PENGUJIAN MPPT (MAXIMUM POWER POINT TRACKING) ALAT CAS BATERAI TENAGA MATAHARI KOMERSIAL TIPE
20A
SKRIPSI
DEWI GITHA ARUM SIJABAT 140801057
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
PENGUJIAN MPPT (MAXIMUM POWER POINT TRACKING) ALAT CAS BATERAI TENAGA MATAHARI KOMERSIAL TIPE
20A
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
DEWI GITHA ARUM SIJABAT 140801057
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
PERNYATAAN
PENGUJIAN MPPT (MAXIMUM POWER POINT TRACKING) ALAT CAS BATERAI TENAGA MATAHARI KOMERSIAL TIPE
20A
SKRIPSI
Saya mengaku skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Januari 2019
Dewi Githa Arum Sijabat 140801057
PENGHARGAAN
Puji dan Syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, yang telah memberikan kesehatan, kekuatan, dan anugerah-Nya maka skripsi ini telah disusun dalam rangka kewajian penulis sebagai salah satu syarat mendapat gelar sarjana Sains di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Univeritas Sumatra Utara.
Dalam penelitian ini penulis ingin menyampaikan terimakasih yang sebesar- besarnya kepada kedua orang tua tercinta, Bapak D Sijabat dan Mama R br Sinaga yang telah begitu banyak memberikan pengorbanan untuk membesarkan, mendidik, memberikan kasih sayang, cinta, semangat serta doa kepada penulis. Penulis juga mengucapkan terimakasih untuk kakak dan adikku tercinta Lisbeth Dameriahni Sijabat, S.T.P, Polycharpus Osbin Sijabat dan Indah Revalina Sijabat yang selalu memberikan dorongan dan semangat kepada penulis.
Dalam penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bimbingan dan pengarahan dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Drs. Kurnia Brahmana M.Si selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan bantuan, bimbingan dan pengarahan kepada penulis selama penyusunan skripsi ini. Terimakasih sebesar-besarnya penulis ucapkan untuk beliau.
2. Bapak Prof.Dr.Marhapoan Situmorang dan Bapak Drs. Herli Ginting MS selaku dosen penguji
Bapak Dr. Tulus Ikhsan Nasution,S.Si, M.Si, selaku dosen wali penulis.
3. Bapak Kerista Sebayang, S.Si, M.Si selaku Dekan FMIPA USU, Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS selaku Ketua Departemen Fisika USU dan Bapak Awan Maghfirah, S.Si. M.Si selaku Sekertaris Departemen Fisika USU.
4. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatra Utara.
5. Sahabat-Sahabatku Mei Sandy Raya Sitepu, Irma Surya Siregar, Nia Odilia Sitohang Mariana M Panjaitan, dan Wilia Sari Situmorang
6. Teman-Teman seperjuangan 2014 PHYSIC IMMORTAL : Andrian, Mia, Elco, Berkadh, Peter, Martin, Jacky, Nanda, Wiwid, Devi, Yola, Alindra, Polo, Ebta serta seluruh Physic Immortal yang tidak dapat disebutkan satu-persatu.
7. Kepada teman- teman Sulastri Siregar, Teresia Sinurat, Margareth Sihombing, Sepri Sijabat, Andika Sinaga, dll.
Akhirnya penulis mengucapkan terimakasih kepada semua yang telah membantu penulis hingga skripsi ini selesai. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam skripsi ini, namun penulis berharap agar skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pembaca dan kepentingan orang banyak.
Medan, Januari 2019
Dewi Githa Arum Sijabat
PENGUJIAN MPPT (MAXIMUM POWER POINT TRACKING) ALAT CAS BATERAI TENAGA MATAHARI KOMERSIAL TIPE
20A
ABSTRAK
Seiring waktu semakin banyak orang yang menggunakan alat yang dapat mengkonversi energi yang berasal dari matahari menjadi energi listrik yang dinamakan sel surya. Pengujian Mppt (Maximum Power Point Tracking) Alat Cas Baterai Tenaga Matahari Komersial Tipe 20a merupakan pengujian pada solar carger yang dijual secara umum. Telah diuji MPPT (Maksimum Power Point Tracking) tipe 20 A yang merupakan suatu pengendali pengisian energi dalam sistem modul surya, merupakan hal mendasar yang sangat dibutuhkan, dimana alat tersebut mengatur pengisian dan pengeluaran dari sebuah baterai. Saat ini, charge controller memiliki tipe dan spesifikasinya masing-masing. Pada penelitian ini digunakan MPPT komersial 20A, sensor arus ACS712, sensor tegangan, arduino nano yang terdapat IC mikrokontroler ATmega328, LCD (Liquid Cristal Display), PC (Personal Computer).
Panel surya menerima sinar matahari kemudian arus dan tegangan akan dibaca oleh sensor arus dan sensor tegangan. Setelah dilakukan pengujian alat, didapat data hasil berupa tegangan dan arus yang kemudian disimpan ke baterai. Rangkaian terdiri dari mikrokontroler arduino nano yang digunakan sebagai pengontrol dan pembaca data sensor arus dan tegangan yang ditampilkan pada LCD, kemudian akan disimpan pada PC.
Kata kunci: mppt, mikrokontroler ATmega328, sensor arus acs712, sensor tegangan
TESTING OF MPPT (MAXIMUM POWER POINT TRACKING) CAS TOOLS FOR COMMERCIAL SUN POWER BATTERIES TYPE
20A
ABSTRACT
Over time more and more people are using devices that can convert energy from the sun into electrical energy called solar cells. Mppt Test (Maximum Power Point Tracking) Tool for Commercial Solar Power Battery Type 20a is a test for diesel generators sold in general. MPPT (Maximum Power Point Tracking) type 20 A has been tested which is a controller of energy charging in a solar module system, which is a fundamental thing that is needed, where the device regulates the charging and discharge of a battery. Currently, the charge controller has its own type and specifications. In this study commercial MPPT 20A was used, ACS712 current sensor, voltage sensor, Arduino nano which contained ATmega328 microcontroller IC, LCD (Liquid Cristal Display), PC (Personal Computer). The solar panel receives sunlight and the current and voltage will be read by the current sensor and voltage sensor. After testing the tool, the data obtained in the form of voltage and current which is then stored into batteray. The circuit consists of an arduino nano microcontroller that is used as a controller and current sensor data reader and The voltage displayed on the LCD will then be stored on the PC.
