURYA
ABSTRAK
Energi surya telah dianggap sebagai prospek sumber energi terbarukan untuk pembangkit tenaga listrik. Sistem fotovoltaik surya menjadi objek yang populer untuk dikembangkan oleh peneliti. Rendahnya efisiensi panel surya dalam konversi energi adalah salah satu kelemahan sistem ini. Faktor yang mempengaruhi output yang di hasilkan panel surya adalah besarnya intensitas cahaya matahari dan suhu kerja panel surya. Modul fotovoltaik memiliki titik operasi tunggal dimana output tegangan dan arus menghasilkan output daya maksimum. Ada tiga metode utama pada MPPT yaitu metode konvensional, metode kecerdasan buatan, dan metode hibrid. Dalam kebanyakan sistem fotovoltaik, penelitian ini menggunakan Maximum Power Point Tracking (MPPT) algoritma perturb and observe untuk memanfaatkan secara maksimal energi surya tersebut.
Kata Kunci: Panel Surya, Maximum Power Point Tracking (MPPT), perturb and observe
SOLAR BASED THERMO ELECTRIC COOLER (TEC) COOLING
SYSTEM
Solar energy has been considered as a prospect of a renewable energy source for electric power generation. Solar photovoltaic systems are becoming a popular object for researchers to develop. The low efficiency of solar panels in energy conversion is one of the weaknesses of this system. Factors that affect the output produced by solar panels are the amount of sunlight intensity and the working temperature of the solar panels. Photovoltaic modules have a single operating point where the voltage and current outputs produce the maximum power output. There are three main methods in MPPT, namely conventional methods, artificial intelligence methods, and hybrid methods. In most photovoltaic systems, this research uses the Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithm perturb and observe to make maximum use of this solar energy.
Keywords: Solar Panel, Maximum Power Point Tracking (MPPT), perturb and observe
DAFTAR ISI
PERSETUJUAN ... iii
PERNYATAAN ... iv
PENGHARGAAN ... v
ABSTRAK ... vi
DAFTAR ISI ... viii
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR TABEL... xi
DAFTAR LAMPIRAN ... xii
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah... 2
1.3 Batasan Masalah ... 2
1.4 Tujuan Penelitian ... 2
1.5 Manfaat Penelitian ... 2
1.6 Sistematika Penulisan ... 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1 Panel Surya (Photovoltaic Cell) ... 4
2.1.1 Prinsip Kerja Panel Surya ... 4
2.2 Maximum Power Point Tracker (MPPT) ... 5
2.2.1 Pertubation & Observation (P&O) ... 6
2.3 Boost Converter ... 6
2.4 MOSFET ... 7
2.5 PWM (Pulse Width Modulation) ... 8
2.6 Solar Charge Controller ... 9
2.7 Arduino Nano ... 10
2.8 Sensor Arus... 10
2.9 Sensor Tegangan... 11
2.10 Sensor Suhu DS18B20 ... 11
2.11 Baterai ... 12
2.12 Thermo Electric Cooler ... 12
2.13 Efisiensi Daya ... 13
2.14 Koefisien Performansi Termoelektrik ... 14
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ... 17
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian... 17
3.2 Diagram Blok ... 17
3.2.1 Penjelasan Fungsi Tiap Blok dari Diagram Blok ... 18
3.3 Rangkain DC ke DC Konverter ... 18
3.4 Rangkaian LCD ... 19
3.5 Rangkaian Sensor Suhu DS18B20 ... 19
3.6 Rangkaian Keypad ... 20
3.7 Rangkaian Keseluruhan Penelitian ... 21
3.7 Diagram Alir (Flowchart) ... 22
BAB 4 PENGUJIAN ALAT DAN PROGRAM ... 23
4.1 Pengujian Sensor Tegangan... 23
4.2 Pengujian Sensor Arus... 24
4.3 Pengujian Sensor Suhu DS18B20 ... 25
4.4 Pengujian Keypad ... 26
4.5 Pengujian Kurva Karakteristik Panel Surya ... 28
4.6 Pengujian Sinyal PWM dari Arduino ... 31
4.8 Efisiensi Panel Surya ... 32
4.9 Efisiensi MPPT P&O... 32
4.10 Koefisien Performansi Termoelektrik ... 33
4.11 Efisiensi Keseluruhan Kinerja Sistem Penyedia Daya ... 35
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 36
5.1 Kesimpulan ... 36
5.2 Saran ... 36 DAFTAR PUSTAKA ...
LAMPIRAN ...
DAFTAR GAMBAR
No. Judul Halaman
Gambar 2.1 Skema efek photovoltaic 5
Gambar 2.2 Posisi dP/dV yang berbeda pada kurva daya sel surya 6
Gambar 2.3 Rangkaian Boost Converter 7
Gambar 2.4 MOSFET IRG 3205 8
Gambar 2.5 Gelombang PWM 8
Gambar 2.7 Sensor Arus (ACS712) 11
Gambar 2.8 Rangkaian Sensor Tegangan 11
Gambar 2.9 Rangkaian Sensor Suhu DS18B20 12
Gambar 2.10 Baterai 12
Gambar 2.11 Elemen Peltier 13
Gambar 3.1 Diagram Blok 15
Gambar 3.2 Rangkaian DC to DC Konverter 16
Gambar 3.3 Rangkaian LCD 17
Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Suhu DS18B20 18
Gambar 3.5 Rangkaian Keypad 18
Gambar 3.6 Rangkaian Keseluruhan Sistem 19
Gambar 3.7 Diagram Alir (FlowChart) 20
Gambar 4.1 Grafik Linearitas Kalibrasi Sensor Tegangan 21
Gambar 4.2 Grafik Kalibrasi Sensor Arus 22
Gambar 4.3 Pengujian Keypad 25
Gambar 4.4 Kurva karakterisik Arus vs Tegangan 28
Gambar 4.5 Kurva karakterisik Daya vs Tegangan 28
Gambar 4.6 Grafik Penurunan Suhu 30
DAFTAR TABEL
No. Judul Halaman
Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Sensor Tegangan 21
Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Sensor Arus 22
Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Sensor Suhu DS18B20 24
Tabel 4.4 Pengujian Karakteristik Panel Surya 26
Tabel 4.5 Data hasil pengujian Boost converter dengan variasi Duty
Cycle 29
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul
I. Program Sensor Arus dan Tegangan II. Foto Pengujian
III. Data Sheet
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Energi listrik adalah kebutuhan yang sangat penting dalam kehidupan sehari-hari, peningkatan kebutuhan energi listrik setiap tahunnya menuntut pihak penyedia harus tanggap dalam menyelesaikan setiap permasalahan energi yang terjadi. Salah satu permasalahan mengenai energi listrik adalah ketersediaan sumber energi fosil sebagai bahan bakar pembangkitan yang setiap tahun menurun, hal ini membuat pengembangan sumber energi alternatif baru dan terbarukan menjadi sebuah fokus di era ini. Energi terbarukan adalah energi yang sumber bahan primernya dapat diambil secara mudah, dapat diperbarui dan digunakan kembali. Salah satu contoh dari energi terbarukan adalah energi matahari.
