OPTIMALISASI PEMANFAATAN MODUL SURYA SEBAGAI CATU DAYA PADA LAMPU, TIRAI, DAN KIPAS ANGIN OTOMATIS MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER.

(1)

OPTIMALISASI PEMANFAATAN MODUL SURYA SEBAGAI CATU

DAYA PADA LAMPU, TIRAI, DAN KIPAS ANGIN OTOMATIS

MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Sebagian dari Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains

Program Studi Fisika Jurusan Pendidikan Fisika

Oleh

Wida Lidiawati 0905710

JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA

(2)

Wida Lidiawati, 2014

OPTIMALISASI PEMANFAATAN MODUL SURYA SEBAGAI CATU

DAYA PADA LAMPU, TIRAI, DAN KIPAS ANGIN OTOMATIS

MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER

Oleh Wida Lidiawati

Sebuah skripsi yang ditujukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana pada Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Desember 2013

Hak cipta dilindungi undang-undang

Skripsi ini tidak boleh diperbanyak seluruhnya atau sebagian dengan dicetak

(3)

(4)

OPTIMALISASI PEMANFAATAN MODUL SURYA SEBAGAI CATU

DAYA PADA LAMPU, TIRAI, DAN KIPAS ANGIN OTOMATIS

MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER

oleh Wida Lidiawati

0905710

Pembimbing I: Lia Muliani, M.T. Pembimbing II: Drs. Waslaluddin, M.T. Jurusan Pendidikan Fisika, FPMIPA UPI

ABSTRAK

Saat ini pemanfaatan energi surya terus dikembangkan karena diharapkan energi surya mampu mengurangi penggunaan energi fosil. Pada penelitian ini, dilakukan optimalisasi pemanfaatan modul surya sebagai catu daya pada lampu, tirai, dan kipas angin otomatis. Adapun yang dimaksud dengan optimalisasi adalah mengetahui berapa lama modul surya dapat dimanfaatkan sebagai catu daya oleh lampu, tirai, dan kipas angin otomatis. Modul surya sendiri adalah kumpulan dari beberapa sel surya yang dapat mengonversi energi surya menjadi energi listrik atas dasar efek photovoltaic. Lampu yang digunakan berupa Light Emitting Diode (LED) dan pergerakan tirai serta kipas diatur oleh motor DC. Pada sistem otomatisasi dibuat rangkaian sensor dengan menggunakan Light Dependent Resistor (LDR). Tegangan keluaran dari LDR akan diolah oleh mikrokontroler untuk mengaktifkan aktuator, dalam hal ini LED dan motor DC. Ketika intensitas cahaya tinggi maka lampu padam, tirai terbuka, dan kipas menyala. Sedangkan sebaliknya, saat lampu menyala, tirai akan tertutup, dan kipas mati. Energi listrik yang dihasilkan modul surya akan disimpan di dalam akumulator. Proses pengisian akumulator membutuhkan waktu selama 3,5 jam. Energi listrik kemudian akan disalurkan ke beban (LED dan motor DC) dengan daya total 7,62 watt. Jika beban yang digunakan lampu, sistem dapat bekerja secara optimal selama 6 jam 55 menit. Sedangkan jika bebannya kipas angin, sistem dapat bekerja selama 7 jam 5 menit serta untuk gabungan lampu dan kipas angin selama 3 jam 10 menit.

(5)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

UCAPAN TERIMA KASIH... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL... ix

DAFTAR GRAFIK ... x

DAFTAR LAMPIRAN ... xi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

A. Latar Belakang ... 1

B. Rumusan Masalah ... 2

C. Tujuan ... 3

D. Batasan Masalah Manfaat ... 3

E. Manfaat Penelitian ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

A. Sel Surya ... 5

B. Pengisi Baterai (Charge Controller) ... 8

C. Akumulator ... 11

D. Fotoresistor/Light Dependent Resistor (LDR) ... 13

E. Mikrokontroler ATmega 8535 ... 15

F. Driver ... 16

G. Light Emitting Diode (LED) ... 18

H. Motor DC ... 20

I. Bahasa C ... 21

J. CodeVisionAVR ... 23

(6)

ii Wida Lidiawati, 2014

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 26

A. Metode Penelitian ... 26

B. Waktu dan Tempat Penelitian ... 26

C. Alat dan Bahan ... 27

D. Prosedur Penelitian ... 27

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 46

A. Modul Surya ... 46

B. Charge Controller ... 47

C. Catu Daya ... 52

D. Sensor Cahaya ... 53

E. Driver Motor DC ... 54

F. Sistem Kontrol ... 55

G. Sistem Secara Keseluruhan ... 61

BAB V PENUTUP ... 64

A. Simpulan... 64

B. Saran ... 64

DAFTAR PUSTAKA ... 65

(7)

DAFTAR GAMBAR

Gambar

2.1 Prinsip Kerja Sel Surya ... 5

2.2 Bentuk PV Cell, Modul, dan Array ... 6

2.3 Karakteristik I-V pada Sel Surya ... 7

2.4 Karakterisasi P-V pada Sel Surya ... 7

2.5 Sistem Kerja Charge Controller ... 11

2.6 Prinsip Pengosongan dan Pengisian Akumulator ... 12

2.7 Rangkaian LDR ... 14

2.8 Konfigurasi Pin ATmega 8535 ... 16

2.9 Prinsip Kerja Jembatan-H ... 17

2.10 Datasheet L293D ... 17

2.11 Struktur LED ... 19

3.1 Diagram Alir Penelitian ... 28

3.2 Diagram Blok Perangkat Keras (a) Sistem Catu Daya (b) Sistem Otomatisasi ... 29

3.3 Desain Konstruksi Mekanik untuk Menggerakkan Tirai ... 30

3.4 Desain Konstruksi Mekanik untuk Menggerakkan Kipas Angin ... 31

3.5 Rangkaian Charge Controller ... 32

3.6 Rangkaian Sensor Cahaya ... 33

3.7 Susunan LED ... 34

3.8 Sistem Minimum dan Programmer ATmega 8535 ... 35

3.9 Rangkaian Sistem Otomatisasi ... 36

(8)