Keywords: mppt, ATmega328 microcontroller, acs712 current sensor, voltage sensor
DAFTAR ISI
Halaman
PERSETUJUAN i
PERNYATAAN ii
PENGHARGAAN iii
ABSTRAK v
ABSTRACT vi
DAFTAR ISI vii
DAFTAR GAMBAR ix
DAFTAR LAMPIRAN x
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Batasan Masalah 2
1.4 Tujuan Penelitian 2
1.5 Manfaat Penelitian 2
1.6 Sistematika Penelitian 2
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Panel Surya 4
2.1.1 Panel Silikon mono-kristalin 4
2.1.2 Panel Silikon Polikristalin 5
2.1.3 Panel Silikon dan Film Tipis Amorf 6
2.1.4 Prinsip Kerja Panel Surya 7
2.2 Solar Charge Controller 10
2.3 Maximum Power Point Tracking 12
2.4 Mikrokontroler 13
2.4.1. Mikrokontroler Atmega328 15
2.5 Sensor 17
2.5.1. Sensor Arus 17
2.5.2. Sensor Tegangan 18
2.6 Proses Monitoring dan Data Akuisisi Panel Surya 18
2.7 Liquid Cristal Display (LCD) 19
2.8 Baterai 22
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Blok 23
3.1.1 Fungsi Diagram Blok 23
3.2 Rangkaian Sensor Arus 24
3.3 Rangkaian Sensor Tegangan 25
3.4 Rangkaian LCD 25
3.5 Rangkaian Keseluruhan 26
3.6 Diagram Alir 27
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian LCD 28
4.2 Pengujian Sensor Arus ACS712 29
4.3 Pengujian Sensor Tegangan 31
4.4 Grafik Pengujian Pengisian Baterai menggunakan Solar Charger
MPPT 33
4.4.1 Pengujian perolehan Arus dengan menggunakan Solar Charger
MPPT 33
4.4.2 Pengujian perolehan Tegangan dengan menggunakan Solar
Charger MPPT 33
4.4.3 Pengujian perolehan Tegangan vs Arus dengan menggunakan
Solar Charger MPPT 34
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan 35
5.2. Saran 35
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar 2.1 Jenis Panel Surya 7
Gambar 2.2 Junction antara semiconductor tipe-p dan tipe-n 8
Gambar 2.3 Grafik karakteristik panel surya 10
Gambar 2.4 Kurva pengaturan tegangan baterai pada charge controller 11
Gambar 2.5 Pin Mikrokontroler Atmega328 16
Gambar 2.6 Rangkaian sensor arus ACS712 17
Gambar 2.7 Rangkaian Pembagi Tegangan 18
Gambar 2.8 PLX-DAQ 19
Gambar 2.9 Konfigurasi pin LCD 21
Gambar 3.1 Diagram Blok 23
Gambar 3.2 Rangkaian Sensor Arus 24
Gambar 3.3 Rangkaian Sensor Tegangan 25
Gambar 3.4 Rangkaian Lcd 25
Gambar 3.5 Rangkaian Keseluruhan 26
Gambar 4.1 Pengujian LCD 29
Gambar 4.2 Pengujian Sensor Arus 31
Gambar 4.3 Pengujian Sensor Tegangan 32
Gambar 4.4.1 Grafik Pengujian perolehan Arus dengan menggunakan Solar
Charger MPPT 33
Gambar 4.4.2 Grafik Pengujian perolehan Tegangan dengan menggunakan Solar
Charger MPPT 33
Gambar 4.4.3 Pengujian perolehan Tegangan vs Arus dengan menggunakan
Solar Charger MPPT 34
DAFTAR LAMPIRAN
Daftar Lampiran Lampiran 1 Data Lampiran 2 Program Lampiran 3 Foto
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Matahari adalah sumber energi terbesar dan utama bagi kehidupan, oleh karena itu penggunaan energi matahari dapat dijadikan sebagai salah satu energi alternative. Salah satu alternatif yang dapat kita lakukan adalah dengan menggunakan energi baru terbaharukan, yaitu energi matahari yang dirubah menjadi energi listrik. Energi matahari perlu dimanfaatkan secara optimal.
Modul surya atau photovoltaic adalah alat konversi energi dari sinar matahari ke listrik secara langsung. Energi listrik yang dihasilkan oleh modul surya tidak semuanya langsung digunakan pada peralatan elektronik tetapi sebagian tersimpan dalam sebuah baterai agar dapat digunakan ketika malam hari, baterai yang biasa digunakan adalah Lead-Acid Battery (Accu), karena dapat diisi ulang sehingga sangat efisien untuk digunakan pada sistem modul surya.
Solar charge controller adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk mengatur arus searah yang diisi ke baterai dan dikeluarkan dari baterai ke peralatan elektronik. Fungsi utama dari charge controller adalah untuk mempertahankan keadaan baterai dengan mencegah terjadinya distribusi arus dan tegangan yang berlebihan pada baterai. Terdapat setidaknya dua jenis charge controller yaitu yang menggunakan teknologi PWM (Pulse width modulation) dan MPPT (Maximum Power Point Tracking).
MPPT adalah sebuah metode untuk mendapatkan daya maksimum dari sebuah sumber energi (energi matahari, angin, maupun yang lain) pada berbagai kondisi lingkungan dan kondisi beban. Sistem Maximum Power Point Tracking (MPPT) dengan konverter dc-dc digunakan untuk mengatur besarnya tegangan dan arus keluaran pada sistem ke baterai. Saat ini penelitian terkait MPPT masih sedikit dikarenakan banyak yang menggunakan kontroler PWM untuk sistem charge controller.
Berdasarkan uraian di atas penulis tertarik untuk melakukan penelitian yang berjudul “Pengujian MPPT (Maximum Power Point Tracking) Alat Cas Baterai Tenaga Matahari Komersial Tipe 20A”
1.2 Rumusan Masalah
1. Uji coba kemampuan MPPT (Maximum Power Point Tracking) tipe 20A 2. Apakah arus masukan/input yang rendah dari panel surya dapat di
optimalkan oleh MPPT
1.3 Batasan Masalah
Untuk menghindari adanya pembahasan diluar materi dalam mengerjakan penelitian ini, maka makabatasan masalah terdiri dari :
1. Rancangan menggunakan MPPT tipe 20A sebagai alat yang akan diuji 2. Rancangan menggunakan solar panel 85 Watt sebagai sumber arus dan
tegangan
3. Menggunakan baterai Basah (Lead Acid) 40 Ah
4. Rancangan menggunakan IC Mikrokontroler Atmega328 5. Keluaran ditampilkan pada PC
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk
1. Pembuktian besar arus dan tegangan yang dihasilkan oleh MPPT tipe 20A 2. Untuk mengetahui besarnya arus dan tegangan yang dihasilkan pada
berbagai kondisi cuaca.
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat bagi penulis sendiri yaitu sebagai penerapan ilmu yang telah diperoleh selama perkuliahan. Bagi mahasiswa, institusi, ataupun masyarakat pengguna diharapkan hasil penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi untuk penelitian berikutnya maupun untuk pembelajaran.
1.6 Sistematika Penulisan Bab I : Pendahuluan
Dalam bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan masalah yang akan diteliti, tujuan penelitian, manfaat penelitian, tempat penelitian, dan sistematika penelitian.
Bab II : Tinjauan Pustaka
Dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung yang menjadi acuan untuk proses pengambilan data, analisa data dan pembahasan. Teori pendukung itu antara lain panel surya, mikrokontroler Arduino Nano, sensor arus dan sensor tegangan.
Bab III : Metodologi Penelitian
Pada bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian, diagram alir penelitian, dan prosedur penelitian.
Bab IV : Hasil Dan Pembahasan
Pada bab ini membahas tentang hasil pengujian penelitian dan analisa data yang diperoleh dari peneltian.
Bab V : Kesimpulan Dan Saran
Pada bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari penelitian serta saran untuk dapat dikembangkan pada penelitian yang lebih lanjut
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Panel Suya
Sel surya menjadi sumber energi terbarukan yang paling penting yang menawarkan banyak keuntungan seperti tanpa memerlukan bahan bakar minyak, tidak menghasilkan polusi, biaya perawatan rendah dan tidak menghasilkan noise.
Penerapan sel surya pada sistem mandiri adalah seperti pada pompa air, penerangan jalan, kendaraan listrik, militer dan ruang angkasa. Permasalahan utama pada penggunaan sel surya adalah pembangkitan tenaga listrik yang rendah, terutama pada kondisi radiasi yang rendah. Yang bisa dicapai hingga saat ini tidak lebih dari 20%, itupun dalam skala laboratorium. Dan jumlah daya listrik yang dibangkitkan berubah secara berkala seiring dengan perubahan cuaca.
Pembangkit listrik tenaga surya merupakan salah satu pembangkit tenaga listrik alternatif yang banyak dikembangkan, panel surya (solar photovoltaic) sebagai jenis pembangkit listrik terbaharukan di masa depan akan semakin memiliki peranan penting sebagai pengganti energi fosil atau energi tak terbaharukan. Dalam aplikasinya secara konvensional panel surya memiliki banyak kekurangan terutama pada sisi efisensi keluaran yang terbilang rendah, hal tersebut dikarenakan perbedaan karakteristik antara panel surya dengan beban. Selain itu ada beberapa faktor yang mempengaruhi daya listrik yang dihasilkan oleh panel surya, seperti besarnya tingkat intensitas cahaya dan suhu kerja dari panel surya. oleh karena itu diperlukan sebuah teknologi yang dapat memaksimalkan daya keluaran dari panel surya tersebut.
