SKRIPSI
“RANCANG BANGUN ALAT UKUR KONSUMSI ENERGI LISTRIK PADA SOLAR BOAT RE15”
Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro
Oleh :
JOSHUA HAMONANGAN CHRISTIAN SILABAN NIM :150402034
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2019
ABSTRAK
Alat Ukur Konsumsi Energi Listrik adalah teknologi yang mendasari pengukuran penggunaan daya listrik pada kapal yang bertenaga listrik. Alat Ukur Konsumsi Energi Listrik berfungsi mempermudah proses pengukuran energi pada suatu kapal yang menggunakan sumber energinya ialah listrik. Dalam perancangannya diupayakan agar alat ukur konsumsi energi listrik dapat dipergunakan secara baik dengan hasil pengukuran yang spesifik dan jelas, agar dapat mengetahui pada kedalaman propeller berapa penggunaan daya pada kapal paling efisien. Alat ukur konsumsi energi listrik dibentuk dari beberapa komponen seperti sensor arus, sensor tengangan, sensor jarak propeller (kedalaman propeller), sensor daya, dan sensor kecepatan, dan Arduino sebagai kontroler pada alat ukur konsumsi energi listrik. Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode eksperimental. Pada pengujian penggunaan daya didapatkan hasil penggunaan daya terbesar yaitu 429 watt pada saat kedalaman propeller 40 cm dari permukaan air dengan tingkatan speed control 4 dan penggunaan daya yang paling efisien yaitu 312 watt pada saat kedalaman propeller 10 cm dari permukaan air dengan tingkatat speed control 4.
Kata kunci : Konsumsi Energi Listrik, Penggunaan daya listrik.
KATA PENGANTAR
Puji syukur peneliti haturkan kehadirat Allah Yang Maha Esa yang telah memberikan kemampuan dan kesehatan dalam menyelesaikan Skripsi ini.
Skripsi ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Dapartemen Teknik Elektro, Falkutas Teknik, Universitas Sumatra Utara. Adapun judul Skripsi ini adalah:
“ RANCANG BANGUN ALAT UKUR KONSUMSI ENERGI LISTRIK PADA SOLAR BOAT RE15”
Peneliti mengetahui bahwa suksesnya pengerjaan Skripsi adalah berkat dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini peneliti ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada yang telah membantu penelitian dalam menyelesaikan Skripsi ini, yaitu:
1. Bapak Ir. Arman Sani, MT selaku dosen Pembimbing Skripsi, atas nasehat, bimbingan dan motivasi dalam menyelesaikan Skripsi ini.
2. Bapak Dr. Fahmi, ST.,M.Sc.,IPM, selaku ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Arman Sani, MT selaku sekertaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Hendra Zulkarnaian, MT dan Bapak Muhammad Safril, ST, MT selaku dosen penguji Skripsi, atas masukan dan bantuannya dalam penyempurnaan Skripsi ini.
5. Bapak Ir. Kasmir Tanjung. MT selaku dosen wali yang senantiasa mengawasi, membimbing dan menyemangati peneliti selama masa perkuliahan.
6. Seluruh staf pengajar yang telah member bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas segala bantuannya.
7. Buat keluarga saya, terutama Ibu saya tercinta Sorta Magdalena Hutauruk,
Bapak saya tercinta Simon Silaban, dan Adik-adik saya Josephin Helena Putri
Silaban, Jonatan Horas Martua Silaban, Jekson Pantun Pembertu Silaban yang
telah memberikan dukungan financial, motivasi, semangat dan nasihat kepada saya.
8. Esra Uli Arta Sigalingging, S.Pd, sebagai kekasih tercinta yang selalu memberi semangat dan doa dalam Mengerjakan Skripsi.
9. Christian Cambiosso Jinabun dan Hafis Kamal sebagai rekan tim dalam penelitian.
10. Teman-teman seperjuangan Teknik Elektro stambuk 2015.
11. Semua yang telah mendukung penyelesaian Skripsi ini yang tidak dapat peneliti sebutkan satu persatu.
Peneliti menyadari bahwa Skripsi ini jauh dari kata sempurna, oleh karena itu peneliti sangat mengharapkan kritik maupun saran yang bertujuan untuk menyempurnakan dan memperkaya kajian Skripsi ini.
Akhir kata peneliti mengucapkan terima kasih dan semoga Skripsi ini bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, Juni 2019 Peneliti
Joshua H.C Silaban
Nim : 150402034
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... vi
DAGTAR TABEL ... viii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Batasan Masalah ... 2
1.4 Tujuan Penelitian ... 3
1.5 Manfaat Penelitian ... 3
1.6 Metodologi Penelitian ... 3
1.7 Sistematis Penulisan ... 4
BAB II LANDASAN TEORI... 6
2.1 Arduino ... 6
2.1.1 Arduino Uno ... 6
2.2 Sensor Kecepatan ... 8
2.3 Sensor Arus (Acs712) ... 8
2.4 Sensor Tegangan ... 9
2.5 Sensor Kedalaman (Sensor Ultrasonik) ... 9
2.6 Panel Surya ... 10
2.6.1 Jenis-jenis Panel Surya Berdasarkan Tingkat Efisiensinya.. 12
2.7 Baterai ... 14
2.7.1 Rumus Terapan Untuk Mencari Kapasitas Baterai ... 17
2.8 Solar Charge Controller ... 18
2.9 Trolling Motor ... 20
2.10 Propeller Kapal ... 20
2.11 Teori Yang Digunakan Pada Alat Ukur Konsumsi ... 21
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 23
3.1 Umum ... 23
3.2 Waktu Dan Tempat ... 23
3.3 Rangkaian Keseluruhan Alat Ukur Konsumsi Energi Listrik ... 23
3.4 Prosedur Penelitian ... 24
3.5 Perangkat Yang Digunakan Pada Alat Ukur Konsumsi Energi Listrik ... 25
3.6 Pembuatan Program ... 29
3.7 Solar Boat Re15 ... 31
3.8 Komponen Pada Solar Boat Re15 ... 32
3.9 Variabel Yang Di Amati ... 36
BAB IV HASIL RANCANGAN DAN ANALISIS ... 37
4.1 Umum ... 37
4.2 Hasil Rancangan Alat Ukur Konsumsi Energi Listrik ... 37
4.3 Data Hasil Pengujian Alat Ukur Konsumsi Energi Listrik ... 38
4.4 Analisis Hubungan Penggunaan Daya Listrik Pada Solar Boat RE15 Terhadap Kedalaman Propeller ... 39
4.5 Konsumsi Energi Listrik Pada Solar Boat RE15 ... 40
BAB V PENUTUP ... 45
5.1 Kesimpulan ... 45
5.2 Saran ... 45
DAFTAR PUSTAKA ... 46
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Board Arduino Uno ... 7
Gambar 2.2 Kabel USB Board Arduino ... 7
Gambar 2.3 Modul Sensor Kecepatan ... 8
Gambar 2.4 Modul Sensor Arus ... 9
Gambar 2.5 Modul Sensor Tegangan ... 9
Gambar 2.6 Modul Sensor Ultrasonik ... 10
Gambar 2.7 Karakteristik Kurva I-V Pada Panel Surya ... 11
Gambar 2.8 Panel Surya Mono-crystalline ... 12
Gambar 2.9 Panel Surya Poly-Crystalline ... 13
Gambar 2.10 Panel Surya Thin Film Photovoltaic ... 13
Gambar 2.11 Baterai Ion Lithium ... 15
Gambar 2.12 Baterai Lithium Polimer (Li-Po) ... 16
Gambar 2.13 Baterai Lead Acid ... 16
Gambar 2.14 Baterai Nikel-Metal Hydride (Ni-MH) ... 17
Gambar 2.15 Solar Charge Controller tipe (a) PWM, dan (b) MPPT ... 19
Gambar 3.1 Rangkaian Alat Ukur Konsumsi Energi Listrik ... 23
Gambar 3.2 Diagram Alur Penelitian ... 24
Gambar 3.3 Arduino Uno ... 25
Gambar 3.4 Sensor Tegangan ... 26
Gambar 3.5 Sensor Arus ... 27
Gambar 3.6 Sensor Kecepatan (GY-GPS6MV2) ... 27
Gambar 3.7 Sensor Kedalaman Propeller Motor (Ultrasonik) ... 28
Gambar 3.8 Kabel USB ... 28
Gambar 3.9 (a), (b), (c), (d), (e) Pembuatan Program ... 29
Gambar 3.9 Solar Boat RE15 ... 32
Gambar 3.10 Panel Surya Monokristal ... 33
Gambar 3.11 Trolling Motor Tipe BM4212 ... 33
Gambar 3.12 Baterai Lead Acid 12V 150Ah ... 34
Gambar 3.13 Solar Charge Controller Tipe MPPT ... 35
Gambar 3.14 Battery Capacity Tester ... 36
Gambar 4.1 Alat Ukur Konsumsi Energi Listrik ... 37
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Penggunaan Daya ... 39
Gambar 4.3 Grafik Penggunaan Konsumsi Energi Listrik ... 42
Gambar 4.4 Grafik Persentase Penggunaan Baterai ... 43
Gambar 4.5 Grafik Lama Penggunaan Baterai ... 44
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1 Arduino Uno ... 26
Tabel 3.2 Spesifikasi Solar Boat RE15 ... 32
Tabel 3.3 Spesifikasi Panel Surya Monokristal ... 33
Tabel 3.4 Spesifikasi Trolling Motor Tipe BM4212 ... 34
Tabel 3.5 Spesifikasi Baterai Lead Acid 12V 150Ah ... 34
Tabel 3.6 Spesifikasi Solar Charge Controller tipe MPPT ... 35
Tabel 4.1 Data Hasil Penelitian ... 38
Tabel 4.2 Konsumsi Energi Listrik Pada Solar Boat RE15 ... 42
BAB I
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Energi terbarukan adalah energi yang bersumber dari alam dan secara berkesinambungan dapat terus diproduksi tanpa harus menunggu waktu jutaan tahun layaknya energi fosil. Sumber alam yang dimaksud dapat berasal dari matahari, panas bumi (geothermal), angin, air (hydropower) dan berbagai bentuk dari biomassa. Sumber energi tersebut tidak dapat habis dan dapat terus diperbarukan [1].
