Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan karunia dan nikmat yang tak terhingga.Salah satu nikmat tersebut adalah keberhasilan penulis dalam menyelesaikan laporan tugas akhir yang berjudul ini. Rancang Bangun Charging Station Berbasis Arduino Menggunakan Sel Surya 50 WP” Sebagai Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara (UMSU) Medan. Ibu Noorly Evalina, ST, MT selaku pembimbing dan Bapak Faisal Irsan Pasaribu, ST, MT selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara yang telah banyak memberikan arahan dan bimbingan kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini .
Seluruh dosen Program Studi Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara yang banyak memberikan ilmu teknik elektro kepada penulis. Orang tua penulis : Supriadi dan Nurmila yang telah berjuang membesarkan dan membiayai studi penulis.
Latar Belakang
Hal ini akan menyebabkan kinerja smartphone menurun, sehingga perlu dilakukan pengisian ulang baterai ponsel. Sebelumnya, telah dibuat sistem pengisian baterai ponsel menggunakan panel surya sebagai pengisi daya ponsel di tempat umum. Dari hasil penelitian ini terdapat panel surya sebagai sumber energi listrik untuk baterai dan baterai sebagai penyimpan energi listrik.
Jika hal ini terjadi terus menerus maka baterai yang berfungsi sebagai penyimpan listrik akan cepat habis sehingga umur baterai tidak lama (Haryadi & Syahrillah, 2016). Pada penelitian ini, peneliti ingin membuat sistem pengisian baterai smartphone dengan menggunakan solar panel sebagai sumber listrik dan baterai sebagai penyimpan dan penyalur listrik ke smartphone.
Rumusan Masalah
Ruang Lingkup
Sistem ini terdiri dari berbagai komponen elektronik seperti Arduino, LCD 20x4, modul relay dan lain-lain. Oleh karena itu, untuk menyimpulkan penelitian ini, dibuatlah judul “Analisis Stasiun Pengisian Berbasis Arduino Menggunakan Sel Surya 50 Wp”. Cari tahu hubungan antara daya yang dihasilkan solar cell dengan intensitas cahaya selama jam operasional.
Mengetahui waktu yang diperlukan untuk mengisi baterai 20 Ah dari panel surya 50 watt sehingga dapat menyuplai beban yang terdapat pada stasiun pengisian.
Manfaat Penelitian
Tinjauan Pustaka Relevan
Solar Cell
Prinsip Kerja Solar Cell
Untuk menunjukkan kinerja sel surya, efisiensi bergantung pada spektrum dan intensitas sinar matahari serta suhu sel surya. Oleh karena itu, kondisi tersebut harus diperhatikan jika ingin membandingkan performa solar cell satu dengan lainnya. Sel surya yang digunakan untuk aplikasi terestrial diukur berdasarkan kondisi pada spektrum AM 1.5 pada temperatur 250.
Jika energi foton terlalu besar dibandingkan dengan celah energi, maka kelebihan energi tersebut akan diubah menjadi panas di dalam sel surya. Tipe ini biasanya terdiri dari 28-36 sel surya dengan panjang 8,5 cm, lebar 5 cm, dan tebal 0,3 mm per sel.
Baterai
Display LCD
LCD merupakan salah satu perangkat display yang banyak digunakan saat ini. Layar LCD mulai dirasakan sebagai pengganti fungsi layar CRT (Cathode Ray Tube) yang sudah puluhan tahun digunakan manusia sebagai tampilan gambar/teks, baik monokrom (hitam putih) maupun berwarna. Teknologi LCD menawarkan keunggulan dibandingkan teknologi CRT karena pada dasarnya CRT adalah tabung triode yang digunakan sebelum transistor ditemukan. Beberapa keunggulan LCD dibandingkan CRT adalah konsumsi daya yang relatif kecil, lebih ringan, tampilan lebih baik, dan. LCD menggunakan silikon atau galium dalam bentuk kristal cair sebagai pemancar cahaya. Pada layar LCD, setiap matriks adalah susunan piksel dua dimensi yang dibagi menjadi baris dan kolom.