Sel surya fotovoltaik yang terbuat dari silikon atau jenis bahan semikonduktor tertentu yang mengubah energi cahaya, yang diserap dari sinar matahari, menjadi listrik DC. Untuk menebus intermiten dan malam hari, penyimpanan listrik yang dihasilkan ke baterai diperlukan.
2.1.1 Panel Silikon mono-kristalin
Jenis kristal silikon pertama yang digunakan dalam panel surya adalah mono- kristal. Meskipun itu bukan yang paling umum digunakan, tetapi teknologi ini adalah salah satu yang tertua dan paling terbukti dibandingkan dengan yang lain. Seperti namanya sel surya jenis ini terbuat dari kristal silikon yang sama, yang sangat murni
dan memiliki lebih sedikit penyimpangan dan ketidaksempurnaan dibandingkan sel surya polikristalin. Jenis silikon ini diproduksi menggunakan proses Czochralski di mana silikon biji kristal dicelupkan ke dalam silikon cair dan ditarik sangat lambat.
Proses ini menghasilkan ingot kristal tunggal silinder sepanjang dua meter saat silikon cair mengkristal di sekitar biji. Silikon dapat bersifat intrinsik atau diolah dengan kotoran tergantung pada penggunaannya di masa depan. Ingot kemudian diiris menjadi wafer tipis. Wafer yang sama ini juga digunakan untuk fabrikasi perangkat semikonduktor.
Mempertimbangkan bentuk persegi sel surya, banyak bahan silikon terbuang dalam proses; maka kelemahan utama sel surya jenis ini adalah titik harganya. Proses pembuatan ini juga lebih rumit dan lebih banyak silikon digunakan untuk membuat sel surya mono-kristal. Fakta-fakta terakhir ini berkontribusi pada harga tinggi per panel dibandingkan dengan panel surya lainnya dalam ulasan ini. Namun, karena kurangnya ketidaksempurnaan dan struktur sel panel surya jenis ini adalah yang paling efisien, dengan persentase rata-rata sekitar 11% - 16%. Efisiensi adalah faktor di mana cahaya yang diserap diubah menjadi listrik.
Karena tingkat efisiensi yang lebih tinggi panel ini berkinerja lebih baik dan telah terbukti bertahan lebih lama daripada panel teknologi silikon lainnya. Panel- panel ini diperkirakan berlangsung setidaknya 25 tahun. Dan beberapa telah terbukti bertahan hingga 50 tahun, sehingga harga yang lebih tinggi dibenarkan oleh biaya energi yang dihasilkan panel ini selama masa hidup mereka yang panjang. Faktor positif lain tentang panel ini adalah kenyataan bahwa pengguna akan mendapatkan watt paling banyak per kaki persegi panel yang digunakan, karena panel ini sangat efisien. Akibatnya panel ini adalah pilihan yang baik ketika ruang terbatas menjadi masalah. Panel surya mono-kristal sangat rapuh, dan perawatan harus diberikan selama proses pengiriman dan pemasangan.
2.1.2 Panel Silikon Polikristalin
Selanjutnya dalam kategori sel surya silikon adalah silikon polikristalin.
Panel surya polikristalin adalah jenis panel surya yang paling umum di instalasi rumah hari ini, karena biaya rendah dan efisiensi daya rata-rata. Dalam proses fabrikasi ini silikon cair biasanya dicor dan kemudian didinginkan dalam bentuk persegi panjang untuk hasil yang lebih menguntungkan. Blok ini kemudian diiris
sama dengan ingot kristal mono untuk menciptakan sel surya tipis. Seperti namanya, batangan terbuat dari beberapa kristal yang menyerupai pecahan kaca karena proses pembuatan. Proses ini lebih cepat dan lebih mudah diterapkan. Akibatnya, jenis sel silikon ini lebih murah dan oleh karena itu harganya lebih murah dibandingkan dengan sel mono-kristal. Semikonduktor kelas rendah yang digunakan dalam fabrikasi dan ketidaksempurnaan menjatuhkan kinerja sel surya. Efisiensi adalah kerugian utama panel surya polikristalin. Mereka hanya mengonversi 10% -14%
energi matahari yang menyentuh permukaannya. Efisiensi untuk panel surya ini menurun dibandingkan dengan pasangan mono-kristalinnya karena kehilangan energi pada titik pemisahan atau fusi antara dua kristal yang berdekatan. Panel polikristalin seperti panel monokristalin berkinerja buruk dalam naungan atau kondisi cahaya rendah. Panel-panel ini mencakup sebagian besar pangsa pasar dalam industri manufaktur panel surya dalam dekade terakhir.
2.1.3 Panel Silikon dan Film Tipis Amorf
Teknologi film tipis lebih baru dari teknologi silikon kristal yang dibahas sebelumnya. Silikon amorf atau semikonduktor non-silikon lainnya digunakan, bukan dari silikon kristal. Semikonduktor ditempatkan di antara laminasi fleksibel, kaca atau pelat baja. Laminasi fleksibel paling sering digunakan untuk memproduksi panel ini. Panel surya film tipis lebih murah dan lebih cepat untuk diproduksi karena seluruh panel dianggap sebagai sel surya, tidak seperti panel tradisional yang terbuat dari banyak sel surya.
Proses manufaktur membuat panel ini panel surya yang paling tersedia di pasar. Laminasi fleksibel membuat panel ini dapat ditekuk dan karenanya lebih mudah dipasang di permukaan yang tidak rata dan juga lebih tahan lama terhadap kondisi cuaca ekstrim seperti hujan es. Faktor ini sangat penting untuk teknologi film tipis, mengingat panel ini sering diletakkan di atap rumah untuk menggantikan bahan atap tradisional. Dalam kasus kerusakan panel film tipis dengan terus bekerja pada tingkat yang lebih rendah, sementara panel silikon kristal berhenti bekerja sama sekali jika sel tunggal rusak. Keuntungan lain dari panel film tipis adalah beratnya.
Panel film tipis berbobot lebih kecil dari panel silikon kristal, membuatnya lebih mudah dipasang dan digunakan untuk penggunaan di rumah. Keuntungan lain yang panel film tipis miliki adalah kinerja mereka di iklim lebih panas. Semikonduktor
film tipis yang digunakan saat ini seperti Tembaga Indium Gallium Selenide tidak kehilangan efisiensi sebanyak peningkatan suhu mereka. Karena kemampuan ini untuk menahan suhu lebih panas, sistem film tipis memiliki keunggulan tambahan atas rival kristal di iklim panas seperti tenggara. Ini juga membuat lebih mudah untuk merancang sistem panel surya sebagai panel surya melakukan lebih dekat rating pabrikan mereka tanpa memfaktorkan suhu tinggi sebanyak mungkin.
Panel film tipis tampil lebih baik daripada kompetisi dalam kondisi naungan atau cahaya redup. Jadi kesimpulannya keuntungan utama dari panel film tipis adalah: biaya, berat, daya tahan, fleksibilitas, kinerja tinggi panas dan naungan.
Namun, seperti halnya semua panel surya dalam ulasan ini, panel film tipis memiliki kekurangannya. Kerugian yang paling signifikan adalah efisiensi mereka, yang juga merupakan alasan utama mengapa teknologi baru ini tidak menggantikan teknologi silikon yang lebih tua. Efisiensi teknologi film tipis berkisar antara 4% - 7%. Ini berarti bahwa untuk menghasilkan jumlah listrik yang sama dua kali lebih banyak panel film tipis diperlukan dibandingkan dengan panel polikristalin dan hampir tiga kali lebih banyak jika dibandingkan dengan mono-kristal. Terakhir dari semua kerugian teknologi film tipis adalah umur panjang. Karena teknologi ini cukup baru, tidak diketahui bagaimana kinerja panel ini dari waktu ke waktu.
