PROPOSAL PENELITIAN TUGAS AKHIR SISTEM AUTO SWITCHING UNTUK PENGISIAN BATERAI MENGGUNAKAN PANEL SURYA Oleh: Bernadus Sandyawan (5311417030) JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG 2019 1 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ................................................................................................................. 1 DAFTAR ISI.............................................................................................................................. 2 ABSTRAK ................................................................................................................................. 3 BAB 1. PENDAHULUAN ........................................................................................................ 4 1.1 Latar Belakang Masalah .............................................................................................. 4 1.2 Identifikasi Masalah .................................................................................................... 5 1.3 Batasan Masalah .......................................................................................................... 5 1.4 Rumusan Masalah ....................................................................................................... 5 1.5 Tujuan Penelitian......................................................................................................... 5 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................................... 6 2.1 Modul Relay Arduino.................................................................................................. 6 2.2 Panel Surya .................................................................................................................. 6 2.3 Sensor tegangan........................................................................................................... 7 2.4 Arduino Uno ................................................................................................................ 8 BAB 3. METODE PENELITIAN ........................................................................................... 10 3.1 Desain Mekanis .............................................................................................................. 10 3.3 Teknik Pengumpulan Data ............................................................................................. 14 3.4 Analisis Data .................................................................................................................. 16 DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................................. 17 2 ABSTRAK Panel surya merupakan energi baru terbarukan. Hal ini dikarenakan proses konversi energi panel surya yang menghasilkan listrik memanfaatkan energi matahari, sehingga tidak dapat habis. Energi listrik tersebut dapat dimanfaatkan untuk pengisian baterai. Pengisian baterai disini dilakukan secara auto switching dimana proses pengisian baterai dilakukan secara satu persatu dengan kata lain baterai tidak diisi secara bersamaan, sehingga arus pengisian dari masing-masing baterai tidak terbagi. Untuk memenuhi penelitian ini perlu adanya sensor tegangan, arduino uno, modul relay serta baterai. Sensor tegangan digunakan untuk mendeteksi tegangan baterai dalam keadaan penuh atau habis, serta dapat mengetahui kenaikan tegangan dalam waktu tertentu yang dapat dilihat pada display. Untuk modul relay disini digunakan untuk sistem auto switching pada baterai. Dalam penelitian ini dapat disimpulkan bahwa panel surya dapat dimafaatkan untuk pengisisan baterai yang dilakukan secara auto switching. Kata kunci: panel surya; auto switching; baterai. 3 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Energi surya merupakan sumber energi yang tidak terbatas dan tidak akan pernah habis ketersediaannya dan energi ini juga dapat di manfaatkan sebagai energi alternatif yang akan di ubah menjadi energi listrik, dengan menggunakan sel surya. Panel Surya sebagai sumber energi listrik alternatif dapat dimanfaatkan oleh masyarakat yang memerlukan energi listrik, namun terkendala dengan ketidak tersediaannya energi listrik[1]. Energi listrik dapat dibangkitkan dengan mengubah sinar matahari melalui sebuah proses yang dinamakan panel surya. Terminologi ini digunakan untuk menjelaskan sel elektronik yang memproduksi energi listrik arus searah dari energi radian matahari. Panel surya dibuat dari material