iv Wida Lidiawati, 2014

3.11 Diagram Alir Program... 39

3.12 Tampilan Awal ISIS Proteus ... 41

3.13 Toolbar ISIS 7 Profesional ... 41

3.14 Code Program (Source Code) ... 44

3.15 Memasukkan Program ke Mikrokontroler ... 45

4.1 Kurva I-V Modul Surya ... 46

4.2 Modul Surya yang Digunakan ... 47

4.3 Skema Pengujian Saat Pengosongan Akumulator ... 48

4.4 Skema Pengujian Saat Pengisian Akumulator ... 50

4.5 Diagram Blok Sistem Kontrol ... 55

4.6 Lampu Padam, Tirai Terbuka, dan Kipas Angin Menyala ... 60

(9)

DAFTAR TABEL

Tabel

2.1 Tabel Kebenaran L293 untuk Pengendalian Motor ... 18

4.1 Hasil Pengukuran Catu Daya ... 53

4.2 Tegangan Keluaran Rangkaian Sensor Cahaya ... 54

4.3 Hasil Pengujian Driver L293D pada Motor DC ... 55

4.4 Hasil Pengujian Sensor Cahaya dan Lampu ... 58

4.5 Hasil Pengujian Sensor Cahaya dan Tirai ... 58

4.6 Hasil Pengujian Sensor Inframerah dan Kipas Angin... 59

4.7 Data Pemakaian Daya pada Beban ... 61

(10)

vi Wida Lidiawati, 2014

DAFTAR GRAFIK

Grafik

4.1 Grafik V = f(t) Saat Pengosongan Akumulator dengan Beban LED ... 48

4.1 Grafik V = f(t) Saat Pengosongan Akumulator dengan Beban Motor DC ... 49

4.1 Grafik V = f(t) Saat Pengosongan Akumulator dengan Beban LED dan Motor

DC ... 50

(11)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran

1 Data Intensitas dan Tegangan Rangkaian Sensor Cahaya

2 Data Pengosongan Akumulator Beban LED

3 Data Pengosongan Akumulator Beban Motor DC

4 Data Pengosongan Akumulator Beban LED dan Motor DC

5 Data Pengisian Akumulator

6 Layout PCB

7 Listing Program Otomatisasi Lampu, Tirai, dan Kipas angin

8 Dokumentasi Kegiatan

(12)

(13)

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Pertumbuhan penduduk dan ekonomi menyebabkan kebutuhan energi

listrik saat ini terus mengalami peningkatan. Untuk memenuhi kebutuhan energi

listrik tersebut eksploitasi terhadap sumber-sumber energi berbasis fosil, seperti

minyak bumi dan batu bara terus dilakukan. Karena sumber-sumber energi

berbasis fosil tidak dapat diperbaharui, ketersediaannya semakin berkurang,

sehingga cepat atau lambat akan habis. Untuk itu, pengembangan sumber energi

terbarukan seperti panas bumi, biomassa, air, angin, dan surya terus dilakukan.

Energi listrik yang dihasilkan oleh sumber energi terbarukan ini masih terbilang

rendah jika dibandingkan dengan energi fosil. Namun, pemanfaatan energi

terbarukan ini tentu dapat mengurangi penggunaan energi fosil.

Indonesia terletak di garis khatulistiwa dan memperoleh sinar matahari

rata-rata 8 jam/hari. Oleh karena itu, Indonesia memiliki potensi energi surya yang

cukup besar. Pemanfaatan energi surya untuk mengurangi penggunaan energi fosil

diperkirakan akan memberikan dampak yang baik terutama bagi lingkungan

karena energi surya tidak menimbulkan polusi. Dengan dikembangkannya

pemanfaatan energi surya diharapkan dapat mengurangi efek pemanasan global

yang disebabkan oleh bahan bakar fosil. Keuntungan lainnya energi surya dapat

diperoleh secara cuma-cuma (Rahardjo, 2008).

Energi surya dapat dikonversi menjadi energi listrik dengan menggunakan

teknologi photovoltaic. Teknologi photovoltaic menggunakan material semikonduktor, seperti silikon. Dari teknologi photovoltaic ini kemudian

dihasilkan sel photovoltaic atau yang sering disebut sel surya. Sel surya ini dapat

disusun secara seri maupun paralel untuk memperoleh tegangan dan arus keluaran

yang diinginkan. Kumpulan sel surya ini kemudian membentuk modul surya dan

(14)

2

Energi surya akan dikonversi oleh modul surya menjadi energi listrik.

(15)

3

pengisian dan pengosongan akumulator diatur menggunakan charge controller.

Charge controller digunakan untuk mencegah akumulator dari overcharging dan full discharge sehingga dapat menghindarkan akumulator dari kerusakan.

Selain mengembangkan energi terbarukan, akan lebih baik lagi jika energi

listrik yang dihasilkan dapat digunakan dengan sebaik-baiknya, artinya tidak

melakukan pemborosan energi. Energi listrik sering kali tidak dimanfaatkan

dengan baik oleh manusia. Contohnya ketika siang hari, lampu tetap dibiarkan

menyala. Atas dasar itulah otomatisasi pada lampu dilakukan.