Pemanfaatan energi matahari sangatlah penting saat ini yang diubah menjadi energi listrik dimanfaatkan dengan menggunakan panel surya yang berfungsi sebagai peralatan utama sistem pembangkit listrik. Dalam aplikasinya secara konvensional panel surya memiliki banyak kekurangan terutama pada sisi efisensi keluaran yang terbilang rendah, hal tersebut dikarenakan perbedaan karakteristik antara panel surya dengan beban. Selain itu ada beberapa faktor yang mempengaruhi daya listrik yang dihasilkan oleh panel surya, seperti besarnya tingkat intensitas cahaya dan suhu kerja dari panel surya. Oleh karena itu diperlukan sebuah teknologi yang dapat memaksimalkan daya keluaran dari panel surya tersebut. Untuk memaksimalkan daya yang dihasilkan sistem PV, diterapkan teknik maximum power point tracking (MPPT). Berbagai algoritma pengendalian dicari untuk memaksimalkan daya sistem PV. Pada penelitian ini dikaji penggunaan metode perturb and observe (P&O) yang diimplementasikan pada modulasi lebar pulsa (pulse-width modulation/PWM) untuk mengendalikan boost converter. Berdasarkan referensi diatas, maka dilakukan penelitian
“SISTEM PENDINGIN THERMO ELECTRIC COOLER (TEC) BERBASIS TENAGA SURYA”.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas maka dapat dirumuskan masalah yaitu:
1. Bagaimana cara rancang bangun alat sistem penyedia daya berbasis panel surya?
2. Bagaimana efisiensi rancang bangun alat sistem penyedia daya berbasis panel surya menggunakan konverter DC ke DC dan sistem pendingin Thermo Electric Cooler?
3. Bagaimana kinerja dari sistem penyedia daya berbasis panel surya menggunakan konverter DC ke DC dan sistem pendingin Thermo Electric Cooler?
1.3 Batasan Masalah
Mengingat keterbatasan waktu dan untuk menghindari topik yang tidak diperlukan, maka penulis membatasi penelitian ini. Adapun permasalahan ini dibatasi pada:
1. Penelitian dilakukan dalam bentuk prototype.
2. Output yang dihasilkan berdasarkan MPP dari implementasi panel surya.
3. Pembahasan mengenai efisiensi dari panel surya, efisiensi dari DC ke DC konverter dan efisiensi dari sistem pendingin Thermo Electric Cooler.
4. Pembahasan mengenai kinerja dari sistem keseluruhan sistem penyedia daya berbasis tenaga surya.
1.4 Tujuan Penelitian
1. Menganalisis performansi atau efisiensi keseluruhan sistem pendingin Thermo Electric Cooler (TEC) berbasis tenaga surya.
2. Mencari nilai suhu terendah yang dihasilkan oleh sistem pendingin Thermo Electric Cooler (TEC).
1.5 Manfaat Penelitian
1. Untuk memaksimalkan ekstrak daya dari panel surya.
2. Dapat mengetahui efisiensi dari keseluruhan sistem penyedia daya tenaga surya.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sistematika pembahasan bagaimana sebenarnya prinsip kerja dari judul skripsi SISTEM PENDINGIN THERMO ELECTRIC COOLER (TEC) BERBASIS TENAGA SURYA penulis menulis skripsi ini dengan sistematika penulisan sebagai berikut:
BAB 1 PENDAHULUAN
Bab ini berisikan pendahuluan yang menjelaskan mengenai latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian serta sistematika penulisan.
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini menjelaskan tentang teori-teori pendukung dalam penelitian.
Adapun teori pendukung dalam penelitian ini yaitu tentang Panel surya, Maximum Power Point Tracking (MPPT), DC-DC Konverter, Thermo Electric Cooler (TEC), Efisiensi Daya, dan lainnya.
BAB 3 METODE PENELITIAN
Bab ini membahas tentang perancangan alat, diagram blok, diagram alir, skematik serta sistem kerja dari masing-masing rangkaian.
BAB 4 HASIL DAN ANALISIS
Bab ini berisikan tentang pengujian alat dan juga analisis penelitian yang telah dibuat.
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini merupakan bab penutup yang berisikan kesimpulan dan saran.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Panel Surya (Photovoltaic cell)
Panel surya adalah suatu komponen yang dapat digunakan untuk mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik dengan menggunakan prinsip yang disebut efek photovoltaic. Energi listrik yang diproduksi biasanya akan digunakan untuk kebutuhan listrik dan ada yang disimpan terlebih dahulu dengan baterai. Cara kerja sistem panel bertenaga matahari ini tetap dapat berjalan meski keadaan sore, malam hari maupun hujan sekalipun karena menggunakan bantuan baterai tersebut.
Sinar matahari yang menyinari di bumi dapat diubah menjadi energi listrik melalui sebuah proses yang dinamakan photovoltaic (PV). Photo merujuk kepada cahaya dan voltaic mengacu kepada tegangan. Terminologi ini digunakan untuk menjelaskan sel elektronik yang memproduksi energi listrik arus searah dari energi radian matahari. Photovoltaic cell dibuat dari material semikonduktor terutama silikon yang dilapisi oleh bahan tambahan khusus. Jika cahaya matahari mencapai cell maka elektron akan terlepas dari atom silikon dan mengalir membentuk sirkuit listrik sehingga energi listrik dapat dibangkitkan. Sel surya selalu didesain untuk mengubah cahaya menjadi energi listrik sebanyak- banyaknya dan dapat digabung menjadi seri atau paralel untuk menghasilkan tegangan dan arus yang diinginkan.
2.1.1 Prinsip Kerja Panel Surya
Sel surya terbuat dari bahan semikonduktor memiliki elektron yang terikat dengan lemah pada suatu pita energi yang disebut pita valensi. Ketika energi yang lebih besar dari batas threshold (band gap energi) diberikan kepada elektron di pita valensi tersebut, maka ikatan elektron tersebut akan putus. Kemudian elektron tersebut bergerak bebas pada suatu pita energi baru yang disebut pita konduksi.
Elektron bebas pada pita konduksi dapat menghasilkan listrik. Energi yang dibutuhkan untuk membebaskan elektron ini dapat berasal dari foton, yang merupakan partikel dari cahaya.
Gambar 2.1 Skema efek photovoltaic
Gambar 2.1 menunjukkan proses yang terjadi pada sel surya ketika dipaparkan cahaya. Foton-foton yang merupakan partikel cahaya menabrak elektron. Ketika energi foton tersebut cukup maka elektron akan didorong keluar dari pita valensi (V) melewati pita pemisah (band gap) menuju pita konduksi (CB). Kemudian suatu selective contact mengumpulkan elektron-elektron pada pita konduksi dan menggerakkan elektron-elektron tersebut. Elektron yang bergerak inilah yang disebut sebagai arus listrik. Energi dari arus listrik digunakan untuk mengerjakan berbagai hal sebelum kembali menuju pita valensi melalui selective contact yang kedua.
Sel surya dianggap sebagai suatupn junction karena adanya “doping”.
Doping ini menyebabkan salah satu selective contact menjadi sisi p (banyak muatan positif) dan yang lain menjadi sisi n (banyak muatan negatif). Pemodelan dan pemahaman prinsip kerja sel surya menjadi lebih sederhana dengan menggunakan konsep pn junction.
2.2 Maximum Power Point Tracking (MPPT)
Maximum Power Point Tracking atau sering disingkat dengan MPPT merupakan sebuah sistem elektronik yang dioperasikan pada sebuah panel photovoltaic (PV) sehingga panel photovoltaic bisa menghasilkan power maksimum. Perlu diperhatikan, MPPT bukanlah sebuah sistem tracking mekanik yang digunakan untuk mengubah posisi modul terhadap posisi matahari sehingga mendapatkan energi maksimum matahari. MPPT benar-benar sebuah sistem
elektronik yang bisa menelusuri titik power maksimum power yang bisa dikeluarkan oleh sebuah panel PV.
