IMPLEMENTASI AUTOMATIC TRANSFER SWITCH (ATS) PADA PANEL SURYA BERBASIS INTERNET OF THINGS (IOT)
Ilham Wiguna1, Faisal Damsi2, Iskandar Luthfi3
Jurusan Teknik Elektro Program Studi Sarjana Terapan Teknik Elektro Politeknik Negeri Sriwijaya
e-mail : lhmwgn@gmail.com ABSTRACT
Alternative Power Plants are a solution to the limitations of electricity sources and savings in the use of PLN electricity costs. Solar panels are a renewable power plant that has the potential to be used in the future today. A solar panel is a device consisting of solar cells and a battery that converts light into electrical energy. Solar panels produce direct or DC electric current which can be used as a source of electric power and can be changed from DC to AC voltage through an inverter. In this Solar Panel an Automatic Transfer Switch (ATS) is implemented which functions if the battery in the Solar Panel is less than set point where the voltage is read by the PZEM-017 voltage current sensor is monitored through the Solar Charge Controller, ESP32 as a Microcontroller and Internet Of Things (IOT) technology displayed on the Blynk application in the form of Set Point data, ATS will disconnect the Solar Panel Mode. and will give the command for the PLN Model to turn on.
Keywords: Automatic Transfer Switch, Solar Panels, Internet Of Things ABSTRAK
Pembangkit Listrik Alternatif merupakan salah satu solusi dari keterbatasan sumber listrik dan penghematan penggunaan biaya listrik PLN. Panel Surya merupakan salah satu pembangkit listrik terbarukan yang sangat potensial untuk digunakan di masa mendatang sekarang ini. Panel Surya adalah alat yang terdiri dari sel surya dan baterai yang mengubah cahaya menjadi energi listrik. Panel Surya menghasilkan arus listrik searah atau DC yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber tenaga listrik dan dapat di ubah dari tegangan DC ke AC melalui Inverter. Pada Panel Surya ini diimplementasikan Automatic Transfer Switch (ATS) yang berfungsi jika baterai pada Panel Surya kurang dari set point yang mana tegangan tersebut dibaca oleh sensor arus tegangan PZEM-017 dimonitoring melalui Solar Charge Controller, ESP32 sebagai Mikrokontroler dan teknologi Internef Of Things (IOT) yang ditampilkan pada aplikasi Blynk berupa data Set Point maka ATS akan memutus Mode Panel Surya dan akan memberi perintah pada Model PLN untuk menyala.
Kata Kunci: Automatic Transfer Switch, Panel Surya, Internet Of Things
PENDAHULUAN
Pada zaman modern saat ini penggunaan teknologi sangat membantu pekerjaan manusia. Manusia selalu berusaha untuk menciptakan sesuatu yang dapat mempermudah aktivitasnya. Inilah yang menjadi salah satu acuan manusia dalam pengembangan teknologi yang mampu bekerja secara otomatis dengan fungsi tertentu dalam suatu system.
Panel Surya merupakan salah satu pembangkit listrik terbarukan yang sangat potensial untuk digunakan di masa mendatang. Sekarang ini, telah banyak para ahli menemukan berbagai alat pembangkit tenaga listrik yang bekerja dengan mengubah suatu energi menjadi energi listrik. Letak geografis Indonesia sangat efisien dalam pengoptimalan “Panel Surya”.
Panel Surya merupakan suatu alat yang bekerja dengan mengubah cahaya menjadi energy listrik. Pada Panel surya menghasilkan arus listrik searah atau DC yang dapat digunakan untuk listrik DC ke AC. Indonesia terletak pada daerah khatulistiwa yang artinya sering terjadi musim panas yang panjang sehingga pemanfaatan Panel Surya sangat berguna. Berdasarkan peta insolasi matahari, wilayah Indonesia memiliki intensitas radiasi harian matahari sebesar 4,8 kW/m 2 per hari.
Sudah banyak pakar energi yang bersaing untuk menemukan penemuan baru tentang sumber energi alternatif yang ramah lingkungan, salah satunya yaitu sel surya, walaupun secara efisiensi saat ini masih perlu pertimbangan lebih lanjut.