Pada sistem otomatisasi, sensor yang digunakan adalah Light Dependent

Resistor (LDR). Tegangan keluaran dari LDR akan dibandingkan dengan tegangan referensi. Jika tegangan keluaran lebih tinggi dari tegangan referensi

maka tegangan keluaran akan sebanding dengan +Vcc yang kemudian akan diolah

oleh mikrokontroler untuk menyalakan lampu. Sebaliknya, jika tegangan keluaran

lebih rendah dari tegangan referensi maka tegangan keluaran akan sebanding

dengan ground yang kemudian akan diolah oleh mikrokontroler untuk mematikan

lampu. Nyala atau padamnya lampu akan diikuti oleh pergerakan tirai dan kipas

angin. Pergerakan tirai berfungsi supaya ruangan selalu mendapatkan cahaya

sedangkan pergerakan kipas angin berfungsi sebagai pendingin ruangan. Ketika

intensitas cahaya tinggi maka lampu padam, tirai terbuka, dan kipas angin

menyala. Sedangkan sebaliknya, saat lampu menyala, tirai akan tertutup, dan

kipas angin mati. Lampu yang digunakan berupa Light Emitting Diode (LED)

sedangkan tirai dan kipas angin digerakkan menggunakan motor DC dengan

mengatur polaritasnya.

Dengan sistem otomatisasi yang memanfaatkan modul surya, diamati

optimalisasi penggunaan modul surya sebagai catu daya pada lampu, tirai, dan

kipas angin otomatis. Optimalisasi dapat diartikan dengan lama penggunaan

akumulator yang diisi oleh modul surya supaya dapat digunakan dengan baik oleh

(16)

4

Wida Lidiawati, 2014 B. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang, maka dirumuskan rumusan masalah sebagai

berikut:

1. Bagaimana pengaruh intensitas cahaya yang menimpa modul surya pada

proses pengisian akumulator?

2. Bagaimana optimalisasi lampu otomatis dengan modul surya sebagai catu

dayanya?

3. Bagaimana optimalisasi kipas angin otomatis dengan modul surya sebagai

catu dayanya?

4. Bagaimana optimalisasi lampu dan kipas angin otomatis dengan modul surya

sebagai catu dayanya?

C. Tujuan

Sejalan dengan rumusan masalah, maka tujuan dari penelitian ini adalah

sebagai berikut:

1. mengetahui pengaruh intensitas cahaya yang menimpa modul surya pada

proses pengisian akumulator;

2. mengetahui optimalisasi lampu otomatis dengan modul surya sebagai catu

dayanya;

3. mengetahui optimalisasi kipas angin otomatis dengan modul surya sebagai

catu dayanya;

4. mengetahui optimalisasi lampu dan kipas angin otomatis dengan modul surya

sebagai catu dayanya.

D. Batasan Masalah

Penelitian ini dibatasi pada pemanfaatan modul surya sebagai sumber

energi pada otomatisasi lampu, tirai, dan kipas angin. Energi yang dihasilkan

modul surya akan disimpan di dalam akumulator yang kemudian akan digunakan

oleh beban. Otomatisasi lampu, tirai, dan kipas angin ini dibuat dalam bentuk

(17)

5

angin. Namun, untuk kondisi tertentu tirai dapat dikendalikan juga menggunakan

sistem manual. Kemudian, kipas angin menyala pada siang hari dan mati pada

malam hari karena diasumsikan pada siang hari suhu ruangan lebih tinggi

daripada malam hari. Lampu yang digunakan berupa LED sedangkan tirai dan

kipas angin digerakkan oleh motor DC.

Yang dimaksud optimalisasi pada penelitian ini adalah berapa lama

akumulator dapat digunakan oleh beban dengan baik. Misalnya, ketika kipas

angin mulai bergerak lambat atau lampu mulai meredup, maka sistem dapat

dikatakan sudah tidak bekerja dengan optimal. Optimalisasi tirai tidak

dimasukkan ke dalam rumusan masalah karena tirai hanya digunakan sebentar

sehingga dapat diabaikan. Oleh karena itu, hanya dirumuskan optimalisasi pada

lampu dan kipas angin yang digunakan dalam waktu yang relatif lama.

E. Manfaat Penelitian

Kebutuhan energi yang semakin meningkat masih mengandalkan energi

fosil padahal ketersediaan energi fosil di alam terbatas. Oleh karena itu, dengan

memanfaatkan energi terbarukan seperti energi surya maka diharapkan dapat

meminimalisir penggunaan energi fosil. Meskipun efisiensi yang dihasilkan masih

rendah jika dibandingkan dengan energi fosil, namun carbon footprint yang

dihasilkan lebih rendah sehingga dapat mengurangi pencemaran lingkungan.

Dalam penelitian ini diharapkan energi surya dapat dimanfaatkan dalam

kehidupan sehari-hari.

Kemudian, untuk meminimalisir terjadinya pemborosan energi, maka

dibuat lampu otomatis karena terkadang orang lupa untuk mematikan lampu pada

siang hari dan juga kipas angin. Selain itu, otomatisasi pada lampu akan diikuti

oleh pergerakan tirai supaya ruangan tetap mendapatkan cahaya. Pada penelitian

ini diharapkan dapat memberikan gambaran kepada masyarakat yang ingin

memanfaatkan energi surya dan membuat sistem otomatisasi untuk lampu, tirai,

(18)

26

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Metode Penelitian

Metode yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah metode

deskriptif dan metode eksperimen sedangkan teknik yang digunakan adalah studi

literatur. Melalui metode deskriptif penulis akan menguraikan permasalahan yang

dibahas secara jelas. Sedangkan metode eksperimen dilakukan untuk merancang

serta membuat kontrol nyala lampu, tirai, dan kipas angin menggunakan energi

surya. Data yang akan diambil juga diperoleh melalui metode eksperimen. Data

yang diambil diantaranya tegangan, arus, dan waktu saat pengisian dan

pengosongan akumulator. Selain itu, diambil pula data intensitas cahaya yang

digunakan untuk menentukan tegangan referensi pada rangkaian sensor, tegangan

keluaran sensor cahaya, serta tegangan masukan dan keluaran mikrokontroler.