Solar Boat RE15 ialah kapal listrik yang dibuat oleh sekelompok mahasiswa universitas sumatera utara (USU). Solar Boat RE15 ini merupakan kapal ciptaan pertama dari kelompok Tim Kapal USU yaitu SABUT TIM. Solar Boat RE15 ini merupakan kapal yang sumber energinya yaitu listrik yang diperoleh dari beberapa panel sel surya yang memiliki panjang setiap bagian panel sel suryanya ialah kurang lebih 1 meter persegi dengan daya yang dihasilkan per panel sel suryanya ialah 50 watt dan baterai sebagai tempat penyimpanan energi pada Solar Boat RE15 tersebut.
Karena semakin banyaknya alat transportasi darat dan laut yang menggunakan sumber energi utamanya ialah enegi listrik, maka akan dilakukan penelitian yang bertujuan untuk membuat suatu alat yang dapat mengukur berapa konsumsi energi pada suatu kendaraan listrik. Alat ukur konsumsi energi merupakan upaya sistematis dan terencana untuk melestarikan sumber daya energi listrik serta meningkatkan efisiensi dalam pemanfaatannya. Alat konsumsi energi listrik adalah alat yang digunakan untuk memonitoring penggunaan daya pada suatu kendaraan bertenaga listrik.
Dalam pembuatan alat ini ada beberapa penelitian sejenis yang dapat dijadikan acuan. Galuh Prawesti Citra Handani dan teman-teman dengan judul
“Rancang Bangun Perangkat Lunak Audit Energi Listrik Gedung”[2]. Pada
penelitian ini membahas tentang intensitas konsumsi energi listrik pada suatu
gedung. Pada penelitian ini perancangan perangkat lunak yang digunakan ialah
Microsoft Visual Basic 6.0 yang terkoneksi dengan Microsoft Access sebagai
basis data.
Sedangkan Alimuddin dan teman-teman dengan judul jurnal “Analisa Efisiensi Konsumsi Energi Listrik Pada Kapal Motor Penumpang Nusa Mulias”.
Pada penelitian ini membahas tentang factor daya dan biaya listrik yang digunakan pada kapal listrik untuk mencapai efisiensi yang diinginkan [3]. Pada penelitian ini ada beberapa sifat yang ditemukan yaitu sifat resistif, sifat induktif, dan sifat kapasitif. Sifat ini akan memiliki dampak pada sistem kelistrikan yaitu faktor daya. Semakin besar faktor daya maka sistem listrik tersebut akan semakin bagus dan sebaliknya jika faktor daya semakin kecil maka sistem kelistrikan pada kapal tersebut akan semakin buruk.
Berdasarkan hasil penelitian dalam jurnal di halaman sebelumnya, maka dalam penelitian akan membahas dan meneliti lebih dalam mengenai konsumsi energi listrik pada Solar Boat RE15 Tim SABUT FT USU dan ingin membuat alat yang dapat memonitoring konsumsi energi listrik pada Solar Boat RE15.
Agar dapat memonitoring berapa besar penggunaan daya pada Solar Boat RE15 untuk dapat mengetahui penggunaan daya listrik pada Solar Boat RE15 tersebut.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari penelitian ini adalah :
1. Tahapan dalam pembuatan alat ukur konsumsi energi listrik untuk Solar Boat RE15.
2. Prinsip kerja pada alat ukur konsumsi energi listrik.
3. Menentukan konsumsi energi berdasarkan observasi penggunaan energi listrik secara detail pada Solar Boat RE15 menggunakan alat konsumsi energi listrik.
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Penelitian ini hanya dilakukan di danau yang aliran airnya tenang yaitu Danau Cadika.
2. Objek analisa pada penelitian ini dilakukan hanya pada Solar Boat RE15.
3. Penelitian ini hanya melakukan monitoring besarnya tegangan, arus, dan konsumsi energi listrik untuk Solar Boat RE15.
4. Pada saat melakukan percobaan, solar boat akan diberi beban tetap yaitu 3 orang penumpang seberat 210 kg dan jarak yang tetap dengan jarak 100 m.
5. Jumlah variasi kedalaman propeller yang akan digunakan yaitu 10 cm, 20 cm, 30 cm, dan 40 cm dari permukaan air danau.
6. Perekaman data hasil pengukuran menggunakan Laptop melalui kabel USB dengan software teraterm.
7. Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah Metode Eksperimental.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini ialah untuk membuat alat yang dapat menunjukkan pengunaan daya untuk konsumsi energi listrik pada Solar Boat RE15.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini ialah mempermudah setiap orang untuk mengetahui berapa penggunaan daya yang digunakan pada sebuah kapal listrik dan dapat sebagai bahan pembelajaran bagi mahasiswa Teknik Elektro USU dan Tim Sabut FT USU untuk perkembangan kedepannya.
1.6 Metodologi Penelitian
Tahapan penelitian dalam menyusun Skripsi ini diantaranya:
1. Studi Literatur
Melakukan riset pada berbagai literatur seperti buku , jurnal , artikel dan informasi dari berbagai media seperti internet.
2. Perancangan Alat
Melakukan perancangan alat seperti skema rangkaian , komponen yang digunakan dan perancangan casing alat.
3. Pembuatan Alat
Melakukan pembuatan alat seperti pembuatan rangkaian , pemasangan komponen yang digunakan, dan pembuatan casing alat
4. Pengujian Alat
Melakukan uji coba dan kalibrasi alat yang dibuat dan melakukan perbaikan kekurangan alat ukur.
5. Pengambilan Data dan Analisis Data
Melakukan pengambilan data dan analisis data yang telah didapat pada pengujian alat kemudian diambil kesimpulan dari penelitian.
1.7 Sistematis Penulisan
Sistematika dalam penulisan penelitian ini adalah : BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini merupakan pendahuluan yang berisi tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, batasan masalah, dan sistematika penulisan.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi penjelasan tentang Arduino, Sensor kecepatan, Sensor tegangan, Sensor arus, Sensor kedalaman propeller, Panel surya, Baterai, Trolling motor, Propeller, dan Solar charge controller.