Jadi, setiap rakitan baris dan kolom adalah LED yang memiliki permukaan belakang, yaitu pelat kaca dengan bagian belakang ditutupi oleh lapisan elektroda transparan.Dalam kondisi normal, cairan yang digunakan memiliki warna yang cerah. Kelebihan LCD adalah hanya menyedot arus kecil (beberapa mikroamp), sehingga perangkat atau sistem menjadi portabel karena dapat menggunakan catu daya kecil. Keunggulan lainnya adalah layar yang ditampilkan dapat dengan mudah dibaca di bawah sinar matahari terang redup dalam kondisi gelap, lampu (berupa LED) harus dipasang di belakang layar tampilan. LCD yang digunakan adalah jenis LCD yang menampilkan data dengan 2 garis tampilan pada layar.
Lapisan film yang mengandung kristal cair ditempatkan di antara dua pelat kaca yang ditanamkan dengan elektroda logam transparan. Ketika tegangan diterapkan ke beberapa pasang elektroda, molekul kristal cair akan mengatur dirinya sendiri sehingga cahaya yang mengenai mereka dipantulkan atau diserap. 19 LCD membutuhkan voltase dan daya rendah, sehingga sangat populer untuk aplikasi kalkulator, jam digital dan instrumen elektronik lainnya seperti Global Positioning System (GPS), tampilan grafik dan multimeter digital.
LCD umumnya dikemas dalam bentuk Dual In Line Package (DIP) dan memiliki kemampuan menampilkan banyak kolom dan baris dalam satu panel. Untuk membentuk pola, baik karakter maupun gambar pada kolom dan baris secara bersamaan menggunakan metode Screening. Metode penyaringan adalah dengan mengaktifkan area persimpangan kolom dan baris secara bergantian dan cepat, sehingga terlihat aktif semuanya.
Dioda
- Diode Zener
- LED (Light Emitting Diodes)
- Photodioda
- Modul Buck Converter
Ketika tegangan bias cadangan maksimum diterapkan pada dioda, arus listrik akan mengalir seperti pada kondisi bias maju. Arus ini tidak akan merusak dioda selama tidak melebihi yang telah ditentukan. Ketika bias cadangan ini dapat dikendalikan ke tingkat tertentu, dioda ini disebut dioda Zener.
LED adalah jenis dioda yang, ketika dibias, menghasilkan cahaya dengan warna tertentu, seperti merah, hijau, dan kuning. Fotodioda adalah dioda yang bekerja berdasarkan intensitas cahaya, ketika fotodioda terkena cahaya, fotodioda bertindak sebagai dioda pada umumnya, tetapi jika tidak menerima cahaya, fotodioda akan bertindak sebagai resistor dengan resistansi yang besar. sehingga arus listrik tidak dapat mengalir. Modul konverter DC/DC adalah alat yang dapat mengubah tegangan input DC tinggi menjadi tegangan output DC rendah.
Modul ini sangat penting dalam sistem yang menggunakan rentang tegangan (seperti 24 hingga 48 volt) yang perlu diubah menjadi nilai tegangan tertentu seperti 5V, 12V atau 15V. Modul buck converter menggunakan transistor yang digunakan sebagai saklar yang akan berperan untuk mengalirkan dan memutus tegangan input ke sebuah induktor. Penulis alat yang akan dibuat ini menggunakan sensor tegangan DC untuk mendeteksi tegangan listrik pada baterai.
Sakelar pada relai akan berubah posisinya dari OFF menjadi ON ketika energi elektromagnetik dialirkan ke armatur relai. Modul relai pada dasarnya terdiri dari 2 bagian utama yaitu saklar mekanik dan sistem eksitasi elektromagnetik (induktor berinti besi). Saklar atau kontak relai dikendalikan oleh tegangan listrik yang dialirkan ke induktor, ketika energi listrik diberikan akan ada gelombang elektromagnetik yang dapat menggerakkan kontak tersebut.
Alat dan Bahan
Sensor tegangan berfungsi sebagai pendeteksi tegangan baterai, jika tegangan baterai rendah maka Arduino Nano akan membaca dan mengolah nilai dari sensor tegangan tersebut. Proses perancangan skema rangkaian sistem dilakukan dengan menggambar diagram rangkaian sistem menggunakan website bernama EasyEDA, setiap komponen akan terhubung dengan Arduino Nano. Skema rangkaian sistem digambar secara keseluruhan dan terpisah dengan komponen tertentu, seperti rangkaian solar panel dengan solar charger controller, rangkaian arduino nano dengan baterai, rangkaian arduino nano dengan modul relay 4 kanal, rangkaian arduino nano dengan led , Rangkaian Arduino Nano dengan Sensor Tegangan dan Rangkaian Arduino Nano dengan LCD 20x4.