semikonduktor terutama silikon yang dilapisi oleh bahan tambahan khusus. Jika cahaya matahari mencapai panel surya maka elektron akan terlepas dari atom silikon dan mengalir membentuk sirkuit listrik sehinnga energi listrik dapat dibangkitkan. Panel surya selalu didesain untuk mengubah cahaya menjadi energi listrik sebanyak-banyaknya dan dapat digabung secara seri atau paralel untuk menghasilkan tegangan dan arus yang diinginkan[2]. Pada prinsipnya pengisian muatan baterai adalah dengan cara mengaliri baterai dengan arus listrik secara terus menerus. Pengisian dihentikan ketika tegangan baterai telah sampai pada tegangan maksimumnya (muatan penuh). Jika baterai telah mencapai tegangan maksimumnya tetapi tetap dilakukan pengisian maka akan menimbulkan kerugian yaitu pemborosan energi listrik serta akan terjadi pemanasan berlebihan pada baterai yang akan memperpendek umurnya. Untuk menghindari kerugian tersebut, maka akan lebih baik jika charger dapat bekerja secara otomatis untuk mengisi baterai jika baterai itu kosong muatannya (tegangan dibawah nilai nominalnya) serta berhenti mengisi jika baterai telah penuh[3]. Dari hasil pengisian baterai didapatkan bahwa proses pengisian akan memakan waktu lama jika cuaca mendung dan jika cuaca cerah maka pengisian baterai akan singkat. Ada pula penelitan sebelumnya yang dilakukan oleh Bambang Hari Purwoto dkk melakukan penelitian mengenai efisiensi penggunaan panel surya sebagai sumber energi alternatif [1], M. Rif’an dkk melakukan penelitian mengenai Optimasi Pemanfaatan Energi Listrik Tenaga Matahari di Jurusan Teknik Elektro Universitas Brawijaya[2], Helly Andri pada tahun 2010 melakukan penelitian mengenai rancang bangun system battery charging automatic[3], Asma Ainuddin dkk pada tahun 2017 melakukan penelitian mengenai Sistem Pengendali Pengisian Baterai pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya[4], Ariel Firmansyah dkk melakukan penelitian mengenai perancangan sistem charger battery berbasis mikrokontroller dengan rangkaian buck converter[5], Andi Julisman dkk pada tahun 4 2017 melakukan penelitian membuat prototipe pemanfaatan panel surya sebagai sumber energi pada sistem otomasi atap stadion bola[6]. Akhirnya dari penjelasan latarbelakang di atas kemudian muncul ide dan inovasi untuk mengembangkan sebuah sistem monitoring parameter pembangkit listrik tenaga surya berbasis internet of things. 1.2 Identifikasi Masalah Dari latar belakang tersebut maka dapat diidentifikasi masalah-masalah yang muncul, antaralain : 1. Pengisian baterai yang dilakukan secara single charging agar pengisian menjadi lebih efisien 2. Perlunya alat Auto Switching untuk pengaturan pengisian baterai. 1.3 Batasan Masalah Berdasarkan identifikasi masalah yang muncul, maka perlu adanya pembatasan masalah sehingga ruang lingkup permasalah dapat lebih jelas. Pada proyek akhir ini penulis akan membuat sebuah prototipe charging baterai menggunakan konsep auto switch, di mana unit switch yang dipasang di prototipe menggunakan relay. Prototipe ini berfokus pada sistem pengisian baterai secara otomatis dengan konsep single charge. 1.4 Rumusan Masalah Dari latar belakang masalah yang telah diuraikan di atas, maka rumusan masalahnya adalah sebagai berikut: 1) Bagaimana alat ini dapat bekerja secara otomatis ? 2) Bagaimana system otomatis tersebut diterapkan dalam proses pengisian baterai secara single charge? 1.5 Tujuan Penelitian Berdasaran rumusan masalah di atas, maka tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Mengoptimalkan proses pengisian banyak baterai secara otomatis dengan konsep single charge. 2. Mengetahui efisiensi pengisian baterai bertenaga panel surya . 5 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Modul Relay Arduino Modul relay adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi sebagai kontak atau dengan kata lain sebagai pemutus serta penghubung rangkaian. Komponen utama pada relay ini adalah sebuah koil. Koil ini akan menarik kontak yang terbuka menjadi menutup maupun sebalik nya. Koil ini berkerja jika diberi arus, sehingga berfungsi menjadi sebuah relay. Prototipe ini menggunakan relay sebagai realisiasi dari system auto switching .Dimana relay akan membuka tutup rangkaian, sehingga pengaturan pengisian baterai bisa dilakukan secara single charge. Relay disini akan menyalurkan pengisian solar panel ke baterai yang terindikasi habis. Gambar 1. Modul relay 2.2 Panel Surya Panel Surya adalah teknologi berdasarkan semikonduktor dalam kondisi padat yang mengkonversi energi cahaya matahari secara langsung menjadi energi listrik, tanpa ada bagian yang berputar, tidak menimbulkan kebisingan, dan tanpa mengeluarkan gas buangan. Prinsip dasar pada proses konversi energi secara langsung biasa dikenal dengan efek photovoltaic, maka dari itu nama lain sel surya yaitu sel photovoltaic. 