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini akan membahas perancangan dari alat, komponen pada alat, pembuatan program dan komponen pada solar boat RE15.
BAB IV : HASIL RANCANGAN DAN ANALISIS
Bab ini memaparkan hasil dari perancangan alat, pengujian alat, dan
analisa data dari hasil yang di ambil pada saat pengujian alat.
BAB V : PENUTUP
Bab ini merupakan penutup yang meliputi tentang kesimpulan dari
pembahasan yang dilakukan dari tugas akhir ini serta saran apakah
rangkaian ini dapat dibuat lebih efisien dan dikembangkan
perakitannya untuk kedepannya.
BAB II
LANDASAN TEORI 2.1 Arduino
Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama, yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Mikrokontroler itu sendiri adalah chip IC (integrated circuit) yang bisa dipogram menggunakan komputer. Tujuan menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar rangkaian elektronik dapat membaca input, memproses input tersebut dan kemudian menghasilkan output sesuai yang diinginkan. Jadi mikrokontroler bertugas sebagai otak yang mengendalikan input, proses dan output sebuah rangkaian elektronik.
Secara umum, arduino terdiri dari dua bagian, yaitu:
Hardware berupa papan input/output (I/O) yang open source. Software arduino yang juga open source meliputi software arduino IDE untuk menulis program dan driver untuk koneksi dengan komputer. Munculnya arduino menjadikannya sebagai tren teknologi yang revolusioner. Arduino terbuka untuk semua yang ingin mengembangkan suatu sistem interaktif berbasis mikrokontroler, baik untuk kalangan mahasiswa, pelajar, profesional, bahkan pemula sekalipun. Pengguna dapat memiliki arduino sesuai kebutuhannya, karena arduino dibuat dalam beberapa jenis diantaranya yaitu: arduino diecimila, duemilanove, UNO, leonardo, mega, nano, due, yun dan berbagai jenis arduino lainnnya [4].
2.1.1 Arduino Uno
Arduino uno adalah board berbasis mikrokontroler pada ATmega328
.Board ini memiliki 14 digital input / output pin (dimana 6 pin dapat digunakan
sebagai output PWM), 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack
listrik tombol reset. Pin-pin ini berisi semua yang diperlukan untuk mendukung
mikrokontroler, hanya terhubung ke komputer dengan kabel USB atau sumber
tegangan bisa didapat dari adaptor AC-DC atau baterai untuk menggunakannya
Board Arduino Uno memiliki fitur-fitur baru sebagai berikut:
a. 1,0 pinout tambah SDA dan SCL pin yang dekat ke pin aref dan dua pin baru lainnya ditempatkan dekat ke pin RESET, dengan IO REF yang memungkinkan sebagai buffer untuk beradaptasi dengan tegangan yang disediakan dari board sistem. Pengembangannya, sistem akan lebih kompatibel dengan Prosesor yang menggunakan AVR, yang beroperasi dengan 5V dan dengan Arduino Karena yang beroperasi dengan 3.3V.
Yang kedua adalah pin tidak terhubung, yang disediakan untuk tujuan pengembangannya [5]. Gambar 2.1 memperlihatkan desain dari arduino uno dan Gambar 2.2 memperlihatakan kabel USB arduino uno yang digunakan.
Gambar 2.1 Board Arduino Uno
Gambar 2.2 Kabel USB Board Arduino
2.2 Sensor Kecepatan
Sensor kecepatan merupakan sensor yang berfungsi untuk mengetahui berapa kecepatan yang dapat dihasilkan oleh suatu objek. Sensor kecepatan GPS merupakan perangkat kecepatan yang menggunakan perubahan data posisi koordinat bumi yang diperoleh dari satelit GPS yang diolah oleh prosesor menjadi kecepatan. Bentuk modul sensor kecepatan GPS akan ditunjukkan pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Modul Sensor Kecepatan 2.3 Sensor Arus (ACS712)
ACS712 adalah Hall Effect current sensor. Hall effect allegro ACS712 merupakan sensor yang presisi sebagai sensor arus AC atau DC dalam pembacaan arus didalam dunia industri, otomotif, komersil dan sistem-sistem komunikasi.
Pada umumnya aplikasi sensor ini biasanya digunakan untuk mengontrol motor, deteksi beban listrik, switched-mode power supplies dan proteksi beban berlebih.
Sensor ini memiliki pembacaan dengan ketepatan yang tinggi, karena didalamnya terdapat rangkaian low-offset linear Hall dengan satu lintasan yang terbuat dari tembaga. Cara kerja sensor ini adalah arus yang dibaca mengalir melalui kabel tembaga yang terdapat didalamnya yang menghasilkan medan magnet yang di tangkap oleh integrated Hall IC dan diubah menjadi tegangan proporsional. Ketelitian dalam pembacaan sensor dioptimalkan dengan cara pemasangan komponen yang ada didalamnya antara penghantar yang menghasilkan medan magnet dengan hall transducer secara berdekatan.
Persisnya, tegangan proporsional yang rendah akan menstabilkan Bi CMOS Hall
IC yang 7 didalamnya yang telah dibuat untuk ketelitian yang tinggi oleh pabrik.
Bentuk modul sensor arus akan ditunjukkan pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Modul Sensor Arus 2.4 Sensor Tegangan
Sensor tegangan ini digunakan untuk mengukur tegangan AC atau DC.
Prinsip kerja modul sensor tegangan yaitu didasarkan pada prinsip penekanan resistansi, dan dapat membuat tegangan input berkurang hingga 5 kali dari tegangan asli. Bentuk modul sensor tegangan akan ditunjukkan pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Modul Sensor Tegangan 2.5 Sensor Kedalaman (Sensor Ultrasonik)
Sensor ultrasonik bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara,
dimana sensor ini menghasilkan gelombang suara yang kemudian menangkapnya
kembali dengan perbedaan waktu sebagai dasar penginderaannya. Perbedaan
waktu antara gelombang suara dipancarkan dengan ditangkapnya kembali gelombang suara tersebut adalah berbanding lurus dengan jarak atau tinggi objek yang memantulkannya. Jenis objek yang dapat diindera diantaranya adalah objek padat, cair, butiran maupun tekstil. Sensor ultrasonic dapat dengan mudah dihubungkan dengan mikrokontroler melalui satu pin I/O.
Sensor ultrasonik pada umumnya digunakan untuk menentukan jarak sebuah objek. Sensor ultrasonik mempunyai kemampuan untuk mendeteksi objek lebih jauh terutama untuk benda-benda yang keras. Pada benda-benda yang keras yang mempunyai permukaan yang kasar gelombang ini akan dipantulkan lebih kuat dari pada benda yang permukaannya lunak. Bentuk modul sensor kedalaman atau sensor ultrasonik akan ditunjukkan pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Modul Sensor Ultrasonik 2.6 Panel Surya
Panel surya adalah pembangkit listrik yang bekerja berdasarkan efek
fotoelektrik.Energi surya disebut sebagai energi terbarukan atau berkelanjutan
karena akan tersedia selama matahari terus bersinar. Panel surya terbuat dari
bahan semikonduktor. Bahan semikonduktor ini seperti silikon, germanium, dan
fosfor. Berdasarkan teori Maxwell tentang radiasi elektromagnet , cahaya dapat
dianggap sebagai spektrum gelombang elektromagnetik dengan panjang
gelombang yang berbeda. Pendekatan yang berbeda dijabarkan oleh Einstein
bahwa efek photovoltaic mengindikasikan cahaya merupakan partikel diskrit atau
quanta energi [6].
Sifat cahaya sebagai energi dalam paket-paket foton ini yang diterapkan pada sel surya. Semakin besar input yang diberikan, maka daya listrik yang dapat dihasilkan oleh sel surya semakin besar. Daya listrik adalah besaran yang diturunkan dari nilai tegangan dan arus yang dihasilkan merupakan bagian dari kelistrikan yang dimiliki oleh sel surya. Daya listrik yang diberikan oleh sel surya akan ditunjukkan pada Persamaan 2.1 [7].