27 Gambar menunjukkan komponen-komponen yang saling terhubung satu sama lain dengan Arduino Nano. Tegangan ini akan diberikan ke board Arduino Nano agar semuanya berjalan, setelah itu Arduino Nano akan menjalankan perintah yang dimasukkan di memori sesuai dengan instruksi yang telah ditentukan. Jika diperhatikan rangkaiannya maka akan terdapat beberapa komponen seperti sensor tegangan dan Arduino Nano.
2 pin input dihubungkan ke baterai dan 3 pin output, 2 pin dihubungkan ke VCC dan GND, kemudian 1 pin dihubungkan ke A6 pada Arduino Nano. Sensor tegangan akan mendeteksi tegangan baterai, nilai yang dibaca akan dikirim ke Arduino Nano. Ketika Arduino Nano mengaktifkan pin yang terhubung dengan LED maka tegangan dari Arduino Nano akan menjadi 5V DC, sedangkan pin Arduino Nano yang tidak diaktifkan akan memiliki nilai 0V DC.
Arduino Nano akan melakukan instruksi yang dibaca oleh sensor tegangan, ketika sensor tegangan membaca bahwa tegangan baterai kurang dari 10V, maka salah satu port USB akan dinonaktifkan dan sebaliknya jika tegangan lebih dari 10V, Arduino Nano akan mengaktifkan modul relai. Jika diperhatikan skema pada Gambar 3.7, pin pada LCD 20x4 yang terhubung ke Arduino Nano hanya menggunakan 4 pin, 2 pin sebagai sumber dan 2 pin lainnya sebagai input. LCD 20x4 beroperasi pada 5V DC, tegangan untuk mengoperasikan LCD 20x4 diambil dari sumber Arduino Nano.
Analisis Data
Hasil penelitian ini berupa kesimpulan dan analisis data tentang sistem stasiun pengisian tenaga surya. Sesuai dengan kata-kata dan tujuan dari data yang dianalisis, besarnya daya yang diperoleh dari panel 50WP dalam jam operasi dan berapa lama waktu yang dibutuhkan panel surya untuk mengisi penuh baterai 20AH bekas. Agar sistem stasiun pengisian dapat berfungsi sepanjang hari, diperlukan media penyimpanan seperti baterai atau akumulator.
Bagian selanjutnya akan membahas hasil analisis pengujian yang dilakukan pada sistem stasiun pengisian solar. Analisis dilakukan terhadap setiap data uji yang memiliki turunan seperti perolehan daya, energi, kapasitas dan sebagainya dengan menghitung dari data uji atau pengukuran seperti tegangan dan arus. Berikut adalah hasil pengujian dan analisis panel surya 50WP yang digunakan pada sistem charging station.
Dengan asumsi tegangan tidak banyak berubah setiap jamnya, maka energi yang diperoleh adalah besarnya daya per jam selama 10 jam. Panel surya harus dikeringkan di bawah terik matahari, oleh karena itu pengujian dilakukan pada siang hari dari jam 10 sampai jam 4. Dan untuk mengetahui energi yang diberikan oleh panel surya selama pengujian, berarti mengumpulkan semua daya per jam, mis.
Waktu yang dibutuhkan panel untuk mengisi penuh baterai berkapasitas 20AH adalah 5 jam dengan asumsi panel menerima cahaya maksimal selama 5 jam dan mencapai angka tertinggi yaitu 33,6 watt. Arus yang dibutuhkan untuk mengisi penuh baterai 20AH. Oleh karena itu, pilihan kapasitas panel surya sudah cukup. Hasil pengujian menunjukkan karakteristik charging station bahwa proses pengisian baterai tidak linier atau berfluktuasi tergantung kondisi intensitas cahaya.
Alat tersebut dapat dikembangkan sebagai stasiun pengisian daya dan dilengkapi musik serta lampu penerangan di halte dan taman bermain. Menggunakan panel surya dan bank baterai yang lebih besar untuk mengantisipasi cuaca mendung sepanjang hari.