Gambar 2.1 Jenis Panel Surya
2.1.4 Prinsip Kerja Panel Surya
Prinsip Kerja Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu junction antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar. Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron (muatan negatif)
sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole (muatan positif) dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk mendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom fosfor. Ilustrasi dibawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.
Gambar 2.2 Junction antara semiconductor tipe-p(kelebihan hole) dan tipe n(kelebihan electron)
Peran dari p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron (dan hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik.
Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada semikonduktor tipep.
Akibat dari aliran elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang mana ketika cahaya matahari mengenai susuna p-n junction ini maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya hole bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang, seperti diilustrasikan pada gambar dibawah.
Selain itu, karakteristik V-I sel surya adalah nonlinier dan berubah terhadap radiasi dan suhu permukaan sel surya. Secara umum, terdapat titik yang unik pada kurva V-I atau kurva V-P, yang dinamakan Maximum Power Point (MPP). Dimana pada titik tersebut, sel surya bekerja pada efisiensi maksimum dan menghasilkan daya keluaran paling besar. Letak dari MPP tidak diketahui, tapi dapat dicari, dengan menggunakan perhitungan atau algoritma penjejak. Oleh karena itu algoritma
Maximum Power Point Tracker (MPPT) dibutuhkan untuk menjaga titik kerja sel surya agar tetap pada titik MPP.
Efisiensi sel surya tergantung pada banyak faktor seperti suhu, insolation, dan karakteristik spektral sinar matahari; debu, bayangan, yang menghasilkan kinerja yang buruk. Dalam mengatasi efisiensi sistem fotovoltaik yang buruk, berbagai metode diusulkan di antaranya konsep yang disebut "pelacakan kekuatan titik maksimum" (MPPT) yang dimohonkan. Fotovoltaik memiliki titik operasi optimal untuk mengekstrak daya maksimum yang disebut titik daya maksimum (MPP), yang bervariasi tergantung pada suhu sel, tingkat insolation, sifat beban, teknologi sel fotovoltaik. Variasi dalam iradiasi matahari dan suhu menyebabkan pelacak menyimpang dari titik daya maksimum, sehingga pelacak perlu merespon dalam waktu singkat ke variasi ini untuk menghindari kehilangan energi. Berbagai metode pelacakan titik daya maksimum (MPPT) dikembangkan. Metode bervariasi dalam kompleksitas pelaksanaan, merasakan parameter, kecepatan konvergensi dan biaya, berbagai operasi, popularitas dan aplikasi mereka.
Saat ini, algoritma yang paling sering digunakan adalah metode gangguan dan observasi (P dan O), metode peningkatan konduktansi (INC) dan pendakian Bukit. Metode P dan O dengan mudah mengarah pada penilaian dan osilasi yang keliru di sekitar titik daya maksimum; biasanya perlu menggabungkan satu atau beberapa perbaikan untuk penggunaan normal. Metode INC mengatasi kekurangan metode P dan O ini tetapi membutuhkan perangkat pendeteksian yang relatif keras dan pilihan langkah dan ambang batas juga lebih menegangkan.
Panel surya memiliki grafik karakteristik arus terhadap tegangan (V-I) dan grafik karakteristik daya terhadap tegangan (P-V). Grafik V-I dan P-V ditunjukan pada Gambar 2.2.
Pada Gambar 2.2 dapat dilihat hubungan arus terhadap tegangan panel surya (Kurva I-V) dan hubungan daya terhadap tegangan (Kurva P-V). Pada kurva P-V terdapat suatu titik panel surya dapat menghasilkan daya yang maksimum atau yang disebut dengan Maximum Power Point (MPP).
Gambar 2.3 Grafik karakteristik panel surya
Modul Fotovoltaik (PV) adalah perangkat semikonduktor yang dapat secara langsung mengubah insiden radiasi matahari menjadi energi listrik. Pada kurva I-V, ada titik yang disebut MPP (titik daya maksimum) yang selalu terjadi di lutut kurva, di mana daya PV yang dihasilkan dimaksimalkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1. Sebagian besar algoritma pelacakan titik daya maksimum (MPPT) mencari titik daya maksimum (MPP) dengan membandingkan daya output modul PV sebelumnya, dan setelah siklus tugas konverter diubah.
2.2 Solar Charge Controller
Pengontrol muatan atau regulator muatan membatasi laju saat arus listrik ditambahkan atau ditarik dari baterai listrik. Ini mencegah pengisian yang berlebihan dan dapat mencegah terhadap tegangan berlebih, yang dapat mengurangi kinerja baterai atau masa hidup, dan dapat menimbulkan risiko keamanan. Ini juga dapat mencegah sepenuhnya menguras ("dalam pemakaian") baterai, atau melakukan pelepasan terkontrol, tergantung pada teknologi baterai, untuk melindungi masa pakai baterai.
Dengan kata sederhana, pengendali Solar Charge adalah perangkat, yang mengontrol pengisian baterai dari sel surya dan juga mengontrol baterai yang mengalir melalui beban. Pengontrol Solar Charge sederhana memeriksa baterai apakah memerlukan pengisian daya dan jika ya ia memeriksa ketersediaan tenaga surya dan mulai mengisi daya baterai. Setiap kali pengontrol menemukan bahwa baterai telah mencapai level tegangan pengisian penuh, itu kemudian menghentikan pengisian dari sel surya. Di sisi lain, ketika ditemukan tidak ada tenaga surya tersedia maka diasumsikan bahwa itu adalah malam hari dan menyalakan beban. Itu terus
pada beban sampai baterai mencapai ke tingkat tegangan minimum untuk mencegah baterai dip-discharge. Pengendali Pengisian secara bersamaan juga memberikan indikasi seperti pengisian baterai, beban, pengisian daya, dll.
Solar charge controller adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk mengatur arus searah yang diisi ke baterai dan dikeluarkan dari baterai ke peralatan elektronik. Fungsi utama dari solar charge controller ialah untuk mempertahan keadaan baterai dengan mencegah terjadinya distribusi arus dan tegangan yang berlebihan pada baterai. Sistem pengaturan pengendalian menentukan efektivitas pengisian baterai, pemanfaatan keluaran modul surya juga kemampuan sistem ketika memberikan energi listrik ke peralatan elektronik
Rangkaian Solar Charge Controller terdiri dari 2 jenis yaitu rangkaian seri dan paralel, perbedaan dari kedua rangkaian tersebut ialah letak komponen pemutus pada rangkaian dimana pada rangkaian seri komponen pemutus rangkaian disusun secara seri antara modul surya dan baterai, sedangkan pada rangkaian paralel komponen pemutus rangkaian disusun secara paralel sehingga mengizinkan terjadinya hubungan arus pendek pada modul surya.
Distribusi arus dan tegangan pada baterai memerlukan parameter titik tegangan maksimum dan minimum untuk mencegah kerusakan pada baterai akibat pengisian berlebih dan pengeluaran berlebih. Charge controller memiliki pengatur tegangan atau voltage regulator (VR) yang dapat mengukur kapasitas baterai, sehingga dapat ditentukan titik tegangan maksimum dan minimum dari baterai.
Gambar 2.4 Kurva pengaturan tegangan baterai pada charge controller Pengatur tegangan menentukan tegangan maksimum yang dapat diterima oleh baterai pada saat pengisian serta menentukan tegangan minimum yang dapat diberikan oleh baterai pada saat pengeluaran. Saat baterai mencapai tegangan
maksimum, charge controller akan menghentikan pengisian baterai atau mengurangi besar arus listrik yang masuk ke baterai dan ketika baterai mencapai tegangan minimum, charge controller akan memulai kembali pengisian pada baterai.