Sebelum melakukan perancangan, dilakukan studi literatur terhadap

beberapa materi yang diperlukan, diantaranya proses konversi dari energi surya

menjadi energi listrik, sistem penyimpanan berikut cara kerjanya, konsep

perbandingan tegangan, LED, dan motor DC yang akan digunakan sebagai

penggerak tirai serta kipas angin.

B. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian direncanakan akan dilaksanakan pada :

Waktu Pelaksanaan : April - September 2013

Tempat Pelaksanaan : Laboratorium Bahan dan Komponen Mikroelektronika,

Pusat Penelitian Elektronika dan

Telekomunikasi-Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (PPET-LIPI), Jl.

Cisitu 21/154D Komplek LIPI Sangkuriang Gd.20 -

Bandung 40135 Telp. 2504660, 2504661 Fax.

(19)

(20)

27

Wida Lidiawati, 2014 C. Alat dan Bahan

1. Hardware a. Modul surya

b. Akumulator 6 V 4,5 Ah

c. Resistor (220R, 2k2, 4k7, 10k, 18k, 20k, )

d. Resistor multiturn

e. Kapasitor (22 pF, 100 pF, 10uF)

f. Dioda (1N4148, 1N4001)

g. Dioda zener 6,2V

h. Transistor (2N3904, 2N3906, MOSFET IRF9530N)

i. LM317

j. Light Emitting Diode (LED) k. Light Dependent Resistors (LDR) l. ATmega 8535

m.Crystal

n. Driver L293D

o. Motor DC

p. Push Buton

q. Akrilik+lem akrilik

r. Gergaji

s. Downloader DT-HiQ AVR USB ISP mkII

2. Software

a. CodevisionAVR Version 2. 04. 9 Evaluation

b. Proteus 7 Profesional

D. Prosedur Penelitian

Prosedur penelitian ini dibagi menjadi beberapa tahap, yaitu tahap

persiapan, tahap perancangan, dan tahap pembuatan. Tahap persiapan merupakan

ide awal sistem yang diikuti dengan mencari literatur dari berbagai sumber. Tahap

(21)

28

diaplikasikan pada tahap pembuatan. Tahapan-tahapan secara keseluruhan dapat

digambarkan melalui diagram alir di bawah ini (gambar 3.1):

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

Adapun penjelasan dari masing-masing tahapan adalah sebagai berikut:

1. Tahap Persiapan

Secara garis besar, sistem otomatisasi lampu, tirai, dan kipas angin ini

terdiri dari modul surya, charge controller, akumulator, sensor cahaya (LDR),

komparator, mikrokontroler 8535, driver motor DC, LED, dan motor DC. Adapun

(22)

29

Gambar 3.2 Diagram Blok Perangkat Keras (a) Sistem Catu Daya (b) Sistem

Otomatisasi

Modul surya akan menghasilkan tegangan ketika permukaannya terkena

cahaya matahari. Tegangan yang dihasilkan akan disimpan di dalam akumulator.

Proses pengisian dan pengosongan akumulator diatur oleh charge controller.

Ketika akumulator digunakan oleh beban sampai tegangan akumulator berada

pada nilai tertentu, maka dilakukan proses pengisian akumulator. Namun, proses

pengisian ini hanya dapat dilakukan ketika terdapat cahaya (pada siang hari).

Setelah kondisi pengisian tercapai maka charge controller akan menghentikan

proses pengisian karena jika tidak akumulator bisa rusak.

Akumulator kemudian dihubungkan dengan beban yang terdiri dari

rangkaian sensor dan rangkaian kontrol. Pada rangkaian sensor, sensor yang

digunakan adalah LDR. LDR digunakan untuk mengukur intensitas cahaya.

Setelah tegangan keluaran sensor dibandingkan dengan tegangan referensi,

tegangan akan masuk ke mikrokontroler. Data kemudian diolah di mikrokontroler

yang telah diinjeksikan program. Hasil pengolahan data akan direpresentasikan

oleh nyala LED dan perputaran motor DC. Kemudian akan dianalisis bagaimana

(23)

30

2. Tahap Perancangan

Ada beberapa hal yang harus diperhatikan dalam tahap perancangan. Hal

itu menyangkut perancangan perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak

(software) yang akan dijabarkan sebagai berikut:

a. Perancangan Maket dan Konstruksi Mekanik

Dimensi maket rumah pada penelitian ini berukuran 352525 cm.

Maket dibuat menggunakan bahan akrilik. Akrilik dipotong sesuai ukuran yang

diinginkan dengan bantuan cutter. Kemudian bagian yang satu dengan yang

lainnya direkatkan menggunakan lem akrilik. Sistem mekanik diperlukan untuk

menggerakkan tirai dan kipas angin. Tirai digerakkan oleh motor DC yang dapat

berputar searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam. Sistem mekanik pada

tirai menggunakan pulley dan benang yang dihubungkan dengan motor DC yang

dapat dilihat pada gambar 3.3. Motor DC dan pulley diletakkan sepusat sehingga

pulley akan mengikuti pergerakan motor DC.

Gambar 3.3 Desain Konstruksi Mekanik untuk Menggerakkan Tirai

Sedangkan untuk kipas angin, motor DC dihubungkan sepusat dengan

baling-baling sehingga baling-baling akan mengikuti pergerakan motor DC.

Desain kipas angin ditunjukkan oleh gambar 3.4.

Tirai

Benang

Motor DC

(24)

31

Gambar 3.4 Desain Konstruksi Mekanik untuk Menggerakkan Kipas Angin

b. Perancangan Charge Controller

Charge controller pada penelitian ini digunakan untuk mengatur arus untuk pengisian ke akumulator agar tidak overcharging dan overvoltage serta

mengatur arus yang dibebaskan dari akumulator agar akumulator tidak full

discharge dan overloading. Prinsip kerja dari charge controller adalah saat akumulator sudah penuh terisi maka secara otomatis pengisian arus dari modul

surya berhenti. Charge controller akan mengisi akumulator sampai level tegangan

tertentu, kemudian apabila level tegangan drop, maka akumulator akan diisi

kembali.