6 Gambar 2. Panel Surya Sel PV dibuat dari bahan silikon ditambah sedikit boron. Cahaya dapat dipandang sebagai aliran partikel kecil energi yang disebut photon. Apabila photon yang berasal dari cahaya dengan panjang gelombang tertentu yang sesuia mengenai permukaan sel PV (yang pada umumnya dibuat dari bahan dasar silikon) photon tersebut memindahkan energinya kepada beberapa elektron di dalam bahan sehingga energi elektron tersebut meningkat. Secara normal elektron tersebut membantu membuat bahan itu menyatu dengan membentuk ikatan valensi dengan menyambung atomatom dan tidak dapat bergerak. Akan tetapi, di dalam status tereksitasi (excited state), elektron itu menjadi bebas untuk menjalarkan (melakukan konduksi) arus listrik dengan bergerak di dalam bahan. Oleh karena itu, pada permukaan bawah ada muatan listrik statik positif, sedangkan pada permukaan atas yang menghadap ke matahari, bermuatan listrik static negatif, apabila sel surya tersebut terkena cahaya matahari. Dengan satu sisi menjadi negatif (n), dan sisi yang lain menjadi positif (p), dan bila tiap sisi dihubungkan melalui sambungan di luar terbentuklah suatu rangkaian listrik (electrical circuit) dan sel tersebut menghasilkan (membangkitkan/generate) listrik. Ciri sel PV demikian ini disebut juga sambungan p-n. Sel-sel surya itu selanjtnya disambungkan seperti halnya batu baterai pada lampu senter yaitu positif ke negatif, dan dibangun untuk menghasilkan potensial atau daya listrik yang diinginkan. 2.3 Sensor tegangan Sensor tegangan adalah komponen yang dapat mendeteksi tengan pada suatu rangkaian. Sensor tegagan berfungsi sebagai sensor pendeteksi besaran tegangan pada sistem PLTS. Dalam perancangan proyek akhir ini menggunakan module sensor tegangan DC yang dapat langsung terkoneksi dengan board Arduino. Modul ini pada prinsipnya menggunakan 7 pembagi tegangan resistif, untuk menjalankannya menggunakan tegangan input sebesar 5V atau 3.3 V. Pada pemakaiannya untuk pembacaan tegangan maksimal yaitu pada 25 V di mana 5 kali dari VCC, sehingga apabila tegangan VCC yang digunakan adalah 3.3V maka maksimal tegangan 12 yang dideteksi adalah 16,5 V, untuk bentuk fisik dari module tegangan DC dapat dilihat pada Gambar 3. Gambar 3. Sensor tegangan dc Naik turunnya nilai Hambatan akan sebanding dengan jumlah cahaya yang diterimanya. Pada umumnya, Nilai Hambatan LDR akan mencapai 200 Kilo Ohm (kΩ) pada kondisi gelap dan menurun menjadi 500 Ohm (Ω) pada Kondisi Cahaya Terang. 2.4 Arduino Uno Mikrokontroler merupakan single chip komputer yang memiliki kemampuan untuk diprogram dan digunakan untuk tugas-tugas yang berorientasi kontrol (Imam Muda, 2013). Mikrokontroler merupakan sistem komputer yang dibangun pada sebuah chip tunggal. Jadi hanya dengan sebuah keping IC saja dapat dibuat sebuah sistem komputer untuk mengendalikan suatu peralatan elektronika apliakatif (Taufiq Dwi, 2010). Chip mikrokontroler ini bermacam jenisnya, salah satu dari jenis chip mikrokontroler merupakan ATmega. Jenis ATmega juga memiliki seri yang banyak seperti ATmega 16, ATmega 32. ATmega 328. Dalam pembuatan proyek akhir ini menggunakan papan Arduino UNO, di mana sudah terpasang ATmega 328. Mikrokontroler ATmega328 yang dapat terhubung dengan mudah menggunakan kabel power USB atau kabel power supply adapter AC ke DC atau juga baterai. 8 Gambar 4. Arduino UNO R3 Arduino memiliki beberapa jenis seperti MEGA, UNO, NANO, dan lainnya. Sedangkan yang kini digunakan adalah Arduino UNO, tipe ini juga memiliki beberapa versi salah satunya adalah R3 yang saat ini merupakan versi terakhir yang telah disempurnakan dari versi-versi Arduino sebelumnya, bentuk fisik Arduino dapat dilihat pada Gambar 1. Dari versi R3 (Revision 3) ini memiliki beberapa keunggulan yaitu 1.0 pin out ditambahkan pin SDA dan SCL didekat pin AREF dan dua pin lainnya diletakkan dekat tombol RESET, fungsi IOREF melindungi kelebihan tegangan pada papan rangkaian. Keunggulan perlindungan ini akan kompatibel juga dengan dua jenis board yang menggunakan jenis AVR yang beroperasi pada tegangan kerja 5 V dan Arduino Due tegangan operasi 3.3 V, memiliki rangkaian reset yang lebih baik, dan penerapan Atmega 16U2 pengganti 8U2. Perangkat keras board mikrokontroler Atmega328 yang memiliki 14 digital input atau output pin (6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB dan tombol reset. 