Gambar 2.2 Posisi dP/dV yang berbeda pada kurva daya sel surya
2.2.1 Pertubation & Observation (P&O)
Metode Pertubation & Observation terdiri dari dua tahap; perturb yaitu mengubah dan observation yaitu menghitung perubahan daya akibat aksi perturb sebelumnya. Jika perubahan daya positif maka perturb selanjutnya akan tetap pada arah yang sama, sedangkan jika perubahan daya negatif maka perturb akan dibalik. Seperti halnya ICM, besar perturb yang diberikan tetap. Untuk itu, masalah waktu penjajakan dan osilasi MPP diselesaikan dengan menggunakan besar pertubation yang bervariasi.
2.3 Boost Converter
Dc-dc converter adalah rangkaian elektronika daya untuk mengkonversi level tegangan dc ke level tegangan dc yang berbeda. Salah satu jenis dc-dc converter adalah boost converter. Boost converter adalah suatu dc-dc converter yang memiliki arus masukan kontinyu dan arus keluaran diskontinyu. Prinsip kerja utama dari Boost converter ini adalah kecenderungan induktor untuk melawan perubahan arus yaitu dengan menciptakan dan menghancurkan medan magnet. Dalam Boost converter, tegangan output akan selalu lebih tinggi dari tegangan input. Karakteristik tersebut membuat boost converter digunakan untuk sistem MPPT, sebab ketika arus terputus maka tegangan yang terukur akan sama dengan tegangan rangkaian terbuka. Gambar rangkaian boost converter ditunjukkan oleh Gambar 2.3. Boost converter bekerja dengan cara membuka dan menutup switch secara berkala.
Gambar 2.3 Rangkaian Boost Converter
2.4 MOSFET
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) adalah sebuah perangkat semikonduktor yang secara luas di gunakan sebagai switch dan sebagai penguat sinyal pada perangkat elektronik. MOSFET adalah inti dari sebuah IC (integrated Circuit) yang di desain dan di fabrikasi dengan single chip karena ukurannya yang sangat kecil. MOSFET memiliki empat gerbang terminal antara lain adalah Source (S), Gate (G), Drain (D) dan Body(B).
MOSFET bekerja secara elektonik memvariasikan sepanjang jalur pembawa muatan (electron atau hole).Muatan listrik masuk melalui Saluran pada Source dan keluar melalui Drain.Lebar Saluran di kendalikan oleh tegangan pada electrode yang di sebut dengan Gate atau gerbang yang terletak antara Source dan Drain.ini terisolasi dari saluran di dekat lapisan oksida logam yang sangat tipis.
Kapasitas MOS pada komponen ini adalah bagian Utama nya.
Tujuan dari MOSFET adalah mengontrol Tegangan dan Arus melalui antara Source dan Drain.Komponen ini hampir seluruh nya sebagai switch.Kerja MOSFET bergantung pada kapasitas MOS. Kapasitas MOS adalah bagian utama dari MOSFET.Permukaan semikonduktor pada lapisan oksida di bawah yang terletak di antara terminal sumber dan saluran pembuangan.Hal ini dapat dibalik dari tipe-p ke n-type dengan menerapkan tegangan gerbang positif atau negatif masing-masing. Ketika kita menerapkan tegangan gerbang positif, lubang yang ada di bawah lapisan oksida dengan gaya dan beban yang menjijikkan didorong ke bawah dengan substrat.
Daerah penipisan dihuni oleh muatan negatif terikat yang terkait dengan atom akseptor.Elektron mencapai saluran terbentuk.Tegangan positif juga menarik elektron dari sumber n dan mengalirkan daerah ke saluran.Sekarang, jika voltase diterapkan antara saluran pembuangan dan sumber, arus mengalir bebas antara
sumber dan saluran pembuangan dan tegangan gerbang mengendalikan elektron di saluran.
Gambar 2.4 MOSFET IRG 3205
2.5 PWM (Pulse Width Modulation)
Pulse Width Modulation (PWM) secara umum adalah sebuah cara memanipulasi lebar sinyal yang dinyatakan dengan pulsa dalam satu periode, untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda. Bebarapa contoh aplikasi PWM adalah pemodulasian data untuk telekomunikasi, pengontrolan daya atau tegangan yang masuk ke beban, regulator tegangan, audio effect dan penguatan, serta aplikasi-aplikasi lainnya (Prayogo, 2012). Gambar 2.6 dibawah menunjukkan bentuk gelombang PWM.
Gambar 2.5 Gelombang PWM
Sinyal PWM pada umumnya memiliki amplitude dan frekuensi dasar yang tetap, namun memiliki lebar pulsa yang bervariasi. Lebar pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitude sinyal asli yang belum termodulasi. Artinya, sinyal PWM memiliki frekuensi gelombang yang tetap namun duty cycle bervariasi antara 0%
hingga 100%. Satu siklus pulsa merupakan kondisi high kemudian berada di zona transisi ke kondisi low. Lebar pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitudo sinyal asli yang belum termodulasi. Duty Cycle merupakan representasi dari kondisi logika high dalam suatu periode sinyal dan dinyatakan dalam bentuk (%) dengan range 0% sampai 100%, sebagai contoh jika sinyal berada dalam kondisi
high terus menerus artinya memiliki duty cycle sebesar 100%. Jika waktu sinyal keadaan high sama dengan keadaan low maka sinyal mempunyai duty cycle sebesar 50%. Perubahan duty cycle akan merubah tegangan keluaran atau tegangan rata-rata dari PWM.
2.6 Solar Charge Controller
Solar Charge Controller adalah peralatan elektronik yang digunakan untuk mengatur arus searah yang diisi ke baterai dan diambil dari baterai ke beban. Solar charge controller mengatur overcharging (kelebihan pengisian karena baterai sudah penuh) dan kelebihan voltase dari panel surya / solar cell. Kelebihan voltase dan pengisian akan mengurangi umur baterai. Solar charge controller menerapkan teknologi Pulse Width Modulation (PWM) untuk mengatur fungsi pengisian baterai dan pembebasan arus dari baterai ke beban.
Panel surya / solar cell 12 Volt umumnya memiliki tegangan output 16 - 21 Volt. Jadi tanpa solar charge controller, baterai akan rusak oleh over-charging dan ketidakstabilan tegangan. Baterai umumnya di-charge pada tegangan 14 - 14.7 Volt.
Beberapa fungsi detail dari solar charge controller adalah sebagai berikut:
Mengatur arus untuk pengisian ke baterai, menghindari overcharging, dan overvoltage.
Mengatur arus yang dibebaskan/diambil dari baterai agar baterai tidak 'full discharge', dan overloading.
Monitoring temperatur baterai
Seperti yang telah disebutkan di atas solar charge controller yang baik biasanya mempunyai kemampuan mendeteksi kapasitas baterai. Bila baterai sudah penuh terisi maka secara otomatis pengisian arus dari panel surya / solar cell berhenti. Cara deteksi adalah melalui monitor level tegangan batere. Solar charge controller akan mengisi baterai sampai level tegangan tertentu, kemudian apabila level tegangan drop, maka baterai akan diisi kembali.
Solar Charge Controller biasanya terdiri dari : 1 input (2 terminal) yang terhubung dengan output panel surya / solar cell, 1 output (2 terminal) yang terhubung dengan baterai / aki dan 1 output (2 terminal) yang terhubung dengan beban (load). Arus listrik DC yang berasal dari baterai tidak mungkin masuk ke panel
sel surya karena biasanya ada 'diode protection' yang hanya melewatkan arus listrik DC dari panel surya / solar cell ke baterai, bukan sebaliknya.