TINJAUAN PUSTAKA
Automatic Transfer Switch (ATS) ATS ini adalah alat yang berfungsi untuk menghidupkan dan mematikan genset atau sumber tenaga listrik lainnya secara otomatis. Tentu ini adalah solusi agar perpindahan dari arus listrik PLN ke Panel Surya menjadi tanpa jeda. Penggunaannya pun cukup sederhana yaitu jika aliran listrik dari Panel Surya terputus, maka ATS akan
memberi perintah pada PLN untuk menyala, dan hal ini berlaku sebaliknya.
Panel Surya yang telah disinkronkan dengan panel Automatic Transfer Switch ini tentunya akan memberikan kemudahan untuk perusahaan atau sektor industri yang tidak terpaku pada PLN saja. Jadi kesimpulannya ATS akan langsung mengganti arus listrik di sebuah gedung dari PLN menjadi Panel Surya dan sebaliknya tanpa harus dioperasikan secara manual. Mengingat pemadaman tidak terprediksi.
Saat arus dari Panel Surya kembali terisi dan menyala maka ATS akan memindahkan lagi sumber arus dari PLN menuju Panel Surya. Proses penggantian ini pun sangat cepat yang hanya membutuhkan waktu beberapa detik saja.
Gambar 1. Automatic Transfer Switch (ATS)
Panel Surya
Panel Surya adalah suatu perangkat atau komponen yang dapat mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik dengan menggunakan prinsip Photovoltaic (PV).
Yang dimaksud dengan Photovoltaic adalah suatu fenomena dimana munculnya tegangan listrik karena adanya hubungan atau kontak dua elektroda yang dihubungkan dengan sistem padatan atau cairan saat mendapatkan energi cahaya.
Sama seperti Dioda Foto (Photodiode), Panel Surya ini juga memiliki kaki Positif dan kaki Negatif yang terhubung ke rangkaian atau perangkat yang memerlukan sumber listrik.
Pada dasarnya, Panel Surya merupakan Dioda Foto (Photodiode) yang memiliki permukaan yang sangat besar. Permukaan luas Panel Surya tersebut menjadikan perangkat Panel Surya ini lebih sensitif terhadap cahaya yang masuk dan menghasilkan Tegangan dan Arus yang lebih kuat dari Dioda Foto pada umumnya. Contohnya, sebuah Panel Surya yang terbuat dari bahan semikonduktor silikon mampu menghasilkan tegangan setinggi 0,5V dan Arus setinggi 0,1A saat terkena cahaya matahari.
Gambar 2. Panel Surya
Relay
Relay adalah saklar (switch) yang digerakkan secara elektrik dan menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakan saklar yang dapat mengontrol daya tinggi seperti 220 volt dengan kontak menggunakan 5 volt dengan menggerakan armature relay.
Gambar 3. Relay
Terdapat 2 Jenis pada Kontak Poin Relay, yaitu :
Normally Close (NC) yaitu sebelum aktif kontak berposisi tertutup (CLOSE)
Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi Terbuka (OPEN)
Berdasarkan Gambar 3., Sebuah Besi (Iron Core) yang dililit oleh sebuah kumparan Coil yang berfungsi untuk mengendalikan Besi tersebut. Ketika
Arus Listrik mengalir pada Kumparan Coil, Maka akan timbul gaya Elektromagnet sehingga menarik Armature untuk berganti dari Posisi tertutup (Normally Close) menjadi posisi terbuka (Normally Open) sehingga menjadi Saklar yang dapat menghantarkan arus. Posisi Armature tersebut dapat tertutup (Normally Close) bisa menjadi terbuka (Normally Open) atau tidak terhubung. Pada saat tidak dialiri arus listrik, Armature akan kembali lagi ke posisi Awal yaitu Normally Close (NC). Coil yang terdapat pada Relay untuk Contact Poin berpindah / berganti membutuhkan arus listrik yang relatif kecil.
Baterai
Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik. Hampir semua perangkat elektronik yang portabel seperti Handphone, Laptop, Senter, ataupun Remote Control menggunakan Baterai sebagai sumber listriknya.
Dengan adanya Baterai, kita tidak perlu menyambungkan kabel listrik untuk dapat mengaktifkan perangkat elektronik kita sehingga dapat dengan mudah dibawa kemana-mana. Dalam kehidupan kita sehari-hari, kita dapat menemui dua jenis Baterai yaitu Baterai yang hanya dapat dipakai sekali saja (Single Use) dan Baterai yang dapat di isi ulang (Rechargeable).