Fungsi utama dari charge controller adalah untuk mempertahankan keadaan baterai dengan mencegah terjadinya distribusi arus dan tegangan yang berlebihan pada baterai. Terdapat setidaknya dua jenis charge controller yaitu yang menggunakan teknologi PWM (Pulse width modulation) dan MPPT (Maximum Power Point Tracking). Charge controller PWM akan melakukan pengisian muatan listrik ke aki dengan arus yang besar ketika aki kosong, dan kemudian arus pengisian diturunkan secara bertahap ketika aki semakin penuh.
Teknologi ini memungkinkan aki akan terisi dalam kondisi yang benar-benar penuh tanpa menimbulkan „stress‟ pada aki dengan kapasitas keluaran PWM 60 Amp. Sedangkan charge controller MPPT melakukan pengisian muatan listrik ke aki dengan mencari titik maksimum daya. MPPT mampu mengkonversi tegangan tinggi output DC dari sumber ke tegangan lebih rendah yang diperlukan baterai. Dalam proses pengisian ini, mekanisme MPPT juga melakukan konversi tegangan berlebih menjadi peningkatan arus DC (amper) yang dicharge ke baterai sehingga tidak ada daya yang hilang dengan kapasitas MPPT mencapai 80 Amp.
2.3 Maximum Power Point Tracking
Maximum Power Point Tracker (MPPT) adalah suatu sistem untuk mencari point atau titik maksimum dari tegangan dan arus keluaran pada penggunaan panel surya. Cara kerja sistem MPPT adalah dengan mengubah titik operasi/kerja pada kurva karakteristik P-V dari panel surya sehingga sistem converter dc-dcbdapat memaksa panel surya untuk membangkitkan daya maksimum sesuai kemampuan panel surya pada setiap perubahan tingkat intensitas cahaya.
Maximum power point tacker (MPPT) adalah suatu metode untuk mencari point (titik) maksimum dari kurva karakteristik daya dan tegangan input (P-V) pada aplikasi panel surya. Sistem Maximum Power Point Tracker (MPPT) dengan bantuan konverter dc-dc digunakan untuk mengatur besarnya tegangan keluaran pada panel surya, agar dapat memaksa panel surya memperoleh daya maksimum pada berbagai tingkat intensitas cahaya. Dengan menganalisa masukkan sumber hasil konversi
panel surya dan memanfaatkan kemampuan kapasitas puncak dari karakteristik panel, diharapkan efisiensi daya keluaran ke beban dapat maksimum.
Sistem Maximum Power Point Tracker (MPPT) sepenuhnya adalah sebuah rangkaian devais elektronik yang dapat mengubah-ubah titik operasi dari panel surya.
Salah satu metode mudah yang dapat diterapkan pada MPPT adalah dengan menaikkan/menurunkan tegangan sampai ditemukannya titik daya maksimal panel.
Mengingat perubahan iluminasi sun power berubah-ubah setiap waktu, diharap sistem MPPT dapat bekerja dinamis dalam mencari titik daya maksimum.
2.4 Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input-output. Mikrokontroler adalah salah satu dari bagian dasar dari sistem komputer. Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu komputer pribadi dan komputer mainframe, mikrokontroler dibangun dari elemen-elemen dasar yang sama. Secara sederhana, komputer akan menghasilkan output spesifik berdasarkan inputan yang diterima dan program yang dikerjakan.
Seperti umumnya komputer, mikrokontroler adalah alat yang mengerjakan instruksi-instruksi yang diberikan kepadanya. Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu sistem terkomputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh seorang programmer. Program ini menginstruksikan komputer untuk melakukan jalinan yang panjang dari aksi-aksi sederhana untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yang diinginkan oleh programmer.
Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Mikrokontroler merupakan komputer di dalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektivitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut dengan “pengendali kecil” dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen
pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini.
Dengan penggunaan mikrokontroler ini, maka:
1. Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas
2. Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi
3. Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang kompak.
Namun demikian tidak sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi komponen IC TTL dan CMOS yang seringkali masih diperlukan untuk apilkasi kecepatan tinggi atau sekadar menambah jumlah saluran masukan dan keluaran (I/O). Dengan kata lain, mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena mikrokontroler sudah mengandung beberapa peripheral yang langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port parallel, port serial, komparator konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital (ADC) dan sebagainya hanya menggunakan sistem minimum yang tidak rumit atau kompleks.
Secara teknis, hanya ada 2 macam mikrokontroler. Pembagian ini didasarkan pada kompleksitas instruksi-instruksi yang dapat diterapkan pada mikrokontroler tersebut. Pembagian itu, yaitu RISC dan CISC serta masing-masing mempunyai keturunan atau keluarga sendiri-sendiri.
1. RISC merupakan kependekan dari Reduced Instruction Set Computer. Instruksi yang dimiliki terbatas, tetapi memiliki fasilitas yang lebih banyak.
2. CISC kependekan dari Complex Instruction Set Computer. Instruksi bisa dikatakan lebih lengkap tapi dengan fasilitas secukupnya.
Mikrokontroler 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 atau IC (integrated circuit) yang bisa diprogram 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:
1. Hardware berupa papan input/output (I/O) yang open source.
2. Software Arduino yang juga open source, meliputi software Arduino IDE untuk menulis program dan driver untuk koneksi dengan komponen
Arduino juga menyederhanakan proses bekerja dengan mikrokontroler, sekaligus menawarkan berbagai macam kelebihan antara lain:
Murah. Papan (perangkat keras) Arduino biasanya dijual relatif murah dibandingkan dengan platform mikrokontroler pro lainnya. Jika ingin lebih murah lagi, tentu bisa dibuat sendiri dan itu sangat mungkin sekali karena semua sumber daya untuk membuat sendiri Arduino tersedia lengkap di website Arduino bahkan di website-website komunitas Arduino lainnya. Tidak hanya cocok untuk windows, namun juga cocok bekerja di linux, mac.
Sederhana dan mudah pemrogramannya
Perangkat lunaknya open source. Perangkat lunak arduino IDE dipublikasikan sebagai open source, tersedia bagi para pemrogram berpengalaman untuk pengembangan lebih lanjut. Bahasanya bisa dikembangkan lebih lanjut melalui pustaka-pustaka C++ yang berbasis pada bahasa C untuk AVR.
Perangkat kerasnya open source. Perangkat keras arduino berbasis mikrokontroler Atmega8, Atmega168, Atmega328 dan Atmega1280. Dengan demikian, siapa saja bisa membuatnya perangkat keras Arduino ini, apalagi bootloader tersedia langsung dari perangkat lunak Arduio IDE-nya. Bisa juga menggunakan breadboard untuk Arduino beserta periferal-periferal lain yang dibutuhkan.
Tidak perlu perangkat chip programmer. Karena di dalamnya sudah ada bootloader yang akan menangani upload program dari komputer.
Sudah memiliki sarana komunikasi USB. Sehingga pengguna laptop yang tidak memiliki port serial /RS32 bisa menggunakannya.
2.4.1 Mikrokontroler Atmega328 Konfigurasi Pin ATmega328
ATMega328 merupakan mikrokontroler keluarga AVR 8 bit. Beberapa tipe mikrokontroler yang sama dengan ATMega8 ini antara lain ATMega8535,
ATMega16, ATMega32, ATmega328, yang membedakan antara mikrokontroler antara lain adalah, ukuran memori, banyaknya GPIO (pin input/output), peripherial (USART, timer, counter, dll). Dari segi ukuran fisik, ATMega328 memiliki ukuran fisik lebih kecil dibandingkan dengan beberapa mikrokontroler diatas. Namun untuk segi memori dan periperial lainnya ATMega328 tidak kalah dengan yang lainnya karena ukuran memori dan periperialnya relatif sama dengan ATMega8535, ATMega32, hanya saja jumlah GPIO lebih sedikit dibandingkan mikrokontroler diatas.
Gambar 2.5 Pin Mikrokontroler Atmega328 Fitur ATmega328
ATMega328 adalah mikrokontroler keluaran dari atmel yang mempunyai arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang mana setiap proses eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed Instruction Set Computer). Mikrokontroler ini memiliki beberapa fitur antara lain:
1. Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanen karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.
2. Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.
3. Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width Modulation) output.
4. 32 x 8-bit register serba guna.
5. Dengan clock 16 MHz kecepatan mencapai 16 MIPS.
6. 32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang menggunakan 2 KB dari flash memori sebagai bootloader.
7. 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock.
2.5 Sensor 2.5.1 Sensor Arus
Indikator arus berfungsi untuk menampilkan arus masuk dari modul surya ke baterai serta arus yang dari baterai ke beban. Sistem pembacaan arus menggunakan metode efek Hall dan diaplikasikan dalam sebuah sensor arus yang akan memberikan data berupa sinyal tegangan kepada mikrokontroler. Teori efek Hall diciptakan oleh Dr. Edwin Hall pada tahun 1879 ketika dia mengambil gelar Doctor di Jhon Hopkins University.Prinsip efek Hall berbunyi “Ketika konduktor pembawa arus diletakan di dalam sebuah medan magnet, akan tercipta tegangan yang tegak lurus dengan arus dan medan magnet.” Prinsip efek Hall ketika diberikan aliran medan magnet yang tegak lurus terhadap arus pada material semikondultor, gaya Lorentz bekerja pada arus. Gaya tersebut mengganggu aliran arus dan menyebabkan terciptanya beda potensial atau tegangan pada keluaran yang tegak lurus terhadap arah arus dan medan magnet. Tegangan keluaran tersebut dinamakan tegangan Hall (VH).
Sensor arus yang digunakan merupakan modul ACS712 untuk mendeteksi besar arus yang mengalir lewat blok terminal. Sensor ini dapat mengukur arus positif dan negatif dengan kisaran -5A sampai 5A. Sensor ini memelukan suplai daya sebesar 5V. Untuk membaca nilai tengah (nol Ampere) tegangan sensor diset pada 2.5V yaitu setengah kali tegangan sumber daya VCC = 5V. Pada polaritas negatif pembacaan arus -5A terjadi pada tegangan 0,5V. Tingkat perubahan tegangan berkorelasi linear terhadap besar arus sebesar 400 mV/Ampere.
Gambar 2.6 Rangkaian sensor arus ACS712
Gambar 2.6 menunjukkan rangkaian sensor arusACS712. Hasil pembacaan dari modul sensor arus perlu disesuaikan kembali dengan pembacaan nilai arus sebenarnya yang dihasilkan oleh panel surya. Modul ACS712 memiliki sensitifitas tegangan sebesar 66-185 mV/A.
2.5.2 Sensor Tegangan
Indikator tegangan berfungsi untuk menampilkan tegangan masuk dari modul surya ke baterai serta tegangan keluar dari baterai ke beban.Sistem pembacaan tegangan dapat dilakukan langsung oleh mikrokontroler, tetapi dibutuhkan rangkaian pembagi tegangan yang berfungsi menjaga tegangan masuk ke dalam mikrokontroler tidak lebih dari 5 volt. Rangkaian pembagi tegangan digunakan untuk meghasilkan tegangan keluaran yang diinginkan dari suatu sumber tegangan yang besar.
Gambar 2.7 Rangkaian Pembagi Tegangan
2.6 Proses Monitoring dan Data Akuisisi Panel Surya
Mikrokontroler menerima pembacaan data parameter panel surya dari modul sensor dan dikirm ke computer melalui komunikasi serial koneksi RS 232. Data hasil pembacaan sensor ditampilkan dalam bentuk Excel yang kemudian dapat diolah untukdi analisa bentuk grafik arus, tegangan, dan daya dari panel surya. Program PLX-DAQ digunakan sebagai interface antara mikrokontroler dengan spreadsheet Excel untuk membaca sel atau menulis pada excel dengan cepat. Program akuisisi ini dapat membaca parameter eksperimental karakterisitik pada arduino dan dapat menghasilkan output yang memadai tanpa mengkompilasi ulang seluruh kode program. Setting program PLX-DAQ ditunjukkan gambar dibawah ini.
Gambar 2.8 PLX-DAQ
Program PLZ-DAQ terdiri atas Control, Posisi port dari Arduino yang digunakan dan Baud COM port serial yang digunakan oleh Arduino. Tingkat transmisi dapat dipilih dalam rentang 1 ms – 0.08 ms (9600-128000 baud). Computer yang digunakan harus sangat cepat dalam mendukung akuisisi data real time.
Program digunakan untuk hubungan antarmuka, maka dapat langsung memantau performansi panel surya dengan sampel tegangan dan arus kira-kira setiap 1 menit saat dilakukan penelitian. Untuk demikian, menampilkan grafik akan meningkatkan proses waktu.
2.7 Liquid Cristal Display (LCD)
Pada dasarnya LCD bekerja dari tegangan rendah (biasanya 3 sampai 15Vrms), frekuensi rendah (25 sampai 60 Hz) sinyal AC dan memakai arus yang sangat kecil. LCD seringkali di tata sebagai tampilan 7 segment untuk menampilkan angka. Tegangan AC diperlukan untuk menghidupkan segmen yang digunakan antara segment dan backplane yang sama untuk semua segment. Segment dan backplane membentuk kapasitor yang membutuhkan arus listrik yang sangat kecil selama frekuenci AC diperlukan low. Biasanya tidak lebih rendah dari 25 Hz karena akan menghasilkan penglihatan yang bergetar.
LCD membutuhkan arus listrik yang lebih sedikit dari pada tampilan LED dan digunkan secara luas pada alat-alat yang menggunakan batrai seperti kalkulator
dan arloji. LCD tidak mengeluarkan cahaya seperti LED sehingga membutuhkan sumber cahaya dari luar. Sebuah segment akan hidup ketika ada tegangan AC antara segmen dan backplane dan akan padam jika tidak tegangan. LCD memerlukan tegangan AC persegi tanpa fasa yang diaplikasikan ke segment blackplane, dimana sebuah gelombang persegi 40 Hz digunkan ke blackplane dan juga masukkann dari CMOS exclusive –or 4070 masukkan lain EX-OR adalah masukkan control yang akan mengendalikan segment tersebut ke on atau off.
Ketika masukkan control adalah low, keluaran EX-OR pasti akan sama dengan gelombang persegi 40 Hz sehingga sinyal yang digunakan ke segment dan backplane adalah sama apabila tidak ada perbedaan tegangan maka segment akan off. Ketika masukkan control adalah high keluaran EX-OR akan menjadi kebalikan dari gelombang persegi40 Hz sehingga sinyal yan digunakan untuk segmen akan beda fase dengan sinyal yang digunakan backplane. Sebagai hasilnya tegangan segment akan berubah-ubah antara +5V dan -5V relative backplane. Tegangan AC akan menghidupkan segment. LCD ( Liquid Crystal Display ) sering diartikan dalam bahasa indonesia sebagai tampilan kristal cair merupakan suatu jenis media tampilan yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama.
Modul LCD memiliki karakteristik sebagai berikut:
1. Terdapat 16 x 2 karakter huruf yang bisa ditampilkan.
2. Setiap terdiri dari 5 x 7 dot-matrix cursor.
3. Terdapat 192 macam karakter.
4. Terdapat 80 x 8 bit display RAM ( maksimal 80 karakter ).
5. Memiliki kemampuan penulisan dengan 8 bit maupun dengan 4 bit.
6. Dibangun oleh osilator lokal.
7. Satu sumber tegangan 5 Volt.
8. Otomatis reset saat tegangan dihidupkan.
9. Bekerja pada suhu 0 oC sampai 55 oC
Konfigurasi pin LCD
Gambar 2.9 Konfigurasi pin LCD
LCD dapat menampilkan karakter ASCI sehingga kita bisa menampilkan campuran huruf dan angka sekaligus berwarna ataupun tidak berwarna, hal ini disebabkan karena terdapat banyak sekali titik cahaya (piksel) yang terdiri dari satu buah kristal cair sebagai sebuah titik cahaya. Walau disebut sebagai titik cahaya namun kristal cair ini tidak memancarkan cahaya sendiri. Sumber cahaya didalam sebuah perangkat LCD adalah lampu neon berwarna putih dibagian belakang susunan kristal cair tadi. Titik cahaya yang jumlahnya puluhan ribu bahkan jutaan inilah yang membentuk tampilan citra. Kutub kristal cair yang dilewati arus listrik akan berubah karena pengaruh polarisasi medan magnetik yang timbul dan oleh karenanya akan hanya membiarkan beberapa warna diteruskan sedangkan warna lainnya tersaring.