Charge Controller bahkan ada yang mempunyai lebih dari 1 sumber daya, yaitu bukan hanya berasal dari matahari, tapi juga bisa berasal dari tenaga angin ataupun mikro hidro. Di pasaran sudah banyak ditemui charge controller 'tandem' yaitu mempunyai 2 input yang berasal dari matahari dan angin. Untuk ini energi yang dihasilkan menjadi berlipat ganda karena angin bisa bertiup kapan saja, sehingga keterbatasan waktu yang tidak bisa disuplai energi matahari secara full, dapat disupport oleh tenaga angin. Bila kecepatan rata-rata angin terpenuhi maka daya listrik per bulannya bisa jauh lebih besar dari energi matahari.
2.7 Arduino Nano
Arduino Nano adalah salah satu varian 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 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.
Gambar 2.6 Mikrokontroller Arduino Nano 2.8 Sensor Arus
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 oleh mikrokontroler maka sinyal tegangan AC ini di searahkan oleh rangkaian penyearah.
Gambar 2.7 Sensor Arus (ACS712)
2.9 Sensor Tegangan
Sensor tegangan menggunakan transformator tegangan sebagai penurun tegangan dari 220 ke 5 Volt AC kemudian disearahkan menggunakan jembatan diode untuk mengubah tegangan AC ke tegangan DC, kemudian di filter menggunakan kapasitor setelah itu masuk kerangkaian pembagi tegangan untuk menurunkan tegangan, tegangan yang dihasilkan tidak lebih dari 5 Volt DC sebagai inputan ke mikrokontroler.
Gambar 2.8 Rangkaian Sensor Tegangan
2.10 Sensor Suhu DS18B20
DS18B20 adalah jenis sensor yang berfungsi untuk mendeteksi suhu ruangan yang merupakan jenis seri sensor terbaru dari keluaran produsen Maxim.
Sensor ini dapat mendeteksi suhu dari -55°C sampai 125°C dengan tingkat keakurasian (+/-0.5°C ) dan dengan resolusi 9 – 12-bit. Sensor ini merupakan salah satu jenis sensor suhu yang unik. Setiap sensor yang diproduksi memiliki
kode unik sebesar 64-Bit yang disematkan pada masing-masing chip, sehingga memungkinkan penggunaan sensor dalam jumlah besar hanya melalui satu kabel saja (single wire data bus/1-wire protocol). Ini merupakan komponen yang luar biasa, dan merupakan batu patokan dari banyak proyek-proyek data logging dan kontrol berbasis temperatur di luar sana.
Gambar 2.9 Sensor Suhu DS18B20 2.11 Baterai
Baterai merupakan sebuah benda yang dapat atau bisa mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Energi listrik yang dihasilkan oleh baterai tersebut sama seperti akumulator, yakni listrik searah dikatakan DC. Jumlah listrik yang dihasilkan tersebut tergatung dari seberapa besar baterai tersebut. Sangat beragam fungsi dari baterai dalam kehidupan sehari-hari namun memiliki intinya yang sama yakni sebagai sumber energi, karena hampir pada semua alat elektronik yang sifatnya mobile juga perlu baterai sebagai sumber energi. Sebut misalnya seperti HP, senter, power bank, drone, remote TV dan AC, dan lain sebagainya.
Semua alat-alat tersebut membutuhkan baterai agar bisa bekerja.
Gambar 2.10 Baterai 2.12 Thermo Electric Cooler (TEC)
TEC adalah singkatan dari “Thermo-Electric Cooler”, sebuah komponen pendingin solid-state elektrik yang bekerja sebagai “pemompa-panas” dalam melakukan proses pendinginan. TEC memindahkan panas melalui kedua sisinya.
TEC mengabsorbsi panas melalui salah-satu sisinya dan memancarkan panas melalui satu sisi lainnya. Pada bagian sisi TEC yang mengabsorbsi panas terjadi efek pendinginan, inilah yang dimanfaatkan untuk berbagai keperluan pendinginan.
Pendingin Peltier adalah sebutan lain untuk TEC, disebut demikian karena TEC memanfaatkan “efek-Peltier”. Efek Peltier pertama kali ditemukan oleh Jean Charles Antanase Peltier pada tahun 1834. Kata “Peltier” diambil dari namanya.
Efek Peltier adalah efek timbulnya panas pada satu sisi dan timbulnya dingin pada sisi lainnya manakala arus listrik DC dilewatkan kepada untaian dari dua tipe material berbeda yang dipertemukan. Material tersebut adalah material thermo- electric element yang dibuat dari bahan semikonduktor. Di antara bahan semikonduktor yang dapat dijadikan thermo-electric element adalah : Bismuth- telluride (Bi2Te3), Lead-telluride (PbTe), Silicon-germanium (SiGe), dan Bismuth-antimony (BiSb). Bismuth-telluride belakangan lebih umum digunakan karena mempunyai sifat-sifat unggulan. Dari bahan semikonduktor tersebut dibuatlah dua tipe yang berbeda, satu tipe “N” (negatif) dan satunya lagi tipe “P”
(positif).
Gambar 2.11 Elemen Peltier
2.13 Efisiensi Daya
Daya adalah jumlah energi yang diserap atau dihasilkan dalam sebuah sirkuit/rangkaian. Sumber energi seperti tegangan listrik akan menghasilkan daya listrik sedangkan beban yang terhubung dengannya akan menyerap daya listrik tersebut. Dengan kata lain, Daya listrik adalah tingkat konsumsi energi dalam sebuah sirkuit atau rangkaian listrik. Kita mengambil contoh Lampu Pijar dan Heater (Pemanas), Lampu pijar menyerap daya listrik yang diterimanya dan
mengubahnya menjadi cahaya sedangkan Heater mengubah serapan daya listrik tersebut menjadi panas. Semakin tinggi nilai Watt-nya semakin tinggi pula daya listrik yang dikonsumsinya. Dalam rumus perhitungan, Daya Listrik biasanya dilambangkan dengan huruf “P” yang merupakan singkatan dari Power.
Sedangkan Satuan Internasional (SI) Daya Listrik adalah Watt yang disingkat dengan W. Watt adalah sama dengan satu joule per detik (Watt = Joule / detik).
Dalam penggunaan peralatan elektronika pasti ditemukan kehilangan daya.
Kehilangan daya diakibatkan karena dilepaskan dalam bentuk lain yaitu panas, cahaya dan lain lain. Perbandingan antara daya yang masuk dengan daya yang keluar disebut dengan efisensi daya. Adapaun persamaan efisensi daya adalah sebagai berikut.
η =𝑃𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑖𝑛 x 100% … … … . … … … (2.1) dimana : 𝑃𝑜𝑢𝑡 = Daya output (Watt)
𝑃𝑖𝑛 = Daya Input (Watt) η = Efisiensi (%)
Efisiensi Panel Surya dihitung dengan rasio antara daya listrik yang disalurkan, dan jumlah intensitas sinar matahari (W / m²) yang diterima pada permukaan (m²) dari setiap sel Panel Surya:
ɳ𝑃𝑉 =𝑃𝑜𝑢𝑡 𝐼×𝐴 × 100% … … … (2.2)
Efisiensi MPPT adalah:
𝜂𝑀𝑃𝑃𝑇 =𝑃𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑖𝑛 = 𝑉𝑜𝑢𝑡𝑉 .𝐼𝑜𝑢𝑡
𝑝𝑣.𝐼𝑝𝑣 𝑥 100% … … … . … … … . … … … … (2.3)
2.14 Koefisien Performansi Termoelektrik
Kulkas portabel banyak digunakan karena sederhana dalam desain, mudah untuk dibuat, mudah perawatannya dan membutuhkan material yang murah untuk konstruksinya. Masalah utama dengan sistem ini adalah koefisien kinerja yang rendah. Beberapa peneliti telah menggunakan material sebagai alat pendingin.