Gambar 4. Baterai
Inverter
Power Inverter atau biasanya disebut dengan Inverter adalah suatu rangkaian atau perangkat elektronika
yang dapat mengubah arus listrik DC (direct Current) menjadi arus AC (alternative Current) pada tegangan dan frekuensi yang dibutuhkan sesuai dengan perancangan rangkaiannya.
Arus listrik AC atau DC merupakan Input Power Inverter dapat berupa Baterai, Aki maupun Sel Surya (Solar Cell). Dengan menggunakan Power Inverter, Dapat digunakan Baterai, Aki ataupun Sel Surya untuk menghidupkan Televisi, Kipas Angin, Komputer dan sebagainya yang membutuhkan sumber arus listrik AC yang bertegangan 220V ataupun 110V.
Gambar 5. Inverter
ESP32
ESP32 merupakan mikrokontroler dari Espressif System juga pengembangan dari mikrokontroler ESP8266. Pada mikrokontroler ini sudah tersedia modul WiFi dalam chip sehingga sangat mendukung untuk membuat sistem aplikasi Internet of Things.
Gambar 6. ESP32
Solar Charge Controller
Solar Charge Controller adalah rangkaian elektronik yang mengatur proses pengisian aki atau rangkaian aki
(Battery Bank). Tegangan DC yang dihasilkan oleh panel sel surya umumnya bervariasi 12 volt ke atas.
Kontroler ini berfungsi sebagai alat pengatur tegangan aki agar tidak melampaui batas toleransi dayanya.
Disamping itu, alat pengontrol ini juga mencegah pengaliran arus dari aki mengalir balik ke panel sel surya ketika proses pengisian sedang tidak berlangsung (misalnya pada malam hari) sehingga aki yang sudah dicas tidak terkuras tenaganya. Apabila aki atau rangkaian aki sudah penuh terisi, maka aliran DC dari panel surya akan diputuskan agar aki itu tidak lagi menjalani pnngisian sehingga pengerusakan terhadap baterai bisa dicegah dan usia aki bisa diperpanjang.
Pengendalian proses pengisian aki dengan membuka dan menutup aliran arus DC dari panel surya ke aki adalah fungsi yang paling dasar sebuah charge controller.
Gambar 7. Solar Charge Controller
Sensor PZEM-017
PZEM-017 adalah modul komunikasi DC yang dapat mengukur daya DC hingga 300VDC dan pengukuran arus tunduk pada rentang pemasangan shunt eksternal 50A, 100A, 200A, dan 300A. Ini adalah modul yang terbuat dari Peacefair, merek China yang sangat terkenal dengan kualitas dan harga bagus yang mengkhususkan diri pada produk Metering. Modul ini dapat mengukur Tegangan, Arus, Daya dan Energi.
Gambar 8. Sensor PZEM-017
Blynk
Blynk adalah aplikasi yang digunakan pada Internet Of Things (IOT) yang mana aplikasi Blynk ini dapat menampilkan dan menyimpan data serta kontrol suatu system atau perangkat keras dari jarak jauh.
Internet Of Things (IOT)
Internet Of Things adalah suatu konsep yang mana pada suatu objek mempunyai kemampuan untuk mengkontrol atau mengirimkan data melalui sebuah jaringan secara otomatis. Internet of things atau sering disebut dengan IoT saat ini mengalami banyak perkembangan.
METODE PENELITIAN
Adapaun metode penelitian yang akan digunakan pada penulisan ini, yaitu :
Metode Literatur
Penulis mengumpulkan informasi mengenai fungsi dan cara kerja serta komponen yang digunakan untuk mengimplementasikan Automatic Transfer Switch (ATS) pada Panel Surya Berbasis Internet of Things (IoT) yang bersumber dari buku, e-book, artikel, jurnal, dan website.
Metode Observasi
Penulis melakukan perancangan dan pengujian terhadap alat yang dibuat.
Metode Observasi
Penulis melakukan wawancara yang berkaitan dengan alat yang dibuat dengan orang yang lebih mengetahui tentang perangkat elektronika.
PERANCAAN SISTEM Blok Diagram
Blok Diagram merupakan salah satu bagian penting dalam perancangan suatu sistem atau alat. Cara kerja keseluruhan alat yang akan dibuat dapat dilihat pada diagram blok sehingga keseluruhan diagram blok akan menghasilkan suatu sistem yang dapat difungsikan atau dapat bekerja.