Dalam menampilkan karakter untuk membantu menginformasikan proses dan control yang terjadi dalam suatu program robot kita sering menggunakan LCD. Ada beberapa jenis LCD perbedaannya hanya terletak pada alamat menaruh karakternya.Salah satu LCD yang sering dipergunakan adalah LCD 16x2 artinya LCD tersebut terdiri dari 16 kolom dan 2 baris. Driver tersebut berisi rangkaian pengaman, pengatur tingkat kecerahan backligt maupun data serta untuk mempermudah pemasangan di mikrokontroler.
2.8 Baterai
Dalam sistem fotovoltaik yang berdiri sendiri, energi listrik yang dihasilkan oleh array PV tidak dapat selalu digunakan ketika diproduksi karena permintaan
energi tidak selalu bertepatan dengan produksinya. Baterai penyimpanan listrik umumnya digunakan dalam sistem PV. Fungsi utama dari baterai penyimpanan dalam sistem PV adalah:
1. Kapasitas Penyimpanan Energi dan Otonomi: untuk menyimpan energi listrik ketika diproduksi oleh array PV dan untuk memasok energi ke beban listrik sesuai kebutuhan atau sesuai permintaan.
2. Tegangan dan Stabilisasi Arus: untuk memasok listrik ke beban listrik pada tegangan dan arus yang stabil, dengan menekan atau merapikan transien yang mungkin terjadi dalam sistem PV.
3. Pasokan Surge Currents: untuk memasok lonjakan atau arus operasi puncak tinggi ke beban listrik atau peralatan.
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Blok
Gambar 3.1 Diagram Blok 3.1.1 Fungsi Diagram Blok
1. Panel Surya sebagai sumber arus
2. MPPT sebagai carger untuk memaksimalkan arus yang diperoleh dari panel surya
3. Sensor arus sebagai pembaca arus listrik
4. Sensor Tegangan sebagai pembaca tegangan listrik 5. Mikrokontroler sebagai pengontrol sistem
6. PC sebagai penampil data dari sistem Panel Surya
MPPT
Sensor Arus / Sensor tegangan
Sensor Arus / Sensor Tegangan
Beban
Mikrokontroler
PC
3.2 Rangkaian Sensor Arus
Sensor arus ini dapat digunakan untuk mengukur arus AC atau DC. 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.
Sensor arus yang digunakan pada rangakaian ini adalah sensor arus ACS712, yang dapat mendeteksi besarnya arus dari -5 A sampai 5 A. Sensor tersebut merupakan sensor dengan kapasitas maksimum 30 Ampere. Sensor arus ACS712 dapat digunakan pada pengukuran arus AC atau DC didunia industry, otomotif, komersil dan sistem komunikasi. Pada umumnya sensor ini digunakan untuk mengontrol motor, deteksi beban listrik.
Gambar 3.2 rangkaian sensor arus
Pada rangkaian, masukan positif (IN+) dihubungkan ke panel surya sedangkan masukan negatif (IN-) dihubungkan pada MPPT dan keluaran (OUT) dihubungkan ke pin A0 arduino Nano. Sensor tersebut untuk membaca Arus yang dihasilkan oleh panel surya.
Sedangkan untuk sensor Arus yang dihasilkan oleh MPPT, masukan positif (IN+) dihubungkan pada MPPT sedangkan masukan negatif (IN-) dihubungkan ke baterai dan keluaran dihubungkan ke pin A2 arduino Nano.
3.3 Rangkaian Sensor Tegangan
Sensor tegangan yang digunakan merupakan sebuah modul sensor tegangan yang mengunakan prinsip pembagi tegangan. Modul ini dapat mengurangi tegangan input hingga 5 kali dari tegangan asli. Tegangan analog input maksimum mikrokontroler yaitu 5 volt, sehingga modul tegangan dapat diberi masukkan tidak
melebihi 5 X 5 Volt atau sebesar 25 Volt. Modul sensor tegangan akan dipasang secara 25arallel terhadap beban panel surya.
3.4 Rangkaian LCD
LCD digunakan untuk menampilkan hasil pengolahan data pada mikrokontroler dalan bentuk tulisan. Pada LCD berfungsi sebagai tampilan tegangan dan arus masuk dan keluar dari MPPT untuk mengetahui hasil yang didapatkan.
Pada alat ini, Lcd hanya menampilkan data, tidak dapat menyimpan data yang dibutuhkan. Maka digunakan PC (Personal Computer) sebagai tampilan data tegangan dan arus yang dapat menyimpan data.
Gambar 3.4 rangkaian LCD
3.5 Rangkaian Keseluruhan
Gambar 3.5 rangkaian lengkap
3.6 Diagram Alir
BAB 4 HASIL DAN P
Mulai
Inisialisasi
Baca sensor arus Solar Charger
Baca sensor Tegangan Solar Charger
Baca sensor arus Baterai
Baca sensor Tegangan Baterai
Arus Solar Charger
Tegangan Solar Charger
Arus Baterai
Tegangan Baterai
LCD PC
Selesai
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian LCD
LCD monitor berfungsi untukmenampilkan tegangan solar cell dan seting waktu (jam, menit dan detik). Pada LCD berfungsi sebagai tampilan tegangan pada baterai atauaki untuk mengetahui hasil yang didapatkan. LCD hanya menampilkan data, tidak dapat menyimpan data yang dibutuhkan. Maka sebagai memenuhi kebutuhan digunakan PC (Personal Computer) sebagai tampilan data tegangan pada baterai atau aki dan dapat menyimpan data.
LCD dihubungkan langsung ke Port D dari mikrokontroler yang berfungsi mengirimkan data hasil pengolahan untuk ditampilkan dalam bentuk alfabet dan numerik pada LCD.
Programnya adalah
#include <LiquidCrystal.h>
const int rs = 12, en = 11, d4 = 9, d5 = 10, d6 = 8, d7 = 7;
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);
void setup() {
lcd.begin(16, 2);
lcd.print("MPPT S Charger");
}
void loop() { lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("DEWI G SJBT);
}
Program tersebut akan menampilkan kata “MPPT S Charger” di baris pertama dan “DEWI G SJBT” di baris kedua pada display LCD 2x16. Pada alat dalam penelitian ini saat keseluruhan rangkaian diaktifkan, maka pada LCD akan menampilkan nilai arus dan tegangan masuk dan keluar.
4.2 Pengujian Sensor Arus ACS712
Pada alat ini digunakan IC ACS712 untuk mengukur arus keluaran. IC tersebut merupakan sensor arus dengan kapasitas maksimum 30 Ampere. IC ACS712 memiliki rate tegangan output yang linier terhadap arus input. Pada 0 Ampere, tegangan output terukur pada setengah dari tegangan supply. Dari tegangan supply 5v terukur tegangan output ACS sebesar 2,5v DC pada input 0A. Untuk arus AC, tegangan output ACS memiliki output sinyal sinus dengan DC refference sebesar ½ Vcc.
Saat tidak ada arus yang terdeteksi pada sensor arus AC712, maka keluaran sensor adalah 2,5 V. Saat arus mengalir dari IP+ ke IP-, maka keluaran akan lebih dari 2,5 V. Sebaliknya ketika arus listrik mengalir dari IP- Ke IP+, maka keluaran akan kurang dari 2,5 V. Pada pendeteksi arus -5A sampai dengan 5A, pengkondisi sinyal sensor arus mengubah level tegangan keluaran sensor arus (1,5V – 3,5V) ke dalam level tegangan masukan ADC mikrokontroler (0V-5,0V).