𝑃𝑠𝑒𝑙 = 𝑉𝑠𝑒𝑙.𝐼𝑠𝑒𝑙………..(2.1) Efesiensi keluaran maksimum (ɳ) didefinisikan sebagai persentase daya keluaran optimum terhadap energi cahaya yang digunakan, yang dituliskan pada Persamaan 2.2.
η = 𝑃.𝑜𝑢𝑡
𝑃.𝑖𝑛 𝑥 100%
...(2.2) Daya listrik yang dihasilkan sel surya ketika mendapatkan cahaya diperoleh dari kemampuan perangkat sel surya tersebut untuk memproduksi tegangan ketika diberi beban dan arus melalui beban pada watu yang sama. Kemampuan ini direpresentasikan dalam kurva arus-tegangang (I-V) yang ditunjukkan seperti pada Gambar 2.7 [8].
Gambar 2.7 Karakteristik Kurva I-V Pada Panel Surya
2.6.1 Jenis-jenis Panel Surya Berdasarkan Tingkat Efisiensinya a. Panel Surya Monokristal (Mono-crystalline)
Merupakan panel yang paling efisien yang dihasilkan dengan teknologi terkini & menghasilkan daya listrik persatuan luas yang paling tinggi.
Monokristal dirancang untuk penggunaan yang memerlukan konsumsi listrik besar pada tempat-tempat yang beriklim ekstrim dan dengan kondisi alam yang sangat ganas. Memiliki efisiensi sampai dengan 15%. Kelemahan dari panel jenis ini adalah tidak akan berfungsi baik ditempat yang cahaya mataharinya kurang (teduh), efisiensinya akan turun drastis dalam cuaca berawan. Gambar panel surya mono-crystalline akan ditunjukkan pada Gambar 2.8 [9].
Gambar 2.8 Panel Surya Mono-crystalline b. Panel Surya Polikristal (Poly-Crystalline)
Merupakan panel surya yang memiliki susunan kristal acak karena
dipabrikasi dengan proses pengecoran. Type ini memerlukan luas permukaan
yang lebih besar dibandingkan dengan jenis monokristal untuk menghasilkan
daya listrik yang sama. Panel suraya jenis ini memiliki efisiensi lebih rendah
dibandingkan type monokristal, sehingga memiliki harga yang cenderung
lebih rendah. Gambar panel surya polycrystal ditunjukkan pada Gambar 2.9
[9].
Gambar 2.9 Panel Surya Poly-Crystalline c. Panel Surya Thin Film Photovoltaic
Merupakan panel surya ( dua lapisan) dengan struktur lapisan tipis mikrokristal-silicon dan amorphous dengan efisiensi modul hingga 8.5%
sehingga untuk luas permukaan yang diperlukan per watt daya yang dihasilkan lebih besar daripada monokristal & polykristal. Inovasi terbaru adalah Thin Film Triple Junction PV (dengan tiga lapisan) dapat berfungsi sangat efisien dalam udara yang sangat berawan dan dapat menghasilkan daya listrik sampai 45% lebih tinggi dari panel jenis lain dengan daya yang ditera setara. Gambar panel surya Thin Film Photovoltaic ditunjukkan pada Gambar 2.10 [9].
Gambar 2.10 Panel Surya Thin Film Photovoltaic
2.7 Baterai
Baterai pada kendaraan listrik berfungsi sebagai sumber energi, menyimpan arus listrik dan juga untuk menstabilkan tegangan sebelum dimanfaatkan untuk mengoperasikan beban, seperti motor starter, penerangan (lampu), klakson, dan lain sebagainya. Baterai sangat penting sebagai pemasok energi ke seluruh komponen kelistrikan yang ada pada kendaraan listrik, hal ini menjadikan baterai sangat vital sebagai sumber tenaga komponen-komponen listrik.
Menurut Rudolf Michael, Accumulator dapat di artikan sebagai sel listrik yang berlangsung proses elektrokimia secara bolak-balik (reversible) dengan nilai efisiensi yang tinggi. Disini terjadi proses pengubahan tenaga kimia menjadi tenaga listrik, dan sebaliknya tenaga listrik menjadi tenaga kimia dengan cara regenerasi dari elektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dengan arah yang berlawanan didalam sel-sel yang ada dalam akumulator [10].
Saat pengisian tenaga listrik dari luar diubah menjadi tenaga listrik didalam akumulator dan disimpan didalamnya. Sedangkan saat pengosongan, tenaga di da-lam akumulator diubah lagi menjadi tenaga listrik yang digunakan untuk mencatu energi dari suatu peralatan listrik. Dengan adanya proses tersebut akumulator sering dikenal dengan elemen primer dan sekunder. Adapun jenis- jenis baterai berdasarkan proses yang terjadi dibedakan menjadi 2 (dua) yaitu :
1. Baterai Primer
Baterai primer biasa disebut Single Use atau baterai sekali pakai. Baterai jenis ini umumnya memberikan tegangan 1.5 volt dan terdiri dari berbagai jenis ukuran seperti AAA (sangat kecil), AA (kecil), dan C (medium). Jenis baterai yang tergolong dalam kategori ini diantaranya adalah Baterai Zinc- Carbon, Baterai Alkaline, Baterai Lithium, Baterai Silver Oxide dan lain-lain.
2. Baterai Sekunder
Baterai sekunder adalah jenis baterai yang dapat di isi ulang atau
Rechargeable Battery. Pada prinsipnya, cara baterai sekunder menghasilkan
arus listrik adalah sama dengan baterai primer. Hanya saja, reaksi kimia pada
baterai sekunder ini dapat berbalik (reversible). Pada saat baterai digunakan
menghubungkan beban pada terminal baterai (discharge), electron akan
mengalir dari negative ke positif. Sedangkan pada saat sumber energi luar (charge) dihubungkan ke baterai sekunder, electron akan mengalir dari positif ke negative sehingga terjadi pengisian muatan pada baterai. Jenis jenis baterai yang dapat di isi ulang yang sering kita jumpai antara lain :
a. Baterai lon lithium (li-lon)
Didalam baterai ini ion litium bergerak dari elektroda negatif ke elektroda positif saat dilepaskan, dan kembali saat diisi ulang. Baterai Li-ion memakai senyawa lithium interkalasi sebagai bahan elektrodanya, berbeda dengan lithium metalik yang dipakai di baterai litium non isi ulang. Baterai ion lithium umumnya dijumpai pada barang barang elektronik konsumen. Baterai ini merupakan jenis baterai isi ulang yang paling popular untuk peralatan elektronik portabel, karena memiliki salah satu kepadatan energi terbaik, tanpa efek memori, dan mengalami kehilangan isi yang lambat saat tidak digunakan. Selain digunakan pada peralatan elektronik konsumsi, LIB juga sering digunakan oleh industry militer, kendaraan listrik, dan dirgantara.
Sejumlah penelitian berusaha memperbaiki teknologi LIB tradisional, berfokus pada kepadatan energi, daya tahan, biaya, dan keselamatan intrinsik.
Bentuk baterai ini ditunjukkan pada Gambar 2.11 [11].
Gambar 2.11 Baterai Ion Lithium b. Baterai Lithium Polimer (Li-Po)
Hampir sama dengan baterai Li-Ion akan tetapi baterai Li-Po tidak
menggunakan cairan sebagai elektrolit melainkan menggunakan elektrolit
polimer kering yang berbentuk seperti lapisan plastic film tipis. Lapisan film
ini disusun berlapis-lapis diantara anoda dan katoda yang mengakibatkan
pertukaran ion. Dengan metode ini baterai LiPo dapat dibuat dalam berbagai
bentuk dan ukuran. Diluar dari kelebihan arsitektur baterai Lipo, terdapat
juga kekurangan yaitu lemahnya aliran pertukaran ion yang terjadi melalui elektrolit polimer kering. Hal ini menyebabkan penurunan pada charging dan discharging rate. Masalah ini sebenarnya bisa diatasi dengan memanaskan baterai sehingga menyebabkan pertukaran ion menjadi lebih cepat, namun metode ini dianggap tidak dapat untuk diaplikasikan pada keadaan sehari-hari. Seandainya para ilmuwan dapat memecahkan masalah ini maka resiko keamanan pada baterai jenis lithium akan sangat berkurang.