Banyak peneliti telah menggunakan dalam dua cara baik pemanasan maupun pendinginan. Memiliki untuk meningkatkan krisis energi, lebih banyak pekerjaan penelitian dilakukan untuk meningkatkan kenyamanan manusia. Untuk menyeimbangkan energi dan kenyamanan manusia, pekerjaan sekarang dilakukan.
Desain dan fabrikasi sistem lemari es portabel telah selesai. Dalam pekerjaan ini telah dilakukan upaya untuk meningkatkan kenyamanan manusia dengan memiliki lemari es portabel untuk menyimpan obat, botol, coklat dll dan sekaligus sebagai tambahan kita dapat memiliki pendingin udara tangan jika kipas terpasang dan beberapa alat peltier digunakan.
Berdasarkan prinsip kerja dari komponen Termoelektrik, maka dapat dianalisa nilai koefisien performansi termoelektrik diberikan oleh efek peltier dan seebeck termoelektrik saat diberikan tegangan dan menghasilkan perbedaan suhu.
Maka, analisa teori yang diberikan ialah sebagai berikut:
1. Jumlah panas yang di ekstrak dari ruang pengujian keluar yaitu, panas yang diserap oleh sisi dingin perangkat termoelektrik, diberikan oleh:
QL = [𝑆𝐼𝑇𝐶−12𝐼2𝑅 − 𝐾(𝑇ℎ − 𝑇𝑐)] (-) tanda untuk penolakan panas.
2. Jumlah panas yang di ekstrak dari sisi panas ke pendingin yaitu, panas yang diserap oleh pendingin keluar diberikan oleh:
QH = [𝑆𝐼𝑇𝐻+12𝐼2𝑅 − 𝐾(𝑇ℎ − 𝑇𝑐)]
3. Koefisien Seebeck (S) dan hambatan listrik (R) dalam satuan Ohm bergantung pada bahan yang digunakan dalam TEC, tetapi juga pada geometri perangkat, yang diberikan oleh jumlah dan dimensi elemen semikonduktor tipe P dan tipe N sendiri.
Dimana:
S = Koefisien Seebeck I = Arus
TC = Suhu pada Sisi Dingin TH = Suhu pada Sisi Panas R = Hambatan Listrik K = Konduktivitas Termal
QL, QH = Kalor diserap dan Kalor dibuang masing-masing
4. Spesifikasi modul TEC: Kedua model ini terdiri dari semikonduktor bismuth telluride. Properti dari modul-modul ini seperti yang disebutkan dibawah ini.
Koefisien Seebeck (S) = 0,01229 V/K (Volt/Kelvin) Konduktivitas Termal (K) = 0,1815 W/K
Hambatan Listrik (R) = 4Ω
5. Total energi yang disuplai ke modul peltier akan dihitung dengan mengetahui tegangan dan arus yang mengalir ke rangkaian sistem yaitu TEC sebagai komponen semikonduktor pandingin sistem.
W = QH – QL Dimana W = Total Energi yang disuplai
6. Oleh karena itu, parameter non-dimensi yang disebut koefisien performansi digunakan untuk mengukur kinerja sistem pendingin. COP adalah rasio daya keluaran termal dan daya masukan listrik TEC. COP dapat dihitung dengan membagi jumlah panas yang diserap disisi deingin dengan daya input.
COP = QL/Total Energi (W)
(N. Lavanya, R.E Ravalika and V Dharani, 2018)
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Pada proses penelitian, pembuatan alat dan pengujian alat dilakukan di Laboratorium Elektronika Dasar, proses penelitian, dari pembuatan alat, pengujian alat dan pengolahan data.
3.2 Diagram Blok
Gambar 3.1 Diagram Blok Panel Surya
MPPT
Charge Controller
Baterai TEC1 12706
Ruang Pengujian Pembuangan
Panas
Mikrokontroler
Keypad
Sensor Suhu
SD Card
3.2.1 Penjelasan Fungsi Tiap Blok dari Diagram Blok
1. Panel Surya : Sebagai penghasil daya DC yang belum teregulasi yang dihasilkan dari cahaya matahari.
2. MPPT : Sebagai rangkaian yang mengubah arus DC yang belum teregulasi menjadi arus DC yang stabil.
3. Charge Controller : Sebagai pengontrol tegangan dan arus dari MPPT yang akan disalurkan ke baterai.
4. Baterai : Sebagai tempat penyimpanan daya.
5. TEC 12706 : Sebagai penimbul suhu saat dialiri arus listrik dari Baterai.
6. Sensor Suhu : Sebagai sensor untuk mengukur suhu.
7. Mikrokontroler : Sebagai pemrogram untuk mengeksekusi perintah disetiap rangkaian.
8. Keypad : Sebagai kendali input awal suhu.
9. Modul SD Card : Sebagai penyimpan data hasil pembacaan sensor suhu.
3.3 Rangkaian DC ke DC Konverter
Secara umum, konverter DC-DC berfungsi untuk mengkonversikan daya listrik searah (DC) ke bentuk daya listrik DC lainnya yang terkontrol arus, atau tegangan, atau dua-duanya.
Gambar 3.2 Rangkaian DC to DC Konverter
Boost Konverter, seperti namanya, konverter step-up atau boost mengubah tegangan input yang lebih rendahmenjadi tegangan output yang lebih tinggi stabil.
Diagram sirkuit yang disederhanakan dan arus utama dan bentuk gelombang tegangan. Dengan S1 tertutup, arus mengalir melalui induktor L1 yang meningkat secara linear pada rasioVIN / L1.Selama periode ini, arus beban disuplai dari energi yang tersimpan di C1. Kapan saklar dibuka lagi, energi yang tersimpan di induktor menyebabkan tegangan output tinggi ditumpangkan ke tegangan input.
Arus yang dihasilkan mengalir melalui freewheeling diode D1 untuk memasok beban dan juga mengisi ulang C1. Arus melalui induktor jatuh linear dan proporsional ke (VOUT - VIN) / L1.
3.4 Rangkaian LCD
Pengoperasian LCD dengan Arduino. Setelah sensor pir sudah mendeteksi gelombang infrared, variabel resistor akan mengirimkan data ke Arduino melalui pin-pin kemudian Arduino menerima data yang terbaca dan ditampilkan oleh LCD. Berikut adalah skematik rangkaian LCD.
Gambar 3.3 Rangkaian LCD
3.5 Rangkaian Sensor Suhu DS18B20
Sensor suhu DS18B20 adalah sensor suhu yang memiliki keluaran digital.
DS18B20 memiliki tingkat akurasi yang cukup tinggi, yaitu 0,5°C pada rentang suhu -10°C sampai +85°C. Sensor suhu pada umumnya membutuhkan ADC dan beberapa pin port pada mikrokontroler, namun DS18B20 ini tidak membutuhkan ADC agar dapat berkomunikasi dengan mikrokontroler dan hanya membutuhkan 1 wire saja.
Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Suhu DS18B20
3.6 Rangkaian Keypad
Keypad berarti Sebuah keyboard miniatur atau set tombol untuk operasi perangkat elektronik, telepon, atau peralatan lainnya. Keypad merupakan sebuah rangkaian tombol yang tersusun atau dapat disebut "pad" yang biasanya terdiri dari huruf alfabet (A—Z) untuk mengetikkan kalimat, juga terdapat angka serta simbol-simbol khusus lainnya. Berikut skematik rangkaian Keypad yang digunakan dalam penelitian.
Gambar 3.5 Rangkaian Keypad Sebagai Input
3.7 Rangkaian Keseluruhan Penelitian
Gambar 3.6 Rangkaian Keseluruhan Sistem
3.8 Diagram Alir (FlowChart)
No
Yes
Gambar 3.7 Diagram Alir (FlowChart)
Start
Inisialisasi pin sensor, keypad, relay I2C dan LCD
Penentu set point dengan keypad
Arduino Nano
Deteksi suhu ruangan dan set point
Tampilkan srt time dan suhu pada LCD 16x2 dan simpan di
SD Card
Set point <=
suhu Pompa dan TEC OFF
Pompa dan TEC ON
Selesai
BAB 4
PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Pengujian Sensor Tegangan
Pada pengujian sensor tegangan menggunakan rangkaian pembagi tegangan sedangkan pengujian sensor arus menggunakan ACS712. Pengujian sensor tegangan dilakukan untuk menguji pembacaan sensor tegangan yang digunakan dan dibandingkan dengan pembacaan multimeter. Percobaan menggunakan tegangan masukan dari baterai yang diubah.
Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Sensor Tegangan Pengujian
Ke- Multimeter Sensor ∆Error %Error
1 3,29 3,14 0,15 4,55
2 3,41 3,38 0,03 0,87
3 3,88 3,86 0,02 0,51
4 5,16 5,07 0,09 1,74
5 5,61 5,55 0,06 1,06
6 6,80 6,75 0,05 0,73
7 7,24 7,24 0 0
8 9,40 9,41 0,01 0,10
9 11,92 12,06 0,14 1,17
10 11,95 12,06 0,11 0,92
Rata-rata 0.06 1,16
Gambar 4.1 Grafik Linearitas Kalibrasi Sensor Tegangan
0 2 4 6 8 10 12 14
0 5 10 15
Nilai yang terbaca pada sensor tegangan (V)
Nilai Pengaturan Pada Voltmeter (V)
Grafik Linearitas Kalibrasi Sensor
Tegangan
4.2 Pengujian Sensor Arus
Pengujian sensor arus dilakukan untuk melihat performansi arus ACS712 dan memastikan keakurasiannya dengan pembaca arus menggunakan multimeter.
Pengujian dilakukan menggunakan tegangan masukan dari baterai yang diubah- ubah tegangannya dan dipasangkan beban.
Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Sensor Arus
Beban (ΩJ) Multimeter (A) Sensor Arus (A) ∆Error %Error
0,33 10,03 10,05 0,02 0,19
0,39 9,11 9,38 0,27 2,96
1 5,55 5,55 0 0
1,8 3,52 3,45 0,07 1,98
4,7 2,08 2,05 0,03 1,44
6,8 1,53 1,58 0,05 3,26
10 1,09 1,12 0,03 2,75
12 1,03 1,05 0,02 1,94
18 0,60 0,60 0 0
39 0,30 0,30 0 0
Rata-rata 0,04 1,45
Gambar 4.2 Grafik Kalibrasi Sensor Arus
0 2 4 6 8 10 12
0 10 20 30 40 50
Arus ( A)
Hambatan (Ω)
Kalibrasi Sensor Arus ACS712 5A
Sensor Arus (A)
4.3 Pengujian Sensor Suhu DS18B20
Pengujian ini dilakukan dengan metode menggunakan alat kalibrasi analog termometer dimana tujuan percobaan ini dilakukan untuk mengetahui keakurasian sensor suhu DS18B20 dalam membaca suhu dengan konfigurasi pin. Berikut program yang digunakan.
*/
// the setup routine runs once when you press reset:
void setup() {/*
ReadAnalogVoltage
Reads an analog input on pin 0, converts it to voltage, and prints the result to the Serial Monitor.
Graphical representation is available using Serial Plotter (Tools > Serial Plotter menu).
Attach the center pin of a potentiometer to pin A0, and the outside pins to +5V and ground.
This example code is in the public domain.
// initialize serial communication at 9600 bits per second:
Serial.begin(9600);
}
// the loop routine runs over and over again forever:
void loop() {
// read the input on analog pin 0:
int sensorValue = analogRead(A0);
// Convert the analog reading (which goes from 0 - 1023) to a voltage (0 - 5V):
float voltage = sensorValue * (5.0 / 1023.0);
// print out the value you read:
Serial.println(voltage);
}
Tabel 4.3 Data Pengujian Sensor Suhu DS18B20 No Pin Arduino Uno DS18B20
1 VCC VCC
2 GND Gnd
3 A1 Out Data
No DS18B20 Kalibrasi
1 30,02 30
2 44,09 45
3 50,05 50
4 67,04 67
4.4 Pengujian Keypad
Pengujian ini dilakukan untuk menetapkan suhu awal sebagai setpoint pada rangkaian keypad. Nilai setpoint merupakan suhu sistem pendingin pada umumnya (25℃ − 20℃), sehingga mikrokontroler dapat mengeksekusi perintah yang diberikan pada rangkaian. Berikut program yang digunakan.
*/
#include <Keypad.h>
const byte ROWS = 4; //four rows const byte COLS = 3; //three columns char keys[ROWS][COLS] = {
{'1','2','3'}, {'4','5','6'}, {'7','8','9'}, {'*','0','#'}
};
byte rowPins[ROWS] = {9,8,7,6}; //connect to the row pinouts of the keypad byte colPins[COLS] = {5,4,3}; //connect to the column pinouts of the keypad
Keypad keypad = Keypad( makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS );
void setup(){
Serial.begin(9600);
}
void loop(){
char key = keypad.getKey();
if (key){
Serial.println(key);
} }
Berikut adalah tampilan outpout dari hasil penelitian.
Gambar 4.3 Pengujian Keypad
4.5 Pengujian Kurva Karakteristik Panel Surya
Pada penelitian ini, digunakan Panel surya dengan spasifikasi berdasarkan Data Sheet sebagai berikut ini:
Pmax : 85W
Voc : 22.46 V
Isc : 5.23 A
Vpm : 18.07 V
Ipm : 4.69 A
Berat : 7.5 Kg
Dimensi : 0.125×0.125×36=0.5625 m
Jumlah sel seri dan pararel : 9×4
Luas 1 sel : 12.5×12.5 cm2
Pengujian Karakteristik panel surya dilakukan untuk melihat nilai keluaran tegangan dan arus yang dihasilkan oleh panel surya. Panel surya yang digunakan berdasarkan dengan spasifikasi seperti yang diatas. Berikut hasil pengujian yang dilakukan dengan menggunakan beban yang berbeda dan intensitas yang berbeda.