Programnya adalah:
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(12, 11, 9, 10, 8, 7);
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
}
void loop() {
float AcsValue=0.0,Samples=0.0,AvgAcs=0.0,AcsValueF=0.0;
for (int x = 0; x < 150; x++){ //Get 150 samples
AcsValue = analogRead(A0); //Read current sensor values Samples = Samples + AcsValue; //Add samples together delay (3); // let ADC settle before next sample 3ms }
AvgAcs=Samples/150.0;//Taking Average of Samples
//((AvgAcs * (5.0 / 1024.0)) is converitng the read voltage in 0-5 volts
//2.5 is offset(I assumed that arduino is working on 5v so the viout at no current comes
//out to be 2.5 which is out offset. If your arduino is working on different voltage than
//you must change the offset according to the input voltage)
//0.185v(185mV) is rise in output voltage when 1A current flows at input AcsValueF = (2.490 - (AvgAcs * (5.0 / 1024.0)) )/0.100;
lcd.begin(16, 2);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("ARUS = ");
lcd.print(AcsValueF);
lcd.print(" A");
}
4.3 Pengujian Sensor Tegangan
Pengujian sensor tegangan dapat dibuat dengan dua buah resistor, yaitu seperti pada gambar 3.3 sebelumnya. Pengujian ini dilakukan dengan memasukkan program berikut ini:
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(12, 11, 9, 10, 8, 7);
int analogInput = 0;
float vout = 0.0;
float vin = 0.0;
float R1 = 23500.0; // resistance of R1 (100K) -see text!
float R2 = 12000.0; // resistance of R2 (10K) - see text!
int value = 0;
void setup(){
pinMode(analogInput, INPUT);
lcd.begin(16, 2);
lcd.print("DC VOLTMETER");
}
void loop(){
// read the value at analog input
value = analogRead(analogInput);
vout = (value * 5.0) / 1024.0; // see text vin = vout / (R2/(R1+R2));
if (vin<0.09) {
vin=0.0;//statement to quash undesired reading ! }
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("INPUT V= ");
lcd.print(vin);
delay(500);
}
4.4 Grafik Pengujian Pengisian Baterai menggunakan Solar Charger MPPT 4.4.1 Pengujian perolehan Arus dengan menggunakan Solar Charger
MPPT
Dari pengujian pengisian diatas dapat dilihat besarnya arus yang diperoleh dari panel surya dan yang akan disimpan pada baterai. Baterai yang digunakan yaitu baterai Aki kapasitas 40Ah dan waktu pengisian yang dibutuhkan yaitu 6 jam.
4.4.2 Pengujian perolehan Tegangan dengan menggunakan Solar Charger MPPT
0 1 2 3 4 5 6
10:01:04 AM 10:26:10 AM 10:51:04 AM 11:16:01 AM 11:41:03 AM 12:06:14 PM 12:31:04 PM 12:56:14 PM 13:21:24 PM 13:46:01 PM 14:11:04 PM 14:36:54 PM 15:01:04 PM 15:26:14 PM 15:51:03 PM 16:16:03 PM 16:41:03 PM
Arus (i)
Waktu (t)
t - vs - i
Solar_i Bat_i
0 2 4 6 8 10 12 14 16
10:01:04 AM 10:26:10 AM 10:51:04 AM 11:16:01 AM 11:41:03 AM 12:06:14 PM 12:31:04 PM 12:56:14 PM 13:21:24 PM 13:46:01 PM 14:11:04 PM 14:36:54 PM 15:01:04 PM 15:26:14 PM 15:51:03 PM 16:16:03 PM 16:41:03 PM
Tegangan (V)
Waktu (t)
t - vs - V
Bat_v Solar_v
Dari pengujian pengisian diatas dapat dilihat besarnya tegangan yang diperoleh dari panel surya dan yang akan disimpan pada baterai. Dapat dilihat pada grafik tegangan pada yang masuk pada Baterai mengalami peningkatan. Baterai yang digunakan yaitu baterai Aki kapasitas 40Ah dan waktu pengisian yang dibutuhkan yaitu 6 jam.
4.4.3 Pengujian perolehan Tegangan vs Arus dengan menggunakan Solar Charger MPPT
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00
11,39 11,45 11,53 11,58 11,61 11,65 11,76 11,81 11,84 11,91 11,98 12,16 12,31 12,5 12,87 12,93 13,08 13,21 13,3 13,38 13,41 13,45 13,49 13,51 13,55 13,58
Arus (i)
Tegangan (V)
V - vs - I
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan pengujian alat dan hasil data yang telah diperoleh maka pada Bab ini dapat ditarik kesimpulan :
1. Alat cas baterai MPPT (Maximum Power Point Tracking) komersial tipe 20A nomor model SoUCC20A dari Eshakhare terbukti berfungsi dengan baik, alat cas tersebut mampu bekerja dengan baik dengan mengkonversi tegangan menjadi arus.
2. Dari penelitian yang dilakukan diperoleh waktu pengisian baterai Basah (Lead Acid) 40 Ah penuh dengan menggunakan Solar Charger MPPT tipe 20A selama 6 Jam dengan intensitas cahaya dari matahari langsung.
5.2 Saran
Apabila dilakukan penelitian lebih lanjut sebaiknya diperhatikan beberapa hal sebagai berikut
1. Disarankan pengambilan data pengujian MPPT (Maximum Power Point Tracking) dengan bantuan Android agar pengambilan data dapat di pantau dari jarak jauh
2. Disarankan untuk menggunakan beberapa merek MPPT yang berbeda- beda sehingga diperoleh data yang akurat
DAFTAR PUSTAKA
Abdulkadir.M, Samosir.A.S, Yatim.A.H.M dan Yusuf.S.T. 2013. A New Approach of Modelling, Simulation of MPPT for Photvoltaic System in Simulink Model.
ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. Vol 8. No 7. pp 484- 494
Astra, I Made., Satwiko, Sidopekso. 2011. “Studi Rancang Bangun Solar Charge Controller dengan Indikator Arus, Tegangan dan Suhu Berbasis Mikrokontroler ATMega 8535”. Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol.
XI, 21.
Gamayel,Rizal,.Budiharto.W, 2007, Belajar sendiri 12 Proyek Mikrokontroler Untuk Pemula,PT.Elex Media Komputindo. Jakarta.
Ikbal M. “Interkoneksi Sistem Photovoltaic dengan Grid”. Program Studi Teknik Elektro, ITB. 2008.
Muhammad Rizal Fachri, Ira Devi Sara, dan Yuwaldi Away.Pemantauan Parameter Panel Surya Berbasis Arduino secara Real Time. Jurnal Rekayasa Elektrika.
Vol 11, No 4, Agustus 2015
Sahu.T.P, Dixkit.T.V, K.Ramesh. 2014. Simulation and Analysis of Pertube and Observe MPPT Algorithm for PV Array Using CUK Converter. Research India Publication. Vol 4, No 2. pp 213-224.
Sapiie, Soedjana., Nishino, Osamu, 2000, Pengukuran Dan Alat-Alat Ukur Listrik,cetakan keenam. PT. Pradnya Paramita. Jakarta.
Setiawan, Febriansah., Kirom, M. Ramdlan., Iskandar, Reza Fauzi. Rancang Bangun Maximum Power Point Tracking Menggunakan Buck Converter Dengan Metode Hill Climbing. e-Proceeding of Engineering : Vol.3, No.2 Agustus 2016 | Page 2019
Suyatno Budiharjo, Shihabul Milah. Keamanan Pintu Ruangan Dengan Rfid Dan Password Menggunakan Arduino Uno. Jurnal ICT Penelitian dan Penerapan Teknologi
Wardhana, Lingga. 2006. Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATMega8535 Simulasi, Hardware, dan Aplikasi. Yogyakarta: Andi Offset