Bentuk baterai ini akan ditunjukkan pada Gambar 2.12 [11].
Gambar 2.12 Baterai Lithium Polimer (Li-Po) c. Baterai Lead Acid
Baterai Lead Acid atau biasa disebut aki merupakan salah satu jenis baterai yang menggunakan asam timbale (lead acid) sebagai bahan kimianya.
Secara umum terdapat dua jenis beterai lead acid, yaitu Starting Battery dan Deep Battery. Bentuk baterai lead acid akan ditunjukkan pada Gambar 2.13 [11].
Gambar 2.13 Baterai Lead Acid d. Baterai Nikel-Metal Hydride
Baterai jenis ini dibuat dengan komponen yang lebih terjangkau dan
ramah lingkungan. Baterai Ni-MH menggunakan ion hidrogen untuk
menyimpan energi, tidak seperti baterai lithium ion yang menggunakan ion lithium. Baterai Ni-MH terdiri dari campuran nikel dan logam lain seperti titanium. Baterai ini biasanya mengandung pula komponen logam lain seperti mangan, aluminium, kobalt, zirconium, dan vanadium. Logam-logam tersebut pada umumnya berfungsi sebagai penangkap ion hidrogen yang dilepaskan untuk memastikan tidak mencapai fase gas. Bentuk baterai ini akan ditunjukkan pada Gambar 2.14 [11].
Gambar 2.14 Baterai Nikel-Metal Hydride (Ni-MH) 2.7.1 Rumusan Terapan Untuk Mencari Kapasitas Baterai
Rumus terapan yang digunakan untuk mendapatkan data kapasitas baterai dapat ditulis pada Persamaan 2.3 [12]
𝑃
Baterai= 𝐼
Bateraix 𝑉
Baterai...(2.3) Keterangan :
𝐼
Baterai= Arus pada baterai (A) 𝑉
Baterai= Arus pada baterai (V)
𝑃Baterai = Daya pada baterai (Wh)Adapun perhitungan untuk mengetahui berapa lama baterai dapat menyuplai beban dapat menggunakan Persamaan 2.4.
Durasi = (
𝐾𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖 (𝑊ℎ)𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑙𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑘 𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 (𝑊)
) − 𝑑𝑖𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖 20% ...(2.4) Keterangan :
Diefisiensi baterai merupan kondisi dimana baterai dalam keadaan tidak
efisien, tidak baik, atau tidak ideal lagi dalam memberikan kinerja. Pada
baterai lead acid diefisiensinya adalah sebesar 20% yang berarti baterai akan
memberi kemampuan optimal saat dalam kondisi kapasitas sebesar 20%
sampai dengan 100%.
Adapun untuk menentukan persentase penggunaan energi listrik pada baterai didapatkan dengan menggunakan Persamaan 2.5.
𝑃𝑒𝑟𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎𝑠𝑒 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑔𝑢𝑛𝑎𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖 =
𝑊𝑃𝑒𝑟𝑐𝑜𝑏𝑎𝑎𝑛𝑃𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖
𝑥 100%...(2.5) Keterangan :
𝑊𝑃𝑒𝑟𝑐𝑜𝑏𝑎𝑎𝑛
: Energi yang dikonsumsi saat melakukan percobaan (Wh) 𝑃
𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖: Kapasitas baterai (Wh)
2.8 Solar Charge Controller
Solar charge controller berfungsi mengatur lalu lintas listrik dari modul surya ke baterai. Alat ini juga memiliki banyak fungsi yang pada dasarnya ditujukan untuk melindungi baterai. Solar charge controller adalah peralatan elektronik yang digunakan untuk mengatur arus searah DC yang diisi ke baterai dan diambil dari baterai ke beban. Solar charge controller mengatur overcharging (kelebihan pengi-sian karena baterai sudah penuh) dan kelebihan tegangan (overvoltage) dari panel surya.
Kelebihan tegangan 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 12 V umumnya memiliki tegangan output 16 - 21 V. Jadi tanpa Solar Charge Controller, baterai akan rusak oleh overcharging dan ketidakstabilan tegangan. Baterai umumnya dicas pada tegangan 14-14,7 V. Fungsi detail dari Solar Charge Controller antara lain:
a. Mengatur arus untuk pengisian ke baterai, menghindari overcharging, dan over-voltage. Apabila baterai dalam keadaan kondisi sudah terisi penuh maka listrik yang disuplai dari modul surya tidak akan dimasukkan lagi dapa baterai dan sebaliknya juga jika keadaan kondisi baterai sudah kurang dari 30% maka Solar Charge Controller tersebut akan mengisi kembali baterai sampai penuh.
b. Mengatur arus yang dibebaskan atau diambil dari baterai agar baterai
tidak kelebihan pengisian dan kelebihan beban.
c. Monitoring temperatur baterai, Solar Charge Controller biasanya terdiri dari satu input (dua terminal) yang terhubung dengan output panel sel surya, satu output (dua terminal) yang terhubung dengan baterai/aki dan satu output (dua terminal) yang terhubung dengan beban. Arus listrik DC yang berasal dari baterai tidak mungkin masuk ke panel surya karena biasanya ada diode proteksi yang hanya melewatkan arus listrik DC dari panel surya ke baterai, bukan sebaliknya [13].
Adapun dua jenis teknologi Solar Charge Control yang digunakan, yaitu PWM (Pulse Wide Modulation), seperti namanya menggunakan lebar pulse dari on dan off electrical, sehingga menciptakan seakan-akan sine wave electrical form. MPPT (Maximun Power Point Trac-ker), yang lebih efisien konversi DC to DC (Direct Curret). MPPT dapat mengambil daya maksimum dari panel surya.
MPPT dapat menyimpan kelebihan daya yang tidak digunakan oleh beban ke dalam baterai, dan apabila daya yang dibutuhkan beban lebih besar dari daya yang dihasilkan oleh panel surya, maka daya dapat diambil dari baterai. Adapun Solar Charge Controller tipe PWM dan MPPT akan ditunjukkan pada Gambar 2.15 [14].
(a)
(b)
Gambar 2.15 Solar Charge Controller tipe (a) PWM, dan (b) MPPT
2.9 Trolling Motor
Trolling motor adalah sistem propulsi air laut yang terdiri dari motor listrik dan baling-baling yang nantinya akan mengarahkan kapal dalam air. Pada umumnya trolling motor besar digunakan pada kapal pemancing. Selain itu, trolling motor juga digunakan sebagai sumber penggerak utama untuk perahu air yang lebih kecil seperti kano dan kayak. Trolling motor ini juga dikenal sebagai motor tempel listrik dikarenakan posisinya yang ditempelkan di bagian belakang kapal. Trolling motor sering diangkat dari air untuk mengurangi hambatan ketika mesin utama kapal beroperasi [15].
2.10
Propeller KapalPropeller merupakan bentuk alat penggerak kapal yang paling umum digunakan dalam menggerakkan kapal. Sebuah kapal dapat bergerak dengan kecepatan sesuai keinginan owner membutuhkan gaya dorong (thrust). Gaya dorong tersebut dihasilkan oleh motor induk atau main engine yang ditransmisikan melalui poros dan disalurkan ke baling-baling atau propeller.
Sistem propulsi yang terdiri dari propulsor, mesin penggerak dan badan
kapal harus dirancang yang paling efisien yaitu jumlah energi yang diperlukan
untuk propulsi arah pendorong kapal harus sekecil mungkin namun dapat
mencapai kecepatan yang direncanakan. Propulsor tersebut adalah propeller dan
mesin penggeraknya dapat berupa ketel uap dan turbin, turbin gas, mesin diesel
[16].