Tabel 4.4 Pengujian Karakteristik Panel Surya
Intensitas 200 W/m2 Intensitas 400 W/m2
Mulai dari Pukul 15:19 WIB Mulai dari Pukul 12:10 WIB
R V I P
0,33 0 1,12 0
0,39 0,24 1,12 0,2688
1 0,72 1,12 0,8064
1,8 1,93 1,12 2,1616 3,3 3,62 1,12 4,0544
3,9 4,34 1,05 4,557
4,7 5,55 1,05 5,8275 6,8 7,48 1,05 7,8540 10 11,34 1,05 11,907 12 13,75 1,05 14,4375 18 17,13 0,9 15,417 39 18,82 0,45 8,469
56 19,06 0,3 5,718
120 19,3 0,3 5,79
150 19,54 0,15 2,931
220 19,78 0 0
R V I P
0,33 0,48 2,25 1,08
0,39 1,83 2,25 4,1175
1 4,1 2,25 9,225
1,8 7,72 2,33 17,9876
3,3 8,68 2,25 19,53
3,9 11,1 2,25 24,975 4,7 14,72 2,18 32,0896 6,8 15,2 2,18 33,136 10 17,37 1,73 30,0501 12 17,61 1,65 29,0565 18 17,85 1,58 28,203 39 19,06 0,9 17,154 56 19,54 0,45 8,793 120 19,78 0,08 1,5824
150 19,78 0 0
220 20,02 0 0
Intensitas 600 W/m2 Intensitas 800 W/m2
Mulai dari Pukul 09:38 WIB Mulai dari Pukul 11:35 WIB
Intensitas 1000 W/m2
Mulai dari Pukul 12:49 WIB
R V I P
0,33 0,72 3,38 2,4336
0,39 0,96 3,3 3,168
1 3,14 3,3 10,362
1,8 6,03 3,3 19,899
3,3 11,1 3,3 36,63
3,9 13,03 3,3 42,999 4,7 13,51 3,3 44,583 6,8 15,68 3,15 49,392 10 15,92 3,15 50,148 12 17,61 2,55 44,9055 18 18,82 1,73 32,5586 39 19,54 0,98 19,1492 56 20,02 0,37 7,4074 120 20,26 0,15 3,039 150 20,26 0,08 1,6208
220 20,5 0 0
R V I P
0,33 1,45 4,58 6,641
0,39 1,69 4,58 7,7402 1 4,82 4,58 22,0756 1,8 8,68 4,43 38,4524 3,3 14,72 4,2 61,824 3,9 15,92 3,9 62,088 4,7 16,89 3,38 57,0882 6,8 18,09 2,55 46,1295 10 18,82 1,88 35,3816 12 19,06 1,73 32,9738 18 19,3 1,05 20,265 39 19,78 0,53 10,4834 56 20,02 0,37 7,4074 120 20,26 0,15 3,039 150 20,26 0,08 1,6208
220 20,5 0 0
R V I P
0,33 2,17 5,85 12,6945 0,39 6,03 5,85 35,2755
1 11,34 5,7 64,638
1,8 16,16 4,65 75,144 3,3 16,89 4,05 68,4045 3,9 17,13 3,98 68,1774 4,7 17,61 3,38 59,5218 6,8 18,09 2,63 47,5767 10 18,33 2,55 46,7415 12 18,82 1,8 33,876 18 19,3 1,05 20,265 39 19,78 0,53 10,4834 56 19,78 0,45 8,901 120 19,78 0,37 7,3186 150 20,02 0,15 3,003
220 20,26 0 0
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80
0 10 20 30
Daya (P)
Tegangan (V)
Karakteristik P - V Panel Surya
200 W/
m2 400 W/
m2 -1
0 1 2 3 4 5 6 7
0 10 20 30
Arus (I)
Tegangan (V)
Karakteristik I - V Panel Surya
200w/
m2 400w/
m2 600w/
m2
Berikut penyajian data dalam bentuk grafik dari hasil pengukuran I vs V dan P vs V dari panel surya.
Gambar 4.4 Kurva karakterisik Arus vs Tegangan
Gambar 4.5 Kurva karakterisik Daya vs Tegangan
Pada gambar 4.4 dan gambar 4.5 diatas, adalah kurva karakteristik dari hasil pengujian panel surya dengan menggunakan beban yang berbeda, yaitu : 0.33 Ω, 0.39 Ω, 1 Ω, 1.8 Ω, 3.3 Ω, 3.9 Ω, 4.7 Ω, 6.8 Ω, 10 Ω, 12 Ω, 18 Ω, 39 Ω, 56 Ω, 120 Ω, 150 Ω, dan 220 Ω. Dan juga pengujian dilakukan dengan mengatur intensitas cahaya dari 200 W/m2, 400 W/m2,600 W/m2, 800 W/m2 dan 1000 W/m2. Kemudian didapatkan data dalam bentuk grafik antara Arus vs Teganga dan Daya vs Tegangan.
4.6 Pengujian Sinyal PWM dari Arduino
Untuk mengatur nilai duty cycle, menggunakan fungsi analogWrite ([nomorPin], [nilai]). Nilai pada parameter berkisar antara 0 hingga 255. Simulasi PWM hanya bisa dilakukan pada pin-pin tertentu seperti pada Arduino Nano, pin yang dapat menggunakan fungsi ini hanya pin 3, 5, 6, 9, 10 dan 11. Biasanya pin PWM disimbolkan dengan karakter '~'. Duty cycle dapat diatur dengan memetakan range 0 hingga 100% pada nilai analog 0 hingga 255 dengan persamaan dibawah ini
Nilai analog = Duty Cycle
100 x 255
Berikut ini adalah program dan hasil pengujian PWM pada pin 5 Arduino Nano dengan nilai analog 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 dan 80. Dengan program sebagai berikut:
int pinPWM = 5;
void setup() {
pinMode(pinPWM,OUTPUT);
}
void loop() {
analogWrite(pinPWM,20);
TCCR0B = (TCCR0B & 0b11111000) | 1;
while(1);
}
4.7 Pengujian DC to DC Converter
Pengujian Boost Converter dilakukan pada tegangan masukan sekitar 12 volt dengan memvariasikan PWM yang di program pada software arduino yang mengatur MOSFET. Berikut ini hasil pengujian Boost Converter.
Tabel 4.5 Data hasil pengujian Boost converter dengan variasi Duty Cycle Vin
(Volt)
Nilai ADC (0-254)
Duty Cycle (0-100%)
Vout (Volt)
12,37 10 3,9 26,84
12,37 20 7,8 33,74
12,36 30 11,8 41,4
12,35 40 15,7 48,6
12,35 50 19,6 56,3
12,36 60 23,5 57,5
12,37 70 27,4 57,7
12,32 80 31,4 57,8
4.8 Efisiensi Panel Surya
Efisiensi panel surya adalah perbandingan antara daya output dengan daya input, dimana daya output adalah hasil perkalian tegangan dan arus, sedangkan input adalah hasil perkalian luas permukaan dengan intensitas. Sehingga, dari data yang sudah didapatkan dapat disimpulkan:
ᶇ = 𝑃𝑚𝑎𝑥
𝐼𝑥𝐴 ×100%
Dimana:
I (intensitas) : 1000 watt/m2
A : 0.125 m ×0.125 m ×36=0.5625 m2 Pout rata-rata : 75,144 W
Maka nilai efisiensi Panel surya tersebut adalah:
ᶇ = 𝑃𝑜𝑢𝑡 𝑅𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎
𝐼𝑥𝐴 x 100%
ᶇ= 75,144
1000 𝑥 0,5625 x 100%
ᶇ = 13,35%
4.9 Efisiensi MPPT P&O
Dari data yang dihasilkan dengan menggunakan MPPT P&O, nilai rata- rata tegangan masukan sebesar 17,65 V, nilai rata-rata tegangan keluaran sebesar 18,75 V, nilai rata-rata arus masukan 3,08 A, nilai rata-rata arus keluaran sebesar 2,48 A. Kemudian didapat nilai rata-rata daya masukan sebesar 54,36 W dan nilai rata-rata daya keluaran sebesar 46,5 W.