9 BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1 Desain Mekanis Dalam tahap ini mulai dilakukan perencanaan mekanis yang akan dibuat dengan berdasarkan identifikasi masalah dan pengumpulan data yang telah dilakukan sebelumnya. Pada pengisian baterai auto switching pada panel surya ini terdiri dari desain sistem yang dapat dilihat pada gambar 5 dan pada gambar 2 adalah penampakan alat yang sudah jadi. Gambar 5. Desain sistem Dalam desain sistem ini panel surya dihubungkan langsung dengan Solar Control Charger kemudian dilanjutkan ke relay. Masing-masing relay dikontrol oleh arduino yang ada di pin digital yaitu D2, D3, D4, serta terhubung langsung ke baterai. 10 Gambar 6. Gambar alat 3.2 Metode Diagram blok sistem auto switching untuk pengisian baterai menggunakan panel surya yang dirancang ditunjukkan pada gambar 6, dengan kontroler yaitu arduino uno serta aktuator relay. 11 Gambar 7. Diagram blok system Dari hasil analisa, diusulkan aplikasi yang dapat mengatasi masalah-masalah yang sudah teridentifikasi. Usulan-usulan tersebut tersusun menjadi sebuah diagram yang akan terbentuk menjadi sebuah sistem usulan dalam melakukan pengisian baterai auto switching yang ditunjukkan diagram alir pada gambar 7. Untuk skema pengisian baterai dimulai dari pembacaan sensor tegangan 1 kemudian dilanjutkan dengan pengondisian batasan tegangan yang telah ditentukan. Lalu begitu seterusnya hingga sensor tegangan ke 3. 12 Gambar 8. Diagram alir /flowchart 13 3.3 Teknik Pengumpulan Data Pengambilan data dilakukan pada 12 Desember 2019, yang berlokasi di Jalan Hasanudin II, Sekaran, Gunung Pati, Semarang, Jawa Tengah. Adapun tampilan data pengisian baterai 1 dapat dilihat pada gambar 9 serta kondisi relay pada saat pengisian baterai 1 pada gambar 10,11,dan 12. Gambar 9. grafik pengisian baterai 1 Pada cuplikan data diatas merupakan kondisi pengisian baterai 1 saat tegangan 11.8V pada pukul 10.22. Terlihat ada kenaikan tegangan baterai 1 pada saat proses pengisian. Data kenaikan tegangan pengisian baterai 1 diambil setiap 1 menit. Pengisian baterai mencapai tegangan 12,4V pada pukul 10.36. Dapat dikatakan bahwa pengisian baterai 1 memerlukan waktu kurang-lebih 15 menit. Dalam pengisian baterai 1 rata-rata kenaikan pengisian sebesar 0,1V. 14 Gambar 10. kondisi relay 1 Gambar 11. kondisi relay 2 15 Kondisi Relay 3 1 10.22 10.23 10.24 10.25 10.26 10.27 10.28 10.29 10.30 10.31 10.32 10.33 10.34 10.35 10.36 10.37 10.38 10.39 10.40 10.41 10.42 10.43 10.44 10.45 10.46 10.47 10.48 10.49 10.50 10.51 0 Gambar 12. kondisi relay 3 Adapun kondisi relay 1,2, dan 3 pada saat proses pengisian baterai 1 dapat dilihat pada gambar 10,11,dan 12. Dimana guna melakukan pengisian baterai 1, relay 1 dalam kondisi on dari pukul 10.22 hinggal pukul 10.36, sedangkan kondisi relay 2 dan 3 dalam keadaan off. 3.4 Analisis Data Berdasarkan hasil dan pembahasan pada bab sebelumnya, dapat disimpulkan bahwa, pengisian baterai auto switching ini direalisasikan untuk menghindari kerugian, maka akan lebih baik jika proses pengisian dapat bekerja secara otomatis untuk mengisi baterai jika baterai itu kosong muatannya (tegangan dibawah nilai nominalnya) serta berhenti mengisi jika baterai telah penuh. 16 DAFTAR PUSTAKA [1] B. H. Purwoto, I. F. Huda, F. Teknik, U. M. Surakarta, and P. Surya, “EFISIENSI PENGGUNAAN PANEL SURYA SEBAGAI SUMBER,” pp. 10–14, 2000. [2] M. Rif, S. Hp, M. Shidiq, R. Yuwono, and H. Suyono, “Optimasi Pemanfaatan Energi Listrik Tenaga Matahari di Jurusan Teknik Elektro Universitas,” vol. 6, no. 1, pp. 44– 48, 2012. [3] U. Indonesia, “RANCANG BANGUN SYSTEM BATTERY CHARGING AUTOMATIC Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar,” 2010. [4] A. Ainuddin, S. Manjang, and F. A. Samman, “Sistem Pengendali Pengisian Baterai pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya,” vol. 21, no. 02, pp. 16–24, 2017. [5] I. N. W. Satiawan, “PERANCANGAN SISTEM CHARGER BATTERY BERBASIS CONVERTER.” [6] A. Julisman, I. D. Sara, and R. H. Siregar, “PROTOTIPE PEMANFAATAN PANEL SURYA SEBAGAI SUMBER ENERGI PADA SISTEM OTOMASI ATAP STADION BOLA,” vol. 2, no. 1, pp. 35–42, 2017. 17