2.11 Teori Yang Digunakan Pada Alat Ukur Konsumsi Energi Listrik Teori yang akan digunakan pada alat ukur konsumsi energi listrik ialah sebagai berikut.
a. Tegangan
Tegangan listrik adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk memindahkan unit muatan listrik dari satu tempat ke tempat lain. Tegangan listrik yang dinyatakan dengan satuan Volt ini juga sering disebut sebagai potensial listrik karena pada dasarnya tegangan listrik adalah ukuran perbedaan potensial antara dua titik dalam rangkaian listrik. Rumus untuk mencari tegangan akan ditunjukkan pada Persamaan 2.6 [17].
V =
𝑃𝐼
...(2.6) Keterangan :
V = Tegangan (volt) P = Daya (watt) I = Arus (ampere)
b. Arus Listrik
Arus listrik adalah muatan electron dan proton yang mengalir dari suatu titik yang berpotensial tinggi ke titik yang berpotensial rendah melalui media konduktor dalam tiap satuan waktu. Rumus untuk mencari arus listrik akan ditunjukkan pada Persamaan 2.7 [17].
I =
𝑃𝑉
...(2.7) Keterangan :
I = Arus (ampere) V = Tegangan (volt) P = Daya (watt)
c. Daya Listrik
Daya listrik adalah laju hantaran energi listrik dalam rangkaian listrik.
Satuan SI daya listrik adalah watt yang menyatakan banyaknya tenaga listrik
yang mengalir per satuan waktu. Rumus daya listrik akan ditunjukkan pada Persamaan 2.8 [17].
P = V × I...(2.8) Keterangan :
P = Daya (watt) V = Tegangan (volt) I = Arus (ampere)
d. Penggunaan Energi
Penggunaan energi listrik adalah berapa banyak daya listrik yang digunakan pada Solar Boat RE15. Rumus penggunaan energi listrik akan ditunjukkan pada Persamaan 2.9 [17].
W = P x t...(2.9) Keterangan :
W = Energi Listrik (Watthour) P = Daya (watt)
t = Waktu (hour)
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Umum
Dalam kegiatan penelitian sudah pasti dilakukan suatu metode yang merupakan langkah dan tahapan yang dilakukan dalam memulai suatu proses penelitian. Penyusunan metode penelitian ini dimaksudkan adalah agar seorang peneliti dapat memperoleh suatu hasil yang diharapkan serta bisa dipertanggung jawabkan secara ilmiah. Ada beberapa hal yang merupakan tahapan yang dilakukan dengan tujuan mempermudah peneliti menentukan keberhasilan jawaban yang dibutuhkan dalam suatu penelitian. Adapun tahapan – tahapan yang akan ditempuh adalah pertama berupa penetapan waktu dan tempat penelitian, persiapan peralatan dan bahan yang akan digunakan, penentuan variable yang akan di amati selama melakukan penelitian dan prosedur dan mengambil data.
3.2 Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilakukan di Taman Cadika Johor dengan lama waktu penelitian adalah 2 (dua) bulan termasuk waktu untuk persiapan semua komponen yang dibutuhkan dan pembuatan alat selama penelitian.
3.3 Rangkaian Keseluruhan Alat Ukur Konsumsi Energi Listrik Rangkaian alat konsumsi energi listrik akan ditunjukkan pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Rangkaian Alat Ukur Konsumsi Energi Listrik
3.4 Prosedur Penelitian
Diagram alir penelitian adalah suatu alur dalam bentuk gambar dimana diagram alir ini akan dijelaskan tahapan-tahapan proses penelitian yang akan digunakan. Gambar diagram alir pada penelitian ini ditunjukkan Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Diagram Alur Penelitian
MULAIStudi Literatur
Perancangan dan Desain Alat
Pembuatan Alat
Analisis Data Alat Berfungsi
Hasil dan Kesimpulan
SELESAI
TIDAK
Pengujian Alat
IYA
Kalibrasi Alat
Penampilan Data
Tahapan ini dimulai dari menentukan topik, karena dari setiap penelitian yang paling utama sebelum melakukan penelitian ialah menentukan topik apa yang akan di telitinya. Setelah menentukan topic selanjutnya identifikasi masalah, pembatasan masalah, studi literature, perancangan alat, pembuatan alat, pengujian alat, penampilan data dan pengambilan data. Pada saat alat sudah siap untuk di pakai melakukan penelitian, maka penelitian dapat dilaksanakan.
Dalam penelitian ini alat ukur konsumsi energi listrik berperan untuk menunjukkan berapa penggunaan daya pada Solar Boat RE15, dimana data yang dihasilkan dari alat ukur konsumsi energi listrik akan ditampilkan pada software Tera Term dimana hasilnya dapat disimpan diberbagai software misalnya Microsoft Word, Microsoft Excel, NotePad, dan software sejenis lainnya. Setelah semua data daya yang diperlukan terpenuhi maka penelitian dilanjutkan dengan melakukan analisis terhadap data yang telah didapatkan. Setelah hasil penelitian didapatkan maka penelitian selesai.
3.5 Perangkat Yang Digunakan Pada Alat Ukur Konsumsi Energi Listrik Perangkat yang digunakan pada alat ukur konsumsi energi listrik ialah sebagai berikut.
a. Arduino Uno
Arduino adalah mikrokontroler berbasis ATmega328 (datasheet).
Memiliki 14 pin input dan output digital dimana 6 pin terebut dapat digunakan sebagai output PWM dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset. Arduino sangat mudah digunakan karena memilki bahasa pemograman yang mudah untuk dipahami, seperti bahasa C. Gambar arduino uno akan ditunjukkan pada Gambar 3.3 [5].
Gambar 3.3 Arduino Uno
Spesifikasi Arduino Uno dapat dilihat pada Tabel 3.1 : Tabel 3.1 Arduino Uno
Mikrokontroller Atmega328
Operasi Voltage 5V
Input Voltage 7-12 V (Rekomendasi)
Input Voltage 6-20 V (limits)
I/O 14 pin (6 pin untuk PWM)
Arus 50 mA
Flash Memory 32KB
Bootloader SRAM 2 KB
EEPROM 1 KB
Kecepatan 16 Mhz
b. Sensor Tegangan
Sensor tegangan adalah komponen yang dapat mengukur tegangan DC dalam bentuk satuan angka yang outputnya lansung dikirim ke arduino dalam bentuk satuan angka. Sensor tegangan digunakan untuk mengetahui berapa besaran tegangan yang digunakan pada Solar Boat RE15. Gambar sensor tegangan akan ditunjukkan pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Sensor Tegangan c. Sensor Arus
Sensor arus adalah komponen yang dapat mengukur arus dalam bentuk
satuan angka yang outputnya lansung dikirim ke arduino dalam bentuk satuan
angka. Sensor arus digunakan untuk mengetahui berapa besar arus listrik yang
digunakan pada Solar Boat RE15. Gambar sensor arus akan ditunjukkan pada
Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Sensor Arus
d. Sensor Kecepatan (GY-GPS6MV2)
Sensor kecepatan atau GY-GPS6MV2 adalah sensor yang berfungsi untuk mengetahui berapa kecepatan yang dapat ditempuh pada Solar Boat RE15 dalam satuan kilometer per jam. Gambar sensor kecepatan akan ditunjukkan pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6 Sensor Kecepatan (GY-GPS6MV2)
e. Sensor Kedalaman Propeller Motor (Ultrasonik)
Sensor kedalaman propeller motor adalah komponen yang dapat mengukur
kedalaman propeller (baling-baling motor) pada Solar Boat RE15. Prinsip
kerja sensor ini sama seperti kelelawar yang memancarkan gelombang
ultrasonik. Gambar sensor kedalaman propeller motor akan ditunjukkan pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7 Sensor Kedalaman Propeller Motor (Ultrasonik)
f. Kabel USB
Kabel USB adalah untuk mentransmisikan data dari arduino ke laptop dan kemudian data tersebut akan diproses lebih lanjut oleh laptop. Gambar kabel USB akan ditunjukkan pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Kabel USB
3.6 Pembuatan Program
Tahap pembuatan program dilakukan pada mikrokontroler Arduino Uno, dimana terdapat program untuk sensor arus, sensor tegangan, sensor GPS (kecepatan), dan sensor ultrasonik. Adapun pembuatan program akan ditunjukkan pada Gambar 3.9 dan program lengkap akan ditampilkan pada bagian Lampiran 1.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Gambar 3.9 (a), (b), (c), (d), (e) Pembuatan Program
3.7
Solar Boat RE15Solar Boat RE15 merupakan objek analisa pada penelitian ini. Tema dan
konsep Solar Boat RE15 yang dirancang adalah “Green Energy and Save
Environment”. Susunan panel surya yang terpasang digunakan sebagai
pembangkit listrik lalu menyuplai energi listrik ke baterai. Lambung Solar Boat
RE15 meliputi rangka dan ribuan botol bekas yang dikumpulkan, untuk disusun
dalam rangka besi sebagai lambung Solar Boat RE15. Solar Boat RE15 adalah
solar boat dengan konfigurasi dua lambung. Kelebihan model ini adalah stabilitas
yang lebih baik pada saat melaju di air, hambatan yang kecil dan area geledak
yang luas. Solar Boat RE15 ditunjukkan pada Gambar 3.9 dan spesifikasi pada
Solar Boat RE15 ditunjukkan pada Tabel 3.2 [18].