Sehingga didapat nilai efisiensinya : ᶇ = 𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑖𝑛 x 100 % ᶇ = 46,5
54,36x 100 % ᶇ = 85,53 %
Maka efisiensi daya menggunakan MPPT ialah sebesar 85,53 %.
4.10 Koefisien Performansi Termoelektrik
Pada penelitian ini, digunakan TEC1-12706 dengan spasifikasi berdasarkan Data Sheet sebagai berikut ini:
Tegangan Kerja : 0-15,2 V DC Arus Kerja : 6 Ampere
Pmax : 91,2 Watt
Dimensi : 4 cm x 4 cm x 4 cm
Berat : 25 gr
Ketika TEC dialiri tegangan 12 V dan arus 5A akan memiliki perbedaan suhu antara 5℃ pada sisi dingin sampai 200℃ pada sisi panas, hal ini yang dapat menyebabkan kerusakan jika panas alat tidak di buang dengan baik, oleh karena itu alat yang digunakan menggunakan pompa untuk mengalirkan air secara terus- menerus sebagai pembuang panas dan waterblock sebagai padanan yang terhubung ke sisi dingin pada ruang pengujian dan sisi panas pada blok penyimpanan air.
Tabel 4.6 Data Temperatur Suhu Waktu Suhu (°C)
10:54:35 25,06 10:56:30 17,19 10:58:24 14,25 11:00:19 13,25 11:02:14 12,94 11:04:09 12,69 11:06:03 12,38 11:07:58 11,53 11:09:53 11,44 11:11:41 11 11:13:20 10,76 11:14:58 10,64
11:16:36 10,48 11:18:14 10,19 11:19:52 10,08 11:21:30 10
Gambar 4.6 Grafik Penurunan Suhu
Grafik diatas menunjukkan proses penurunan suhu dalam ruang pengujian dengan dimensi ruang 0,2m×0,2m×0,2m (0,008m3) dengan set suhu di awal 10℃.
Panas yang diserap oleh sisi dingin:
QL = [𝑆𝐼𝑇𝐶−12𝐼2𝑅 − 𝐾(𝑇𝐻− 𝑇𝐶)]
QL = [(0,01229 × 2 × 283) − (12× 2 × 2 × 4) − 0,1815(298,06 − 283)]
QL = [6,9561 − 8 − 2,7333]
QL = −3,77 𝐽
Panas yang diserap oleh sisi panas:
QH = [𝑆𝐼𝑇𝐻+12𝐼2𝑅 − 𝐾(𝑇𝐻− 𝑇𝐶)]
QH = [(0,01229 × 2 × 298,06) + (12× 2 × 2 × 4) − 0,1815(298,06 − 283)]
QH = [7,3263 + 8 − 2,7333]
QH = 12,59 𝐽
Total Energi yang disuplai W = QH – QL
0 5 10 15 20 25 30
10:48:00 10:55:12 11:02:24 11:09:36 11:16:48 11:24:00
Suhu-vs-Waktu
Suhu (°C)
W = 12,59 – (-3,77) W = 16,37 J
Perhitungan COP
COP = QC/Total Energi (W) COP = 16,373,77
COP = 0,2307 = 23,07%
4.11 Efisiensi keseluruhan Kinerja dari Sistem Penyedia Daya Berbasis Panel Surya
Berdasarkan semua data yang telah di dapat maka kita dapat menghitung efiensi keseluruhan kinerja dari sistem dengan menghitung efiensi panel surya, efiensi mppt, dan koefisien Performansi Termoelektrik sebagai berikut:
ɳ𝑆𝐼𝑆𝑇𝐸𝑀= ɳ𝑃𝑉+ 𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ ᶇɳ𝑀𝑃𝑃𝑇+𝐶𝑂𝑃
= 13,35%+ 85,53%+23,07%
3
= 40,65%
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang sudah dilaksanakan, mulai dari hasil perancangan dan pembahasan sistem, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Dari hasil penelitian yang dilakukan, didapat nilai efisiensi dari panel surya yang digunakan sebesar 13,35%. Efisiensi panel surya tergolong rendah yang diakibatkan karena pemantulan kembali cahaya ke udara dan dipengaruhi oleh intensitas cahaya matahari. Nilai efisiensi alat sistem MPPT sebesar 85,53%. Nilai efisiensi MPPT dari penelitian ini dapat menjejak daya optimum dari keluaran panel surya. Nilai koefisien sistem pendingin TEC sebesar 23,07%. Nilai koefisien TEC tergolong rendah yang diakibatkan daya yang dialiri kepada sistem pendingin TEC sebagian terbuang ke sisi ruang panas. Dan keseluruhan sistem penyedia daya dengan efisiensi 40,65%.
2. Dari hasil penelitian yang dilakukan, didapat nilai titik suhu terendah yang didapatkan dari sistem pendingin Thermo Electric Cooler (TEC) adalah 10°C dari awal suhu ruangan yaitu 25,06°C. Dan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai titik suhu tersebut adalah 26 menit 55 detik.
5.2 Saran
Setelah melakukan penelitian, diperoleh beberapa hal yang dapat dijadikan saran untuk melakukan penelitian ini lebih lanjut yaitu:
1. Untuk pengembangan selanjutnya, sistem pendingin TEC dapat disempurnakan lebih bagus lagi untuk mencapai efisiensi yang baik.
2. Untuk peneliti selanjutnya, sebaiknya bisa mencapai suhu hingga 0°C sebagai nilai suhu pada titik beku.
DAFTAR PUSTAKA
Ba,Abdellahi.2018.Performance Optimization of the PV Pumping System.
Marocco : Abdelmalek Essaadi University Generation, IET, 4 (4), 317-328.
Greeen, M. A. (1982). Solar Cells Opertaing Principles, Technology and System Applications. New Jersey: Prentice-Hall.
Haruno Tahara, Sularso. 2000. Pompa dan Kompresor. Pradnya Paramita, Jakarta.
Hart, D. W. (1997). Introduction to Power Electronics. New Jersey: Prentics-Hall.
https://www.sandielektronik.com/2016/07/tec-atau-pendingin-peltier.html
Ikbal M., “Interkoneksi Sistem Photovoltaic dengan Grid”, Program studi teknik elektro, ITB, 2008.
N. Lavanya, R.E Ravalika and V. Dharani. (2018). Design and Fabrication of a Portable Refrigerator Based on Peltier Effect. India. GPREC
Nema, S., Nema, R. K., & Agnihotri, G. (2010). Matlab Simulink Based Study of Photovoltaic Cells Modules Array and Their ExperimentalVerification International Journal of Energy and Environment, 1 (3),
487-500.
Plegari, L., & Rizzo, R. (2010). Adaptive perturb and observe algorithm for photovoltaic maximum power point tracking. Renewable Power
Prayogo, Rudito.2012.PENGATURAN PWM (Pulse Width Modulation) dengan PLC .Universitas Brawijaya.
Rafi, A. dan Rif’an, M., (2007). Perancangan Sistem Penjejak Matahari Berbasis Mikrocontroller dan Sensor Cahaya. Skripsi.
Xiao, W., Dunford, W. G., Palmer, P. R., & Capel, A. (2007). Regulation of Photovoltaic Voltage. Industrial Electronics, IEEE Transaction on, 54(3), 1365-1374.
Yacine D., Jean-Paul G., Lazhar R., “Implementation of a new maximum powerd point tracking control strategy for small wind energi conversion systems without mechanical sensors”Energi Conversion and Management, 2 April 2015.