Charge controller pada penelitian ini terdiri dari satu input (dua terminal) yang terhubung dengan output modul surya dan satu output (dua terminal) yang

terhubung dengan akumulator. Akumulator yang digunakan memiliki kapasitas

penyimpanan daya dengan output tegangan 6V 4,5 Ah. Adapun perancangan dari

charge controller dapat dilihat pada gambar 3.5.

(25)

32

Gambar 3.5 Rangkaian Charge Controller

Transistor Q2 dan Q3 membentuk penguat diferensial yang akan

menguatkan selisih antara tegangan referensi dengan tegangan umpan balik dari

potensiometer RV1. Tegangan referensi diatur melalui regulator tegangan LM317.

Output diambil dari kolektor transistor Q2 yang akan mengaktifkan gate

MOSFET Q5. Ketika tegangan umpan balik dari RV1 meningkat maka arus

kolektor pada transistor Q2 akan meningkat sedangkan pada Q1 akan menurun.

Hal ini menyebabkan gate pada Q5 tidak aktif karena Vgs dari Q5 menurun.

Dioda D5 digunakan sebagai dioda proteksi yang berfungsi untuk mencegah arus

listrik DC yang berasal dari akumulator tidak masuk ke modul surya.

c. Perancangan Sensor Cahaya

Sensor cahaya yang digunakan adalah Light Dependent Resistor (LDR).

Karakteristik LDR adalah nilai resistansi yang berubah-ubah sesuai dengan

intensitas cahaya yang diterimanya. Semakin tinggi intensitas cahaya yang

diterima LDR, maka semakin rendah nilai resistansi dari LDR. Berdasarkan

literatur, nilai resistansi LDR dalam keadaan gelap sebesar 10 MΩ dan dalam

(26)

33

prinsip pembagi tegangan maka dipergunakan resistor dengan nilai resistansi

sebesar 10 kΩ.

32.1 LDR1

R1

10k VCC

Vo

Gambar 3.6 Rangkaian Sensor Cahaya

Tegangan keluaran dari rangkaian sensor cahaya dirumuskan sebagai:

(3.1)

maka,

(3.2)

(3.3)

Namun, karena lampu didesain untuk menyala pada saat kondisi tidak

terlalu gelap, maka digunakan komparator. Komparator digunakan untuk

membandingkan nilai tegangan referensi dengan tegangan keluaran sensor.

Tegangan referensi akan ditentukan berdasarkan data tegangan dan intensitas yang

diperoleh dari hasil pengukuran.

(27)

34

Driver yang digunakan adalah L293D. Pada motor DC, driver ini

digunakan untuk menggerakkan motor, mengatur arah putaran motor DC,

menghentikan motor, dan melindungi motor dari kerusakan elektronik. Driver ini

dikendalikan oleh mikrokontroler yang telah diinjeksikan program di dalamnya.

Driver ini memiliki dua input power yaitu Vcc yang berfungsi sebagai power

untuk IC L293D dan input power motor DC. Dua input power ini berfungsi

karena IC bekerja pada tegangan kerja 5 V sedangkan motor DC biasanya

mempunyai tegangan kerja 6-36 V.

e. Light Emitting Diode (LED)

LED bertindak sebagai lampu. LED yang digunakan akan disusun secara

seri-paralel untuk mendapatkan cahaya yang cukup terang. LED akan disimpan di

dua titik, yaitu di dalam dan luar rumah. Adapun susunan LED ditunjukkan oleh

gambar 3.7:

Gambar 3.7 Susunan LED

f. Motor DC

Motor DC digunakan untuk menggerakkan tirai dan kipas angin. Motor

DC akan berputar searah jarum jam untuk menutup tirai, kemudian berputar

berlawanan arah jarum jam untuk membuka tirai. Arah putaran motor DC ini

(28)

35

g. Mikrokontroller ATMEGA 8535

Mikrokontroler merupakan otak dari sistem otomatisasi lampu, tirai, dan

kipas angin. Mikrokontroler membutuhkan sistem minimum untuk dapat bekerja.

Sistem minimum adalah rangkaian minimal dimana mikrokontroler dapat bekerja.

Sistem minimum untuk mikrokontroler hanya menghubungkan pin VCC dan

AVCC ke +5 V, pin GND dan AGND ke ground, serta pin reset tidak

dihubungkan apa-apa atau dapat menggunakan push button untuk memaksa pin

RESET menjadi nol. Kristal eksternal dihubungkan pada pin XTAL1 dan XTAL2.

Proses download program ke IC mikrokontroler dapat menggunakan

sistem download secara In-System Programming (ISP). In-System Programmable

Flash on-chip mengizinkan memori program untuk dapat diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial Serial Peripheral Interface (SPI). SPI

menggunakan empat sinyal, yaitu Master Out Slave In (MOSI), Master In Slave

Out (MISO), Serial Clock (SCK), Chip Select (~CS) atau Slave Select (~SS). Gambar 3.8 menunjukkan sistem minimum dan programmer untuk

(29)

36

Gambar 3.8 Sistem Minimum dan Programmer ATmega 8535

Mikrokontroler mempunyai empat port yaitu PORT A, PORT B, PORT C,

dan PORT D. Port-port tersebut berfungsi sebagai masukan ataupun keluaran.