Gambar 3.9 Solar Boat RE15 Tabel 3.2 Spesifikasi Solar Boat RE15
Kategori Spesifikasi
Jenis Kapal Katamaran
Rangka Besi
Lambung Kapal 2 Buah lambung kapal (Mengguna 1000 botol air mineral 600 Milliliter)
Sumber Energi Panel sel surya
Motor BM4212 (dengan Max Power 420 Watt
DC)
Baterai Lead Acid 150 Ah (12 Volt)
Berat Daya Tampung 400 Kg (max)
Berat Kapal
400 Kg (Berat Kapal Tampa penumpang)Panjang Kapal
3,5 MeterLebar Kapal
1.9 Meter3.8 Komponen Pada Solar Boat RE15
Komponen – komponen pada Solar Boat RE15 ialah : a. Panel Surya
Panel surya yang digunakan pada Solar Boat RE15 adalah panel surya
monokristal. Panel surya monokristal yang digunakan ditunjukkan pada
Gambar 3.10 dan spesifikasi pada panel surya monokristal ditunjukkan pada
Tabel 3.3 [18].
Gambar 3.10 Panel Surya Monokristal Tabel 3.3 Spesifikasi Panel Surya Monokristal Tegangan Rangkaian Terbuka 21.6 V
Arus Hubung Singkat 3.06 A
Tegangan Maksimal 18 V
Arus Maksimal 2.78 A
Irradiance 1000 W/m
2Luas Permukaan 0.338 m
2Bobot 4 kg
b. Trolling Motor
Pada Solar Boat RE15 tipe trolling motor yang digunakan adalah BM4212. Bagian-bagian dari trolling motor ini akan ditunjukkan pada Gambar 3.11 dan spesifikasi pada trolling motor akan ditunjukkan pada Tabel 3.4 [18].
Gambar 3.11 Trolling Motor Tipe BM4212
Tabel 3.4 Spesifikasi Trolling Motor Tipe BM4212
Tegangan 12 VDC
Arus 35 A
Daya 420 W
Gaya Dorong Maksimum berat beban kapal 2000
Lbs (909 kg)
Kecepatan 5 Tuas Transmisi Maju dan 3 mundur
Panjang Poros 36 “ (91.4 cm)
Ketahanan Air Tawar dan Air Asin
c. Baterai
Adapun baterai yang digunakan pada Solar Boat RE15 adalah baterai Lead Acid 12V 150Ah yang ditunjukkan pada Gambar 3.12 dan spesifikasi baterai Lead Acid akan ditunjukkan pada Tabel 3.5 [18].
Gambar 3.12 Baterai Lead Acid 12V 150Ah Tabel 3.5 Spesifikasi Baterai Lead Acid 12V 150Ah
Merek Quick Start
Kapasitas 150 Ah
Tegangan 12V
Daya 1800 Wh
Bobot 30 kg
d. Solar Charge Controller
Solar Charge Controller yang digunakan pada Solar Boat RE15 adalah tipe MPPT dimana gambar beserta spesifikasinya ditunjukkan oleh Gambar 3.13 dan Tabel 3.6 [18].
Gambar 3.13 Solar Charge Controller Tipe MPPT Tabel 3.6 Spesifikasi Solar Charge Controller tipe MPPT
Tegangan Nominal Sistem 12/24 V
Arus Baterai 40 A
Tegangan Baterai 40 A
Tegangan Masukan
Maksimum Panel Surya 100 VDC
e. Battery Capacity Tester
Battery Capacity Tester merupakan sebuah alat ukur yang digunakan
untuk mengukur kapasitas dari baterai dalam bentuk persen (%). Pada
penelitian ini Battery Capacity Tester digunakan untuk mengetahui kapasitas
awal baterai sebelum dilakukannya penelitian. Battery Capacity Tester yang
digunakan pada penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 3.14.
Gambar 3.14 Battery Capacity Tester f. Laptop
Laptop pada penelitian ini digunakan untuk monitoring Alat Ukur Konsumsi Energi Listrik dan sebagai sarana untuk menampilkan data yang telah diperoleh selama melakukan penelitian.
3.9 Variabel Yang di Amati a. Arus (Ampere)
b. Tegangan (Volt)
c. Daya (Watt)
BAB IV
HASIL RANCANGAN DAN ANALISIS 4.1 Umum
Pada bab ini akan memaparkan hasil rancangan alat yang telah dibuat serta data yang didapat dari penelitian yang telah dilakukan dan penganalisaannya dari data yang telah didapat pada pengujian alat.
4.2 Hasil Rancangan Alat Ukur Konsumsi Energi Listrik
Alat ukur konsumsi energi listrik adalah alat yang digunakan untuk mengetahui penggunaan daya pada suatu kendaraan listrik, seperti seperapa besar penggunaan daya yang digunakan pada kendaraan yang menggunakan energi listrik sebagai sumber energinya. Dalam penelitian ini Solar Boat RE15 sebagai kendaraan yang akan di ukur penggunaan dayanya. Alat ukur konsumsi energi listrik akan ditunjukkan pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1 Alat Ukur Konsumsi Energi Listrik
4.3 Data Hasil Pengujian Alat Ukur Konsumsi Energi Listrik
Setelah melakukan percobaan menggunakan Alat Ukur Konsumsi Energi Listrik selama kurang lebih 1 (satu) jam untuk mengetahui penggunaan daya listrik serta kecepatan yang dihasilkan oleh solar boat. Maka data yang diperoleh alat ukur konsumsi energi tersebut diterima dan ditampilkan oleh software Tera Term yang kemudian datanya dapat dilihat diberbagai software misalnya Microsoft Excel, NotePad dan software lain sejenisnya. Adapun rata-rata dari data yang diperoleh akan ditunjukkan oleh Tabel 4.1 dan untuk data lengkap dari alat konsumsi energi listrik akan ditampilkan pada Lampiran 2 dan gambar dokumentasi pengujian dari alat ukur konsumsi energi listrik akan ditunjukkan pada Lampiran 3.
Tabel 4.1 Data Hasil Penelitian
No
Kedalaman Propeller
(cm)
Speed Control
Arus (Ampere)
Tegangan (volt)
Daya (watt)
Kecepatan Solar
Boat (km/jam)
Pukul
1
101 4 12 48 6.1
13:32:00 Sampai 13:44:00
2 7 12 84 11.7
3 13 11 143 16
4 26 12 312 19.3
2
201 5 12 60 5.9
13:48:00 Sampai 14:00:00
2 9 13 117 10
3 16 12 192 13.2
4 30 12 360 17.7
3
301 5 13 65 5.1
14:04:00 Sampai 14:16:00
2 10 12 120 8
3 18 11 198 11.31
4 29 13 377 13
4
401 6 13 78 3.7
14:20:00 Sampai 14:32:00
2 13 12 156 6
3 20 12 240 7.3
4 33 13 429 9
4.4 Analisis Hubungan Pengunaan Daya Listrik Pada Solar Boat RE15 Terhadap Kedalaman Propeller
Berdasarkan pengujian yang telah dilakukan maka didapatkan hasil penggunaan daya listrik pada solar boat RE15 ialah mulai dari penggunaan daya yang terkecil sebesar 48 watt sampai dengan penggunaan daya yang terbesar 429 watt. Adapun hubungan penggunaan daya listrik pada solar boat RE15 terhadap kedalaman propeller diperlihatkan oleh grafik pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Penggunaan Daya Terhadap Kedalaman Propeller Berdasarkan data yang diperoleh dari masing-masing bahan uji, maka didapatkan penggunaan daya maksimum sebesar 429 watt pada kedalaman 40 cm dari permukaan air dengan speed control 4, sedangkan penggunaan daya listrik minimum adalah sebesar 48 watt pada kedalaman 10 cm dari permukaan air dengan speed control 1 dan pada pengujian penggunaan daya ini jarak yang ditempuh oleh solar boat adalah tetap dengan jarak 100 m.