Adapun pada Gambar 11. merupakan blok diagram dari Implementasi Automatic Transfer Switch (ATS) Pada Panel Surya Berbasis Internet of Things (IoT) Terdapat Panel Surya, ESP32, sensor PZEM-017, Relay dan Automatic Transfer Switch (ATS).
Gambar 9. Blok Diagram Implementasi Automatic Transfer Switch (ATS) Pada Panel Surya
Berbasis Internet of Things (IoT).
Pada Gambar5. Diketahui bahwa Panel Surya daya langsung dari matahari yang kemudian dimonitoring melalu Sensor PZEM-017 melalui ESP32 sebagai Mikrokontroler dan ketika sensor membaca bahwa tegangan mencapai mencapai set point maka relay akan aktif dan memindahkan switch pada ATS ke Mode Panel Surya.
Flowchart Rangkaian
Pada Gambar 12. Flowchart ini akan menjelaskan proses atau cara kerja alat Automatic Transfer Switch (ATS) Pada Panel Surya Berbasis Internet of Things (IoT).
Gambar 10. Flowchart
Skematik Rangkaian
Gambar 11. Skematik Rangkaian
Gambar 13. Merupakan skematik rangkaian perancangan Automatic Transfer Switch (ATS) Pada Panel Surya Berbasis Internet of Things (IoT). Dari Gambar 13. Skematik Rangkaian dapat dipahami jalur-jalur atau hubungan
sistem dari keseluruhan rangkaian.
Perancangan Perangkat Mekanik Perancangan perangkat mekanik alat meliputi sebagian berikut :
1. Pengumpulan komponen- komponen yang digunakan untuk mengimplementasikan Automatic Transfer Switch(ATS) pada Panel Surya berbasis Internet of Things(IoT). Pada tahap ini digunakan data book serta petunjuk lain yang dapat membantu dalam mengetahui spesifikasi dari komponen tersebut sehingga komponen yang didapat merupakan pilihan yang tepat bagi alat yang akan dibuat.
2. Merancang alat tersebut sebagus mungkin dengan ukuran-ukuran yang sesuai agar tidak mengganggu cara kerja alat tersebut. Perancangan desain alat dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 12a. Tampak Samping Alat
Gambar 12b. Tampak Depan Alat
Gambar 12c. Tampak Depan Alat
KESIMPULAN
Berdasarkan paper ini penulis menarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Pada saat kapasitas baterai
mencapai Set Point atau full charge yang dibaca oleh sensor PZEM-017 dari panel surya, maka Baterai / Accu mengaktifkan relay, inverter dan ATS akan berpindah switch ke penggunaan Mode Baterai. Setelah baterai melemah ke tegangan Set Point Baterai Lemah, maka ATS berpindah switch ke Mode PLN dan Mode Baterai (Inverter) keadaan OFF.
2. Alat ini akan sangat efisien dapat menghemat biaya listrik PLN bergantung pada besar beban yang digunakan dikarenakan mengurangi penggunaan listrik dari PLN.
REFERENSI
Antonius Satya Grahadiasto, Mujiman, Gatot Santoso. 2016.
“IMPLEMENTASI AUTOMATIC TRANSFER SWITCH PLN-PLTS SERTA ANALISIS KEMAMPUAN MAKSIMAL DALAM MEMBACKUP BEBAN” Jurnal Elektrikal, Volume 3 No. 1, Juni 2016.
Asriyadi, dkk. 2016. “Rancang Bangun Automatic Transfer Switch (ATS) System Hybrid” Jurnal Teknologi Elekterika, Volume 13 No. 2.
November 2016.
Abdul Majid, Eliza, Redy Hardiansyah.
2018. “ALAT AUTOMATIC TRANSFER SWITCH (ATS) SEBAGAI SISTEM KELISTRIKAN HYBRID SEL SURYA PADA RUMAH TANGGA” Jurnal Surya Energy, Volume 2 No.2. Maret 2018
Supriyanto. 2019. “IMPLEMENTASI AUTOMATIC TRANSFER SWITCH ANTARA SISTEM SOLAR SEL DENGAN PLN MENGGUNAKAN ARDUINO” Jurnal Mantik Penusa, Volume 3 No.3. Desember 2019