Dalam sistem otomatisasi ini port yang digunakan adalah PORT A, PORT B, dan

PORT D. Adapun alamat-alamat port yang digunakan adalah sebagai berikut:

PA.0 = masukan dari sensor cahaya

PA.2 = masukan dari saklar 1 (lampu)

PA.3 = masukan dari saklar 2 (tirai)

PA.4 = masukan dari saklar 3 (kipas angin)

PB.5 = SPI Bus Master Output (MOSI)

PB.6 = SPI Bus Master Input (MISO)

(30)

37

PC.0 = keluaran LED

PC.1 = keluaran motor DC (kipas angin)

PD.0 = inable 1 driver motor DC (tirai)

PD.1 = inable 2 driver motor DC (tirai)

PD.5 = enable driver motor DC (tirai)

Keluaran port PC.0 dihubungkan ke relay supaya tegangan yang masuk ke

LED sebesar 6 V. Jika tidak dihubungkan ke relay maka tegangan yang masuk ke

LED hanya sebesar keluaran port mikrokontroler yaitu kurang lebih sebesar 5 V.

Motor DC yang digunakan untuk menggerakkan tirai dihubungkan ke kaki output

driver motor DC yaitu kaki nomor tiga dan enam. Gambar 3.9 menunjukkan

rangkaian sistem kontrol yang digunakan:

PC6/TOSC1 28

Gambar 3.9 Rangkaian Sistem Otomatisasi

(31)

38

Catu daya atau power supply adalah sebuah peralatan penyedia tegangan

atau sumber daya untuk peralatan elektronika dengan prinsip mengubah tegangan

listrik yang tersedia dari jaringan distribusi transmisi listrik ke level yang

diinginkan sehingga berimplikasi pada pengubahan daya listrik. Rangkaian catu

daya digunakan untuk memenuhi tegangan yang dibutuhkan dan menstabilkannya.

Catu daya yang digunakan dalam rangkaian ini adalah akumulator yang

mempunyai tegangan kerja 6 V dan kapasitas 4,5 Ah. akumulator ini sekaligus

menjadi beban dari modul surya. Pengisian dan pengosongan akumulator diatur

oleh charge controller. Keluaran dari akumulator akan digunakan oleh keluaran

sistem dalam hal ini LED dan motor DC sedangkan untuk sensor dan kontroler

tegangan kerja dari akumulator akan diregulasi menggunakan 7805 (gambar 3.10).

VI

1 _VO 3

G

N

D

2

U1

7805

TEGANGAN INPUT TEGANGAN OUTPUT

Gambar 3.10 Rangkaian Regulator Tegangan

i. Perangkat Lunak (Software)

Perangkat lunak yang digunakan dalam penelitian ini adalah Proteus 7

Profesional dan CodeVisionAVR C Compiler, Version 2.04.9 Evaluation. Proteus

digunakan untuk menggambar rangkaian dan membuat layout PCB. Dalam

software ini terdapat komponen-komponen elektronika yang digunakan dalam rangkaian sehingga memudahkan pembuatan gambar rangkaian dan layout PCB.

Selain itu, hasil rangkaian yang telah dibuat pun dapat disimulasikan sehingga

dapat diketahui apakah ada bagian yang salah atau tidak. Sedangkan

CodeVisionAVR digunakan untuk menuliskan program yang akan diinjeksikan ke

(32)

39

tersebut di-downloadkan ke dalam minimum sistem ATmega 8535. Sebelum

membuat program yang akan diinjeksikan ke dalam mikrokontroler, terlebih

dahulu dibuat flowchart supaya tidak ada langkah yang terlewat. Berikut

flowchart (gambar 3.11) dalam sistem yang akan dibuat:

Mulai

Inisialisasi PORTA.0 = input sensor PORTC.0 = output LED PORTC.1 = output motor DC PORTD.0&1 = output motor DC

Input LDR =1?

Nyalakan LED Matikan LED

Tutup Tirai Buka Tirai

Selesai

Ya Tidak

Matikan Kipas Angin Nyalakan Kipas

(33)

40

Gambar 3.11 Diagram Alir Program

Berdasarkan gambar 3.11 Aliran program diawali dengan inisialisasi input

dan output. Kemudian selanjutnya program dirancang dan dibuat sebagai berikut:

1) Sensor cahaya (PINA.0) akan berlogika 1 jika intensitas cahaya yang diterima

LDR rendah dan berlogika 0 jika intensitas cahaya yang diterima LDR tinggi.

2) Ketika sensor cahaya berlogika 1 maka mikrokontroler akan memberikan

logika 1 ke PORTC.0 sehingga lampu akan menyala. Selain itu,

mikrokontroler juga memberikan logika 0 ke inable 1 (PORTD.0) dan logika

1 ke inable 2 (PORTD.1) driver motor DC. Motor yang akan berputar searah

jarum jam yang digunakan untuk menutup tirai. Motor akan berputar selama

delay (200 ms) kemudian berhenti. Mikrokontroler juga akan memberikan

logika 0 pada PORTC.1 untuk mematikan kipas angin.

3) Ketika sensor cahaya berlogika 0 maka mikrokontroler akan memberikan

logika 0 ke PORTC.0 sehingga lampu akan mati. Selain itu, mikrokontroler

juga memberikan logika 1 ke inable 1 (PORTD.0) dan logika 0 ke inable 2

(PORTD.1) driver motor DC. Motor akan berputar berlawanan arah jarum

jam yang digunakan untuk membuka tirai. Motor akan berputar selama delay

(200 ms) kemudian berhenti. Mikrokontroler juga akan memberikan logika 1

pada PORTC.1 untuk menyalakan kipas angin.

4) Lampu, tirai, dan kipas angin juga dapat dikendalikan dengan switch manual.

Hal ini dilakukan supaya pada kondisi tertentu lampu, tirai, dan kipas angin

tidak bergantung pada sensor. Namun, untuk lampu switch hanya dapat

digunakan pada siang hari karena di desain pada malam hari, lampu harus

menyala. Switch untuk lampu terdapat pada PINA.2, tirai pada PINA.3, dan

kipas angin pada PINA.4. Cara kerja switch sama dengan sensor yang telah

(34)

41

a. Pembuatan Perangkat Keras (Hardware)

Skematik rangkaian charge controller, sensor cahaya, dan mikrokontroler

direalisasikan ke dalam PCB menggunakan software Proteus 7 Profesional. Untuk

memulai menjalankan program ISIS Proteus, buka program melalui menu Start|

All Program| Proteus 7 Profesional | ISIS 7 profesional atau melaui desktop

dengan double click lambang ISIS 7 Profesional.