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Daya (watt)
Speed Control 1 Speed Control 2 Speed Control 3 Speed Control 4
Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa setiap kedalaman propeller, penggunaan daya listriknya meningkat seiring dengan bertambahnya tingkatan kecepatan motor. Perubahan daya yang signifikan dapat kita lihat pada setiap kedalaman dengan speed control 3 diganti menjadi speed control 4 dimana penggunaan daya listriknya rata-rata meningkat 60%. Pada saat jarak propeller yang semakin menjauh dari permukaan air maka akan mengakibatkan penggunaan daya listrik semakin bertambah. Semakin bertambahnya kedalaman propeller didalam air maka tekanan yang diberikan air pun semakin besar, hal ini menyebabkan trolling motor harus bekerja ekstra untuk memutar propeller yang tentunya membutuhkan daya yang lebih besar lagi.
4.5 Konsumsi Energi Listrik pada Solar Boar RE15
Konsumsi energi listrik adalah penggunaan daya listrik pada satuan waktu tertentu. Adapun konsumsi energi dapat diketahui dengan menggunakan Persamaan 2.9 sehingga didapatkan hasil sebagai berikut :
Pada kedalaman 10 cm dengan speed control 1, maka didapatkan hasil : W = P.t
W = 48 x (
4 60) W = 3,2 Wh
Dengan cara yang sama untuk semua kedalaman propeller dengan speed control tertentu didapatkan besar energi listrik yang digunakan, maka hasilnya akan ditampilkan pada Tabel 4.2. Untuk mengetahui kapasitas yang terdapat pada baterai dapat menggunakan persamaan 2.3 sehingga didapatkan hasil sebagai berikut :
𝑃
𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖= 𝐼
𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖x 𝑉
𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖= 150 Ah x 12 V
= 1800 Wh
Untuk mengetahui persentasi penggunaan baterai pada saat melakukan percobaan dapat menggunakan Persamaan 2.5 sehingga didapatkan hasil sebagai berikut : Persentase Penggunaan Baterai =
𝑊𝑃𝑒𝑟𝑐𝑜𝑏𝑎𝑎𝑛𝑃𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖
𝑥 100%
=
3,21800
x 100%
= 0,17778 %
Dengan cara yang sama untuk semua kedalaman propeller dengan speed control tertentu didapatkan persentase penggunaan baterai, maka hasilnya akan ditampilkan pada Tabel 4.2.
Untuk mengetahui lama baterai dapat menyuplai beban dengan data yang didapat selama percobaan maka dapat menggunakan Persamaan 2.4 sehingga didapatkan hasil sebagai berikut :
Pada kedalaman propeller 10 cm dengan speed control 1, maka didapatkan hasil : Durasi Pemakaian =
(𝐾𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖 (𝑊ℎ)𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑙𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑘 𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 (𝑊)) − 𝑑𝑖𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖 20%
Durasi Pemakaian =
(1800 𝑊ℎ48 𝑊 ) − 𝑑𝑖𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖 20%Durasi Pemakaian =
37,5 – 7,5Durasi Pemakaian =
30 jamDengan cara yang sama untuk semua kedalaman propeller dengan tingkat
kecepatan tertentu didapatkan lama baterai dapat menyuplai beban, maka hasilnya
akan ditampilkan pada Tabel 4.2. Untuk mengetahui lama baterai dapat menyuplai
beban, diasumsikan kapasitas baterai terisi penuh (100%).
Tabel 4.2 Konsumsi Energi Listrik Pada Solar Boat RE15 berdasarkan Kedalaman Propeller.
Kedalaman Propeller
(cm)
Speed Control
Konsumsi Energi Listrik (Wh)
Penggunaan Energi Pada Baterai (%)
Lama Penggunaan
Baterai (jam)
Kecepatan Solar Boat (km/jam)
10
1 3,2 0,17 30 6,1
2 5,6 0,31 17 11,7
3 9,5 0,527 10 16
4 20,8 1,15 4 19,3
20
1 4 0,22 24 5,9
2 7,8 0,43 12 10
3 12,8 0,71 7 13,2
4 24 1,33 4 17,7
30
1 4,3 0,23 22 5,1
2 8 0,44 12 8
3 13,2 0,73 7 11,31
4 25,13 1,39 3 13
40
1 5,2 0,28 18 3,7
2 10,4 0,57 9 6
3 16 0,88 6 7,3
4 28,6 1,58 3 9
Setelah semua data tentang konsumsi energi listrik pada setiap percobaan didapatkan, maka data tersebut dapat ditampilkan dalam bentuk grafik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3 Grafik Penggunaan Konsumsi Energi Listrik
0 5 10 15 20 25 30
Kedalaman
10 cm Kedalaman
20 cm Kedalaman
30 cm Kedalaman 40 cm
Energi (Wh)
Speed Control 1 Speed Control 2 Speed Control 3 Speed Control 4
Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa penggunaan energi pada Solar Boat RE15 akan mengalami peningkatan seiring dengan bertambahnya kedalaman propeller tersebut. Dapat dilihat bahwa pada saat propeller berada 10 cm dari permukaan air energi yang digunakan lebih kecil dibandingkan saat propeller berada dikedalaman 40 cm dari permikaan air dimana penggunaan energi meningkat lebih dari 50%. Hal serupa juga terjadi saat penambahan tingkatan kecepatan motor, dimana semakin bertambah tingkatan kecepatan motor maka penggunaan energinya juga semakin bertambah.
Setelah semua data tentang persentase penggunaan baterai pada setiap percobaan didapatkan, maka data tersebut dapat ditampilkan dalam bentuk grafik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.4.
Gambar 4.4 Grafik Persentase Penggunaan Baterai
Dari grafik diatas dilihat bahwa penggunaan baterai di setiap kedalaman propeller semakin bertambah persentasenya seiring dengan bertambahnya kedalaman propeller tersebut. Penggunaan baterai terbesar di setiap kedalaman terjadi saat solar boat menggunakan speed control 4 dimana peningkatan penggunaan baterai berkisar 40-50% dari speed control 3. Peningkatan penggunaan baterai disetiap kedalaman antara speed control 1 sampai 3 terjadi konstan.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
Kedalaman
10 cm Kedalaman
20 cm Kedalaman
30 cm Kedalaman 40 cm
Penggunaan Baterai (%)
Speed Control 1 Speed Control 2 Speed Control 3 Speed Control 4
Setelah semua data tentang lama penggunaan baterai pada setiap konsumsi energi listrik yang dibutuhkan setiap percobaan, maka data tersebut dapat ditampilkan dalam bentuk grafik yang ditunjukkan pada Gambar 4.5.
Gambar 4.5 Grafik Lama Penggunaan Baterai Pada Setiap Percobaan Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa lama penggunaan baterai sangat tergantung pada daya listrik yang dihasilkan beban. Terlihat bahwa semakin kecil konsumsi daya listrik maka lama baterai dapat digunakan akan berlangsung semakin lama begitu juga sebaliknya.
0 5 10 15 20 25 30
Kedalaman
10 cm Kedalaman
20 cm Kedalaman
30 cm Kedalaman 40 cm
Lama Penggunaan (jam)
Speed Control 1 Speed Control 2 Speed Control 3 Speed Control 4