Gambar 3.12 Tampilan Awal ISIS Proteus

Toolbar yang sering digunakan untuk memnuat skematik rangkaian dan

melakukan ditunjukkan pada gambar 3.13.

Gambar 3.13 Toolbar ISIS 7 Profesional

Berikut ini fungsi dari asing-masing toolbar:

(35)

42

2) Component Mode digunakan untuk memunculkan part atau komponen yang akan digunakan.

3) Wire Label Mode digunakan untuk memberikan label pada wire (kabel/koneksi).

4) Text Script Mode digunakan untuk menambahkan text script pada lembar kerja, biasanya digunakan untuk memberikan keterangan atau catatan.

5) Buses Mode digunakan untuk memfungsikan wire sebagai bus (bus adalah kumpulan dari beberapa koneksi).

6) Terminals Mode digunakan untuk memunculkan terminal, seperti power, ground, input, output dan bidir (bidirectional).

7) Graph Mode digunakan untuk menampilkan berbagai bentuk sinyal digital maupun analog dalam bentuk grafik.

8) Generator Mode digunakan sebagai penghasil (generator) sinyal DC, sinus, clock dan beberapa sinyal lainnya.

9) Virtual Instruments Mode merupakan sebuah virtual instrumentasi yang biasanya digunakan sebagai alat penampil bentuk gelombang, instrumentasi

pengukuran dan lainnya.

10) 2D Graphics Line Mode merupakan sebuah wire atau koneksi yang menghubungkan antara komponen-komponen, dengan kata lain adalah kabel.

11) 2D Graphics Text Mode digunakan untuk menampilkan teks 2 dimensi.

12) Play digunakan untuk menjalankan simulasi. 13) Pause digunakan untuk mem-pause simulasi.

14) Stop digunakan untuk menghentikan simulasi.

Hal pertama yang dilakukan sebelum meletakkan komponen ke dalam

lembar kerja adalah mencari komponen dari library. Setelah seluruh komponen

yang akan digunakan untuk membangun skematik rangkaian telah lengkap,

langkah selanjutnya adalah memindahkan komponen-komponen yang terdapat

pada objek selector pada window editing. Kemudian hubungkan komponen sesuai

(36)

43

Setelah skematik rangkaian dibuat di ISIS, selanjutnya adalah membuat

layout PCB melalui program ARES. Setelah skematik dibuat di ISIS, klik icon

Netlist Transfer to ARES yang terletak pada pojok kanan atas ( ). Mulailah

meletakkan komponen ke dalam lembar kerja. Jalur dapat dibuat manual atau

otomatis. Jalur manual dapat dibuat dengan menghubungkan trace yang diatur

melalui toolbar track mode. Sedangkan jalur otomatis dapat dibuat dengan

mengklik Tools| Auto Router| Begin Routing.

Hasil pembuatan layout PCB secara keseluruhan dapat dilihat pada

lampiran 4. Untuk merealisasikan layout PCB ke dalam bentuk yang

sesungguhnya dapat dibuat PCB sendiri atau diserahkan ke toko penerima jasa

pembuatan PCB. Dalam penelitian ini PCB dibuat di toko pembuatan PCB.

Setelah PCB selesai dibuat, tahapan selanjutnya adalah pemasangan

komponen. Proses ini biasanya disebut dengan soldering. Bahan yang digunakan

untuk melekatkan komponen adalah timah. Penyedot timah dan tang pemotong

pun harus dipersiapkan untuk mengantisipasi kesalahan-kesalahan yang mungkin

terjadi pada proses soldering.

Tahapan pada proses soldering adalah memanaskan solder sampai solder

tersebut mampu mencairkan timah. Kemudian masukkan kaki-kaki komponen

pada lubang yang telah terbentuk pada PCB sesuai dengan jalurnya. Pemasangan

komponen sebaiknya dimulai dengan komponen pasif terlebih dahulu dan untuk

komponen seperti IC sebaiknya jangan menyolder langsung pada PCB, gunakan

soket supaya IC tidak terkena panas dari penyolderan, selain itu soket juga

mempermudah saat penggantian IC jika IC rusak. Pemasangan komponen

dilakukan satu persatu. Setelah komponen dipasang lakukan penyolderan,

kemudian potong kaki-kaki komponen menggunakan tang pemotong.

b. Pemrograman Mikrokontroler

Mikrokontoler dapat bekerja karena terdapat program yang telah

diinjeksikan. Program yang digunakan pada penelitian ini menggunakan bahasa C

(37)

44

Untuk memulai menjalankan CodeVisionAVR, buka program melalui

menu Start| All Program| CodeVision| CodeVisionAVR C Compiler atau melaui

desktop dengan double click lambang CodeVisionAVR. Pilih File| New| Pilih File

Type→Project. Saat muncul tampilan konfirmasi dan menanyakan apakah akan

menggunakan CodeWizard untuk membuat project baru, pilih yes. Kemudian

akan tampil konfigurasi USART, Analog Comparator, ADC, SPI, I2C, 1 Wire, 2

Wire, LCD, Bit-Banged, Project Information, Chip, Port, External IRQ, dan

Timer. Atur program yang akan dibuat melalui CodeWizard. Setelah mengonfigurasi project, pilih File| Generate, Save, and Exit. Kemudian beri nama

file source (*.c), file project (*.prj), dan file project codewizard (*.cwp) sehingga akan tampil source code yang telah dibuat seperti ditunjukkan gambar 3.14.

Gambar 3.14 Code Program (Source Code)

Setelah berhasil membuat program menggunakan CodeWizardAVR,

tambahkan variabel dan instruksi-instruksi tambahan ke dalam program. Jika

sudah membuat program, compile program, pilih Project| Compile. Jika ada

kesalahan, klik keterangan error atau warning yang terdapat pada bagian

(38)

45

Untuk memasukkan program yang sudah dibuat ke dalam mikrokontroler, lakukan

terlebih dahulu setting programmer, pilih Settings| Programmer. Dalam penelitian

ini digunakan downloader DT-HiQ AVR USB ISP Miki sehingga dalam setting

programmer dipilih Atmel AVRISP MkII (USB).

Kemudian pastikan program yang akan dimasukkan dikonfigurasi terlebih

dahulu sehingga tidak salah memasukkan program. Untuk mengonfigurasi file

program klik Project| Configure, dan tambahkan file program yang akan

dimasukkan ke dalam mikrokontroler. Kemudian klik After Build dan centang

program the chip.

Setelah itu, pilih Project| Build atau dengan menekan shift+F9, sehingga

akan tampil kotak dialog seperti gambar 3.15. Klik Program the chip, tunggu

beberapa saat sampai proses pengisian program ke mikrokontroler selesai dan

mikrokontroler pun dapat digunakan. Sebelum mengeksekusi program pada

(39)

46

(40)

64 Wida Lidiawati, 2014

BAB V

PENUTUP

A. Simpulan

Berdasarkan uraian pada bab sebelumnya dan tujuan yang ingin dicapai,

maka dapat diambil simpulan sebagai berikut:

1. Modul surya dapat digunakan sebagai sumber energi. Energi akan disimpan

di dalam akumulator. Proses pengisian akumulator optimal ketika intensitas

cahaya yang menimpa modul 50 – 70 mW/cm2. Pengisian akumulator

membutuhkan waktu selama 3,5 jam dengan tegangan pengisian 7,00 V, arus

pengisian 1,149 A.

2. Lampu dapat bekerja secara optimal selama 6 jam 55 menit dengan sisa

energi pada akumulator sebesar 16,50 Wh.

3. Kipas angin dapat bekerja secara optimal selama 7 jam 5 menit dengan sisa

energi pada akumulator sebesar 3,90 Wh.

4. Lampu dan kipas angin dapat bekerja secara optimal selama 3 jam 10 menit

dengan sisa energi pada akumulator sebesar 14,58 Wh.

B. Saran

Hasil yang diperoleh pada penelitian ini belum maksimal. Oleh karena itu,

ada beberapa hal yang harus diperhatikan pada penelitian selanjutnya, seperti:

1. sistem lampu, tirai, dan kipas angin otomatis dengan modul surya sebagai

catu daya yang dibuat pada penelitian ini masih berupa miniatur. Untuk

implementasi ke dalam sistem yang sebenarnya, perlu ditambahkan inverter

supaya peralatan listrik AC dapat dioperasikan;

2. kipas angin sebaiknya diatur menggunakan sensor suhu sehingga kipas angin

dapat bekerja lebih optimal;

3. akumulator yang digunakan sebaiknya memiliki kapasitas yang lebih besar

(41)

DAFTAR PUSTAKA

Adi, A.N. (2010). Mekatronika. Yogyakarta: Graha Ilmu.

Andrianto, Heri. (2013). Pemrograman Mikrokontoler AVR ATmega 16

Menggunakan Bahasa C (CodeVisionAVR). Bandung: Informatika.

Bishop, Own. (2004). Dasar-dasar Elektronika. Jakarta: Erlangga. Rangkuti,

Syahban. (2011). Mikrokontroler Atmel AVR. Bandung: Informatika.

Dunlop, P James. (1997). Batteries and Charge Control in Stand-Alone

Photovoltaic System Fundamentals and Application. Florida: Florida Solar Energi Center.

R. Patel, Mukund. (1999). Wind and Solar Power System. New York: CRCPress.

Rangkuti, Syahban. (2011). Mikrokontroler Atmel AVR. Bandung: Informatika.

Rusdianto, Eduard. (1999). Penerapan Konsep Dasar Listrik dan Elektronika.Yogyakarta: Kanisius.

Setiawan, Afrie. (2011). 20 Aplikasi Mikrokontroler ATmega 8535 dan ATmega

16 Menggunakan BASCOM-AVR. Yogyakarta: C.V Andi Offset.

Sigalingging, Karmon. (1994). Pembangkit Listrik Tenaga Surya. Bandung:

Tarsito.

Sulasno dan Prayitno, T.A. (2006). Teknik Sistem Kontrol. Yogyakarta: Graha

Ilmu.

Warsito, S. (1995). Vademekum Elektronika. Jakarta: PT. Gramedia Pustaka

Utama.

Rahardjo, Amien, et al. (2008). “Optimalisasi Pemanfaatan Sel Surya pada Bangunan Komersial secara Terintegrasi sebagai Bangunan Hemat

Energi.” Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II Universitas

Lampung.

Rusdiana, Dadi. (). “Kebergantungan Faktor Pengisian (Fill Factor) Sel Surya

Terhadap Besar Celah Pita Energi Material Semikonduktor Pembuatnya:

(42)

66

Septiana, Wilman. (2007). Pembuatan Prototipe Solar Cell Murah dengan Bahan

Organik-Inorganik (Dye-Sensitized Solar Cell). Laporan Penelitian. Bandung: Institut Teknologi Bandung (ITB).

Faricha, Anifatul. (2012). Prinsip Kerja Komparator. [Online]. Tersedia:

http://faricha-ariefzh.blogspot.com/2012/05/prinsipkerja-komparator.html.

[15 Maret 2013].

Keith, Jim. (2012). 6V LDO Solar Charge Controller. [Online]. Tersedia: