Templat tugas akhir S1

KONTROL OTOMATIS PENGISIAN DAN PEMAKAIAN
BATERAI SEL SURYA MENGGUNAKAN PULSE WIDTH
MODULATION (PWM) ARDUINO UNO R3 SECARA REAL
TIME
ARIF TRISMAN DANIEL LAIA
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Kontrol otomatis
pengisian dan pemakaian baterai sel surya menggunakan Pulse Width Modulation
(PWM) arduino secara realtime adalah benar karya saya dengan arahan dari
komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan
tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks
dan dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, 23 Agustus 2016
Arif Trisman Daniel Laia
NIM G74120079
ABSTRAK
ARIF TRISMAN DANIEL LAIA. Kontrol otomatis pengisian dan pemakaian
baterai sel surya menggunakan Pulse Width Modulation (PWM) secara realtime.
Dibimbing oleh HERIYANTO SYAFUTRA dan AKHIRUDDIN MADDU.
Sel surya hadir sebagai teknologi yang dapat merubah energi sinar matahari
menjadi energi listrik. Energi listrik yang dihasilkan oleh modul sel surya tidak
langsung digunakan melainkan akan di simpan ke dalam sebuah baterai agar
dapat digunakan ketika malam hari. Untuk mencegah kerusakan baterai, maka di
butuhkan sebuah alat pengendali yang berfungsi untuk menghentikan proses
pengisian ketika baterai sudah terisi penuh dan saat dan pada saat kondisi
tertentu. Solar Charge Controller adalah alat yang di gunakan untuk mengontrol
tegangan yang masuk ke dalam baterai. Alat ini bekerja dengan prinsip Pulse
Width Modulation dimana pada kondisi tertentu (jika tegangan berada dalam
kapasitas baterai) Charge Controller akan melewatkan tegangan dari sel surya
melalui gerbang MOSFET untuk mengisi baterai dan akan menghentikan proses
pengisian saat tegangan melebihi dan lebih rendah dari kapasitas baterai. Solar
Charge Controller Pulse Width Modulation akan melewatkan tegangan dari Sel
surya saat tegangan Sel surya berada diatas 12.00 Volt, dan akan menghentikan
tegangan dari Sel surya saat tegangan berada di bawah 12.00 Volt. Setelah baterai
penuh (tegangan baterai 12.92 Volt) tidak akan langsung digunakan, melainkan
akan menunggu hingga kondisi malam dimana intensitas cahaya berkurang
sehingga tegangan yang dihasilkan Sel surya pun kecil. Maka baterai akan secara
otomatis akan menyalakan load (beban) hingga baterai hampir habis digunakan
(tegangan baterai 12.10 Volt), baterai akan berhenti menyalakan load dan
menunggu hingga pengisian dilakukan kembali saat tegangan sel surya lebih besar
dari 12.00 Volt.
Kata kunci: Baterai, energi matahari, Pulse Width Modulation (PWM), sel
surya, Solar Charge Controller.
ABSTRACT
ARIF TRISMAN DANIEL LAIA. Automatic control battery chargingand usage
of solar cells using Pulse Width Modulation (PWM) in realtime. Supervised by
HERIYANTO SYAFUTRA and AKHIRUDDIN MADDU.
Solar cells are present as a technology that can transform the energi of
sunlight into electrical energi. The electrical energi generated by the solar cell
module is not directly used, but will be stored in a battery for use when the
evenings. To prevent damage to the battery, it is in need of a control device that
serves to stop the chargingprocess when the battery is fully charged and the time
and at certain conditions. Solar Charge Controller is a tool that is used to control
the Voltage that goes into the battery. This tool works with the principle of Pulse
Width Modulation which in certain circumstances (if the Voltage is within the
capacity of the battery) Charge Controller will miss the Voltage from the solar
cells through the MOSFET gate to charge the batteries and will stop the
chargingprocess when the Voltage exceeds and is lower than the battery capacity.
Solar Charge Controller Pulse Width Modulation would miss the Voltage of the
solar cell solar cell when the Voltage is above 12.00 Volts, and will stop the
Voltage of the solar cells when the Voltage is below 12.00 Volts. Once the battery
is fully charged (the battery Voltage of 12.92 Volts) will not be directly used, but
will wait until the condition of those nights where the light intensity is reduced so
that the Voltage produced by solar cells is small. Then the battery will
automatically turn on Load (load) until the battery is nearly used (battery Voltage
of 12.10Volts), the battery will stop powering the load and wait until chargingis
done back when the solar cell Voltage is greater than 12 Volts.
Keywords : Battery, Pulse Width Modulation (PWM), solar cell, solar energi,
Solar Charge Controller.
KONTROL OTOMATIS PENGISIAN DAN PEMAKAIAN
BATERAI SEL SURYA MENGGUNAKAN PULSE WIDTH
MODULATION (PWM) ARDUINO SECARA REALTIME
ARIF TRISMAN DANIEL LAIA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa atas segala
karunia-Nya sehingga karya ilmiah yang berjudul “kontrol otomatis pengisian dan
pemakaian baterai sel surya menggunakan Pulse Width Modulation (PWM)
arduino secara realtime” berhasil diselesaikan. Sebagai salah satu syarat kelulusan
program sarjana pada Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Terima kasih penulis ucapkan kepada :
1. Orang tua tercinta Mama Fatina Laia atas setiap pengorbanan, doa,
motivasi, dan perhatian yang tiada hentinya kepada penulis.
2. Abang Elmantaf Laia dan Kakak Irene Dedi Septin Berlian Laia yang
selalu mengingatkan, memotivasi, menghibur dan memberi kasih sayang
kepada penulis.
3. Keluarga Besar penulis tercinta yang selalu memberikan motivasi,
perhatian yang luar biasa kepada penulis.
4. Bapak Heriyanto Syafutra selaku Dosen Pembimbing Utama dan Bapak
Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si selaku Dosen Pembimbing Kedua yang
telah membimbing, memberikan saran, bantuan serta memberikan
motivasi kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan karya ilmiah ini
dengan baik.
5. Bapak Dr. Agus Kartono selaku dosen penguji yang telah memberikan
kritik dan saran yang sangat membangun dan memotivasi kepada
penulis.
6. Bapak Ardian Arief Setiawan, M.Si selaku dosen pembimbing akademik
yang telah memberikan saran selama penulis menjalani perkuliahan.
7. Dosen Pengajar dan staff departemen Fisika Institut Pertanian Bogor.
8. Muhammad Yunus, Immanuel Ivan, Rafi Fadlianto, Nurlia Eka D, Furi
Alifiari, Juita Angriani, Febrian Vernando, Endang Suwarna, Anggun A,
Murtezha H, selaku orang-orang hebat yang menjadi tempat sharing
kehidupan sehari-hari maupun ilmu serta pemberi motivasi dan
perhatian serta doa kepada penulis selama perkuliahan.
9. Teman-teman Fisika 49, kakak tingkat dan adik tingkat Fisika IPB yang
telah mewarnai dan menemani hari – hari penulis dalam menjalani
perkuliahan di Departemen Fisika IPB.
10. Physics Research Club (PRC) dan UKM IPB Street Dance Crew (ISDC)
selaku tempat dimana penulis belajar banyak hal, serta Fathur Rachman
selaku adik tingkat yang selalu mengingatkan penulis tentang skripsi.
Sebagai manusia biasa tentu penulis memiliki banyak kekurangan, maka
dari itu kritik dan saran dari rekan-rekan semua sangat diharapkan untuk
kelengkapan karya ilmiah ini. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, 23 Agustus 2016
Arif Trisman Daniel Laia
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
viii
DAFTAR GAMBAR
viii
DAFTAR LAMPIRAN
viii
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
3
Sel Surya
3
Sistem Penyimpanan Energi Listrik (Baterai)
4
MOSFET (Metal Oxide FET)
5
Inverter
6
Mikrokontroller Arduino UNO R3
6
Sensor Arus (ACS172)
6
Solar Charge Controller
7
Pulse Width Modulation (PWM)
7
METODE
8
Tempat dan Waktu Penelitian
8
Bahan
8
Alat
8
Metode Penelitian
9
HASIL DAN PEMBAHASAN
11
Skema rangkaian dan hasil pembuatan Alat
11
Mengukur arus pada sel surya
12
Pengujian Tegangan
14
Pengujian Solar Charge Controller PWM (Pulse Width Modulation)
15
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
20
20
Saran
20
DAFTAR PUSTAKA
21
LAMPIRAN
22
RIWAYAT HIDUP
29
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Pengujian Persamaan Polynomial
Tabel 2 Pengujian DC Step Down Regulator
Tabel 3 Pengujian Basic Voltage Sensor
14
15
15
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Sel surya
Gambar 2 Baterai (Aki)
Gambar 3 MOSFET
Gambar 4 PWM (Pulse Width Modulation)
Gambar 5 Diagram Blok Alat
Gambar 6 Diagram Alir Sistem Alat
Gambar 7 Skema Rangkaian Solar Charge Controller
Gambar 8 Hasil Pembuatan alat Solar charge Controller
Gambar 9 Kurva I vs V memakai Multimeter
Gambar 10 Kurva ln I” vs ln V”
Gambar 11 Kurva ln I vs ln V
Gambar 12 Kurva tegangan sel surya dan baterai saat pengisian baterai
(charging)
Gambar 13 Kurva tegangan sel surya dan baterai saat pemakaian baterai
(dis-charging)
Gambar 14 Kurva arus rata-rata sel surya dan baterai setiap ±18 menit
Gambar 15 Kurva daya rata-rata sel surya, regulator dan baterai setiap
±18 menit
3
4
6
8
9
10
12
12
13
13
14
17
17
18
18
DAFTAR LAMPIRAN
Data Persamaan Polynomial
Rangkaian Skematik Alat
Program Mikrokontroller Arduino UNO R3
22
22
22
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Energi matahari telah dimanfaatkan dibanyak belahan dunia karena sumber
energi inilah yang tidak ada habisnya. Matahari dapat digunakan secara langsung
untuk memproduksi energi listrik dengan bantuan dari sel surya. Sel surya hadir
sebagai teknologi yang dapat merubah energi sinar matahari menjadi energi
listrik.1
Energi listrik yang dihasilkan oleh sel surya tidak semuanya langsung
digunakan pada peralatan elektronik tetapi tersimpan dalam sebuah baterai agar
dapat digunakan ketika malam hari, baterai yang biasa digunakan adalah LeadAcid Battery (Accu), karena dapat diisi ulang sehingga sangat efisien untuk
digunakan pada sistem modul surya. Oleh karena energi listrik yang dihasilkan sel
surya disimpan ke dalam baterai maka setiap proses pengisian dan pengosongan
baterai yang tidak sesuai dengan kapasitas baterai akan menyebabkan kerusakan
pada baterai. Beberapa faktor yang menjadi penyebab kerusakan baterai adalah :
a. Pengaruh temperatur
Temperatur yang tinggi diakibatkan pengisian berlebihan (Overcharging) yang dapat menyebabkan terjadinya panas yang berlebihan pada
baterai dan pembentukan gas yang cepat akan menyebabkan terjadinya
pensulfatan dimana pada pelat timbul Kristal timah sulfat halus dan lamakelamaan akan mengeras.
b. Pengurangan Elektrolit yang cepat
Over-charging adalah pengisian berlebihan yang menyebabkan elektrolit
cepat berkurang karena penguapan berlebihan.
Self- Discharge adalah pengosongan baterai. Besarnya self-discharge
akan naik begitu temperatur, tegangan charging yang lebih rendah dari
tegangan baterai (under-charging) dan kapasitas baterai tinggi. Semakin besar
self-discharge semakin cepat elektrolit dalam baterai berkurang.17
Oleh karena itu, untuk mencegah kerusakan baterai dibutuhkan sebuah alat
pengendali yang berfungsi untuk mengatur proses pengisian (charging) dan
pemakaian (dis-charging) baterai yang sesuai dengan kapasitas baterai. Alat
tersebut dikenal sebagai charge controller. Di pasaran charge controller sudah
memiliki fitur tersebut tetapi masih memiliki kekurangan, yaitu tidak terdapatnya
indikator dari energi listrik yang masuk dari sel surya serta yang disimpan
kedalam baterai sehingga keadaan baterai yang sesungguhnya tidak diketahui.2
Oleh karena itu dibutuhkan perancangan alat yang dapat memperlihatkan
indikator baterai dan dapat di monitoring secara realtime.
2
Perumusan Masalah
Adapun yang menjadi masalah yang akan di bahas dalam penelitian adalah:
1. Bagaimanakah mikrokontroller arduino R3 dapat mengontrol charging
discharging baterai sel surya?
2. Bagaimanakah memantau proses charging discharging baterai sel surya
secara realtime?
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah membuat alat yang dapat mengontrol
charging discharging baterai sel surya dan dapat di pantau secara realtime.
Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah terancangnya sebuah alat pengontrol
pengisian dan pemakaian baterai sel surya (Solar Charge Controller) untuk
mencegah baterai dari kerusakan akibat over-charging dan under –charging.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini melingkupi peralatan elektronika serta pemrograman dalam
bahasa C untuk menghasilkan Solar Charge Controller yang seefisien mungkin.
3
TINJAUAN PUSTAKA
Sel Surya
Sel surya adalah suatu elemen aktif yang mengubah cahaya matahari
menjadi energi listrik. Sel surya pada umumnya memiliki ketebalan minimum 0.3
mm, yang terbuat dari irisan bahan semikonduktor dengan kutub positif dan kutub
negatif. Prinsip dasar pembuatan sel surya adalah memanfaatkan fotovoltaik, yaitu
suatu efek yang dapat mengubah langsung cahaya matahari menjadi energi listrik.
Prinsip ini pertama kali dikemukakan oleh Bacquerel, seorang ahli fisika
berkebangsaan Prancis tahun 1839. Apabila sebuah logam dikenai suatu cahaya
dalam bentuk foton dengan frekuensi tertentu, maka energi kinetik dari foton akan
menembak ke atom-atom logam tersebut. Atom logam yang iradiasi akan
melepaskan elektron – elektronnya. Elektron-elektron bebas inilah yang
mengalirkan arus dengan jumlah tertentu.
Sel surya adalah semikonduktor dimana radiasi surya langsung diubah
menjadi energi listrik. Material yang sering digunakan untuk membuat sel surya
adalah silikon kristal. Pada saat ini silikon merupakan bahan yang banyak
digunakan untuk pembuatan sel surya. Agar dapat digunakan sebagai bahan sel
surya, silikon dimurnikan hingga satu tingkat yang tinggi. Dengan penyinaran
yang konstan, daya pada sel surya akan berkurang sesuai dengan kenaikan
temperature. Hal ini sesuai dengan sifat tegangan pada hubungan singkat.
tegangan beban pada nol berkurang sesuai dengan kenaikan temperatur yang
besarnya lebih kurang 3mV/K. sedangkan arus hubungan singkat akan bertambah
sesuai dengan naiknya temperatur yang besarnya ± 0.1%/K. Oleh karena itu
sebaiknya sel surya ditempatkan pada temperatur yang agak dingin agar
penurunan tegangan tidak terlalu besar. Walaupun hal ini agak sulit sebab sel
surya akan memanas sendiri apabila ada sinar yang jatuh padanya.3
Gambar 1 Sel surya
4
Sistem Penyimpanan Energi Listrik (Baterai)
Sistem penyimpanan energi listrik yang biasa dipakai untuk penyimpanan
energi keluaran sel surya adalah baterai. Baterai ini digunakan karena sel surya
memiliki karakteristik daya keluaran yang tidak stabil, berubah – ubah sesuai
dengan karakteristik intensitas cahaya yang jatuh pada permukaannya, sedangkan
beban umumnya menyaratkan suplai daya yang stabil, dan apabila daya
masukannya berubah – ubah maka dapat merusak beban tersebut.4
Baterai atau akumulator adalah sebuah sel listrik di mana didalamnya
berlangsung proses elektrokimia yang reversible (dapat berbalikan) dengan
efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversible,
adalah didalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi
tenaga listrik (proses pengosongan), dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi
tenaga kimia, pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektroda-elektroda
yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam arah (polaritas) yang
berlawanan didalam sel.9
Beberapa hal yang mempengaruhi proses charging baterai adalah :
1. Kecepatan charging yang diperoleh tidak selalu sama dikarenakan
pengaruh dari cuaca.
2. Waktu charging terbatas hanya saat matahari bersinar (ada cahaya
matahari) setiap hari.
3. Pengisian di bawah taraf (under charging) biasanya terjadi untuk
mempersingkat masa pakai baterai.8
Dikarenakan pentingnya baterai dalam sistem sel surya tersebut, maka
penting bagi kita untuk mengetahui karakteristik dari baterai. Karakteristik yang
perlu diperhatikan diantaranya tegangan baterai, parameter charging dan
discharging kapasitas daya dan lain-lain. Baterai yang ideal mempunyai efesiensi
yang tinggi, self-discharge yang rendah, dan harga yang rendah.4
Gambar 2 Baterai (Aki)
5
Cara pengisian baterai ada 2 yaitu :
1. Pengisian Normal
Pengisian Normal adalah pengisian dengan besar arus yang normal,
besar arus pengisian normal adalah sebesar 10% dari kapasitas baterai.
Saat melakukan charging pasti yang di inginkan adalah baterai dalam
kondisi full. Untuk menentukan berapa lama waktu pengisian bisa di
tentukan dengan rumus berikut :
(
)
(
[
[ ]
]
)
(1)
*20% hasil pembagian dari kapasitas aki/arus charger.11
Jika kita memiliki baterai dengan kapasitas 7.5AH, arus pengisian adalah
0.75 A maka waktu yang dibutuhkan adalah ±12 jam.
Selain itu untuk menentukan besar kapasitas baterai dari arus pemakaian
baterai dapat dilakukan dengan Metode AH (Ampere-Hour) Metode
pengujian ini biasa disebut dengan metode pemakaian baterai selama 20
jam. Misalnya sebuah baterai dapat mengalirkan arus sebesar 3 A dalam
waktu 20 jam, maka kapasitas baterai tersebut adalah 3 A x 20 jam = 60
AH.
2. Pengisian Cepat
Pengisian cepat adalah pengisian dengan arus yang sangat besar.
Besar pengisian tidak boleh melebihi 50% dari kapasitas baterai, dengan
demikian untuk baterai, dengan demikian untuk baterai 7.5 AH, besar
arus pengisian tidak boleh melebihi 3.75 A.
Prosedur pengisian cepat sebenarnya sama dengan pengisian
normal, yang berbeda adalah besar arus pengisian yang diatur sangat
besar. Selain itu juga resiko yang jauh lebih besar, sehingga harus
dilakukan dengan ekstra hati-hati.11
MOSFET (Metal Oxide FET)
Transistor MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) memiliki drain,
source, dan gate sebagai input dan output MOSFET itu sendiri. Dimana gate
terisolasi oleh suatu bahan oksida dan terbuat dari bahan metal seperti aluminium.
Oleh karena itu transistor ini dinamakan metal-oxide. Karena gate yang terisolasi,
jenis transistor ini disebut juga IGFET yaitu insuled-gate FET.12
MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) sering digunakan sebagai
saklar dikarenakan sifat saklar dari MOSFET membutuhkan arus yang sangat
kecil untuk operasinya. Ada dua tipe MOSFET menurut tegangan kerjanya yaitu
n-Channel MOSFET (n-MOS) dan p-Channel MOSFET (p-MOS). Dimana nMOS bekerja dengan memberikan tegangan positif pada gate, dan sebaliknya, pMOS bekerja dengan memberikan tegangan negatif di gate. n-MOS berlaku
sebagai saklar dengan membuatnya bekerja didaerah saturasinya.13
6
Gambar 3 MOSFET
Inverter
Inverter digunakan untuk mengubah tegangan input DC menjadi tegangan
AC. Keluaran inverter dapat berupa tegangan yang dapat diatur dan tegangan
yang tetap. Sumber tegangan input inverter dapat menggunakan baterai, sel bahan
bakar, tenaga surya atau sumber tegangan DC yg lain.10
Mikrokontroller Arduino UNO R3
Arduino UNO R3 adalah sebuah mikrokontroller yang didasarkan pada
Atmega328. Arduino UNO R3 mempunyai 14 pin digital input/output (6
diantaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah
osilator kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ICSP
header, dan sebuah tombol reset.5
Sensor Arus (ACS172)
Sensor arus (ACS172) adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuat
arus listrik. Sensor arus ini menggunakan metode Hall Effect Sensor. Hall Effect
Sensor merupakan sensor yang digunakan untuk mendeteksi medan magnet. Hall
Effect Sensor akan menghasilkan sebuah tegangan yang proporsional dengan
kekuatan medan magnet yang diterima oleh sensor tersebut. Pendeteksian
perubahan kekuatan medan magnet dilakukan dengan menggunakan induktor
yang berfungsi sebagai sensornya. Kelemahan dari detektor dengan menggunakan
induktor adalah kekuatan medan magnet yang statis (kekuatan medan magnetnya
tidak berubah) tidak dapat dideteksi. Oleh sebab itu diperlukan cara lain untuk
untuk mendeteksinya yaitu dengan sensor yang dinamakan “hall effect” sensor.
Sensor ini terdiri dari sebuah lapisan silikon yang berfungsi untuk mengalirkan
arus listrik. Dengan metode ini arus yang dilewatkan akan terbaca pada fungsi
besaran tegangan berbentuk gelombang sinusoidal.15
7
Solar Charge Controller
Solar Charge Controller adalah peralatan elektronik yang digunakan
untuk mengatur arus searah yang diisi ke baterai dan di ambil dari baterai ke
beban. Solar charge controller mengatur overcharging (kelebihan pengisian –
karena baterai sudah „penuh‟) dan kelebihan Voltase dari panel surya / Sel surya.
Kelebihan Voltase 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. Sel surya
12.00 Volt umumnya memiliki tegangan output 16.00 – 21.00 Volt. Jadi tanpa
Solar Charge Controller baterai akan rusak oleh over-charging diakibatkan
ketidakstabilan tegangan kelebihan tegangan yang masuk ke dalam baterai.7
Cara kerja dari Solar Charge Controller Pulse Width Modulation (PWM)
yaitu menggunakan “lebar” pulse dari on dan off elektrikal, sehingga menciptakan
seakan-akan sine wave electrical form. Lamanya arus pulsa yang sedang diisi
ulang secara perlahan – lahan berkurang sebagaimana tegangan baterai meningkat,
mengurangi rata-rata arus ke dalam baterai.
Pulse Width Modulation (PWM)
Pulse Width Modulation (PWM) secara umum adalah sebuah cara
memanipulasi lebar sinyal yang dinyatakan dengan pulsa dalam satu periode,
untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda. Beberapa contoh aplikasi
PWM adalah pengontrolan daya atau tegangan yang masuk ke beban, regulator
tegangan, pengaturan nyala terang LED, pengendalian motor, dll.
Modulasi lebar pulsa (PWM) dicapai/diperoleh dengan bantuan sebuah
gelombang kotak yang mana siklus kerja (duty cycle) gelombang dapat diubahubah untuk mendapatkan sebuah tegangan keluaran yang bervariasi yang
merupakan nilai rata-rata dari gelombang tersebut.
Siklus kerja atau duty cycle sebuah gelombang didefenisikan sebagai :
(
)
=
(2)
Tegangan keluaran dapat bervariasi dengan duty-cycle dan dapat
dirumuskan sebagai berikut :
(3)
(4)
Keterangan : D
= duty cycle
Vout = Tegangan output
Vin = Tegangan input
8
Gambar 4 PWM (Pulse Width Modulation)
Ton adalah waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi tinggi
(baca : high atau 1)
Toff adalah waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi rendah
(baca : low atau 0)
Ttotal adalah waktu satu siklus atau penjumlahan antara Ton dengan Toff, biasa
dikenal dengan istilah “periode satu gelombang”. Ttotal = Ton+Toff
Dari persamaan 3 dan 4 diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa tegangan
keluaran dapat diubah-ubah secara langsung dengan mengubah nilai Ton. Apabila
Ton adalah 0, Vout juga akan 0. Apabila Ton adalah Ttotal maka Vout adalah Vin atau
katakanlah nilai maksimumnya.6
METODE
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Mikrokontroller Departemen
Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor.
Penelitian ini dilakukan mulai 01 Februari 2016 sampai 31 Juli 2016.
Bahan
Penelitian ini menggunakan bahan berupa komponen elektronik yaitu
Arduino UNO R3, Resistor 330 Ω, Resistor 1 kΩ, Resistor 10 kΩ, Transistor
2N2222, Transistor 3904, MOSFET IR9530, Kapasitor 100 µF, LED (Light
Emitting Diode), Kabel jumper, Baterai Accu 12V7.5AH, LCD 16x2, Sensor Arus
ACS172, Basic Voltage Sensor (Sensor tegangan), DC Step-Down modul, dioda,
dioda zener.
Alat
Penelitian ini menggunakan Software Arduino Genuino, Laptop HP Ideapad
Y460P dengan spefisikasi prosesor intel ® Core ™ i7-2630QM [email protected]
(8CPUs),~2.0GHz, RAM 4GB, Operating System Windows 8, Sel surya, Adaptor,
Solder, timah solder, gunting, alat tulis, PCB (Print Circuit Board), printer, kabel
data, bor tangan.
9
Metode Penelitian
Perancangan Alat dan Pengukuran
Studi pustaka di perlukan untuk mengetahui fungsi setiap komponen,
rangkaian, dan sejauh mana perkembangan Solar Charge Controller saat ini.
Perancangan terdiri dari pembuatan diagram blok, diagram alat dan skema
rangkaian.
Sel surya berperan sebagai penyuplai energi listrik kedalam baterai
terhubung dengan Solar Charge Controller PWM menggunakan Arduino UNO
R3 yang terdiri atas sensor tegangan, rangkaian controller, dan sensor arus
sebagai penentu indikator pengisian baterai. Setelah baterai penuh dan ingin
digunakan maka secara otomatis akan menyalakan peralatan elektronik yang
terhubung dengan Inverter. Hubungan setiap komponen elektronika dalam alat ini
dapat dilihat dalam gambar 5 (diagram blok alat).
Diagram alir sistem menunjukkan cara kerja keseluruhan dari sistem yang
terbentuk dari sinkronisasi antar komponen elektronik yang di hubungkan oleh
pemrograman mikrokontroller berdasarkan pada indikator tegangan sel surya dan
baterai. Dimana pengisian dan pengosongan baterai bergantung pada tegangan sel
surya dan baterai tersebut.
Sel surya
Basic Voltage Sensor
DC Step-Down Regulator
Sensor ACS172
Basic Voltage Sensor
Rangkaian
Utama
Baterai
Arduino Uno R3
Gerbang MOSFET
Inverter
Peralatan Elektronik
Gambar 5 Diagram Blok Alat
10
Sel surya
Arduino
ON
Baterai
Inisialisasi
No Charging
Discharging
Gerbang
MOSFET 1
tertutup
Gerbang
MOSFET 1
terbuka
Gerbang
MOSFET 2
tertutup
Gerbang
MOSFET 2
terbuka
Inverter
Charging
Gerbang
MOSFET 2
tertutup
Dis-Charging
Gerbang
MOSFET 1
tertutup
Peralatan
Elektronik
Gambar 6 Diagram Alir Sistem Alat
Mengukur arus sel surya dan baterai di lakukan dengan cara yang berbeda,
dimana mengukur arus pada sel surya dilakukan dengan menggunakan persamaan
polynomial yang terlebih dahulu di lakukan secara manual dengan mengambil
data arus dan tegangan yang berbeda-beda dan kemudian di olah menggunakan
Microsoft excel untuk mendapatkan persamaan polynomial yang mendekati nilai
arus Sel surya.
Mengukur arus baterai dilakukan dengan menggunakan sensor arus
ACS172 yang disambungkan dengan inverter untuk mengubah arus searah
menjadi arus bolak balik yang dapat di gunakan untuk menyalakan peralatan
elektronik.
Mengukur tegangan sel surya dan baterai dilakukan dengan menggunakan
basic voltage sensor (sensor tegangan). Tegangan yang terukur kemudian diolah
menjadi indikator charging-discharging baterai sel surya.
11
Pengujian Rangkaian
Tegangan yang dihasilkan sel surya tidak semuanya langsung dialirkan
masuk kedalam rangkaian utama, melainkan akan di filter menggunakan DC-Step
Down Regulator dengan mengatur tegangan yang akan dialirkan menuju
rangkaian utama adalah 13.35 Volt.
Kondisi Over-charging adalah pengisian yang terus dilakukan saat baterai
sudah penuh atau kondisi dimana arus dan tegangan yang masuk ke dalam baterai
melebihi kapasitas baterai itu sendiri. Oleh karena itu dilakukan pemutusan
charging saat baterai penuh dengan menggunakan gerbang MOSFET yang diatur
waktu terbuka dan tertutupnya menggunakan Pulse Width Modulation dengan
indikator tegangan pada sel surya dan baterai.
Under-charging adalah kondisi dimana tegangan charging baterai berada
di bawah ambang kapasitas baterai, sehingga dapat menyebabkan self-discharging
pada baterai. Oleh karena itu dilakukan pemutusan charging saat tegangan dari sel
surya lebih rendah daripada tegangan kapasitas baterai dengan menggunakan
gerbang MOSFET yang diatur waktu terbuka dan tertutupnya menggunakan Pulse
Width Modulation dengan indikator tegangan pada sel surya dan baterai.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Skema rangkaian dan hasil pembuatan Alat
Skema rangkaian alat dapat dilihat pada Gambar 7 merupakan struktur
hubungan antar komponen elektronik yang digunakan dalam pembuatan Solar
Charge Controller ini. Dimana skema rangkaian terbagi atas beberapa bagian
yaitu sumber daya yang berasal dari sel surya yang diteruskan kedalam rangkaian
melalui basic voltage sensor dan DC step down regulator modul, bagian
penyearah (filter), Gerbang MOSFET 1 sebagai pengatur pengisian baterai, bagian
baterai dan basic voltage sensor, dan terakhir adalah gerbang MOSFET 2 dan
inverter sebagai pengatur pengosongan baterai.
Hasil dari penelitian ini adalah sebuah alat yang dapat digunakan untuk
mengontrol charging dis-charging baterai sel surya dengan spesifikasi sel surya
dan baterai sesuai dengan pengujian yang dilakukan pada Pengujian Solar Charge
Controller PWM (Pulse Width Modulation). Jika alat ini digunakan untuk
spesifikasi sel surya dan baterai yang berbeda maka perlu dilakukan kalibrasi
kembali dengan mengubah program yang ada didalam mikrokontroller Arduino
UNO R3. Hasil dari penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 8, dimana pada alat
ini telah dipasang LCD 16 x 2 sebagai interface untuk melihat indikator keadaan
baterai dan sel surya, LED, dan 8 Port yang di gunakan untuk menghubungkan sel
surya, baterai, inverter, dan sensor tegangan baterai.
12
Gambar 7 Skema Rangkaian Solar Charge Controller
Gambar 8 Hasil Pembuatan alat Solar charge Controller
Mengukur arus pada sel surya
Mengukur arus yang mengalir melalui sel surya dilakukan dengan
menggunakan persamaan polynomial, dimana data untuk membentuk persamaan
polynomial tersebut di ambil secara manual terlebih dahulu dengan menggunakan
multimeter. Persamaan polynomial digunakan karena tidak adanya sensor arus
yang mampu mendeteksi besar arus yang mengalir melalui sel surya, sehingga
perlu dilakukan pendekatan dengan persamaan polynomial dimana nilai arus
bergantung pada nilai tegangan yang mengalir.Data yang diambil menggunakan
multimeter adalah data arus dan tegangan yang berbeda-beda sebanyak 9 data
(Lampiran 1; Gambar 9) yang kemudian di olah dengan menggunakan microsoft
excel dengan logaritma natural (ln) sebanyak 1 kali untuk tegangan di atas 12.00
Volt dan logaritma natural 2 kali untuk tegangan di bawah 12.00 Volt, hal ini
dilakukan untuk mendapatkan persamaan polynomial yang mendekati data.
Persamaan polynomial yang digunakan untuk menentukan besar arus yang
mengalir melalui sel surya terdiri atas 2 persamaan, yaitu persamaan pada
tegangan 0.00 Volt – 12.00 Volt dan 12.00 Volt – 20.00 Volt. Hal ini di karenakan
perbedaan nilai error yang terjadi jika hanya ada 1 persamaan, dimana jika
memakai salah satu persamaan nilai error yang terjadi mencapai 167 mA
sedangkan dengan memakai 2 persamaan dengan membagi rentang tegangan nilai
error yang didapatkan paling tinggi 100 mA. Persamaan pertama adalah y = 2.373x2 + 6.778x – 3.544, untuk tegangan mulai dari 0.00 Volt – 12.00 Volt dan
13
Arus
persamaan kedua adalah y = 261.833x3 – 2206.869x2 + 6207.283x – 5822.569,
untuk tegangan mulai dari 12.00 Volt – 20.00 Volt.
Keterangan : y = Arus
x = tegangan
Persamaan pertama dilakukan operasi matematika ln satu kali terhadap
tegangan (x) yang mengalir dari sel surya dan untuk persaman kedua di lakukan ln
dua kali terhadap tegangan (x) sel surya, yang kemudian di inverse satu dan dua
kali untuk mendapatkan nilai arus yang mendekati.
Berdasarkan Tabel 1 dapat dilihat hasil pengujian dari kedua persamaan
polynomial, dimana pengujian dilakukan dengan mengambil data tegangan dan
arus secara manual menggunakan multimeter. Data yang diambil kemudian diolah
menggunakan persamaan polynomial sehingga didapatkan nilai arus berdasarkan
persamaan polynomial yang kemudian di bandingkan dengan nilai arus yang
didapat menggunakan multimeter untuk mendapatkan error (kesalahan) dari hasil
persamaan polynomial. Dari perbandingan pada Tabel 1 didapatkan bahwa
kesalahan terbesar dari persamaan polynomial ini adalah sekitar 75 mA.
1000
800
600
400
200
0
mA
I vs V
Volt
0
10
20
30
Tegangan
Gambar 9 Kurva I vs V memakai Multimeter
1
ln I"
0,5
ln I"
0
-0,5
-1
0
0,5
Poly. (ln I")
1
ln V"
Gambar 10 Kurva ln I” vs ln V”
14
8
Ln I
6
4
ln I
2
Poly. (ln I)
0
2,6
2,8
3
3,2
Ln V
Gambar 11 Kurva ln I vs ln V
Tabel 1 Pengujian Persamaan Polynomial
Tegangan (V)
17.88
19.58
19.68
20.00
3.34
15.30
I MultiMeter (mA)
100.00
513.00
612.00
875.00
1.08
14.68
I Persamaan (mA)
83.60
462.39
536.30
898.69
1.09
21.69
Error (mA)
16.40
50.61
75.70
-23.69
-0.01
-7,01
Pengujian Tegangan
Pengujian Pembatas Tegangan (DC Step Down Regulator) dan
Pengujian Ketelitian Sensor Tegangan
Pengujian DC Step Down Regulator bertujuan untuk mengetahui apakah
DC-Step Down Regulator berfungsi sesuai dengan yang diharapkan atau tidak
sekaligus untuk mengetahui error (kesalahan) dari DC Step Down Regulator itu
sendiri.
Berdasarkan data Tabel 2 di dapatkan error (kesalahan) dari DC Step
Down Regulator adalah sekitar 20 mV dari tegangan yang di ukur dengan
menggunakan Multimeter. Selain itu dapat di lihat bahwa DC Step Down
Regulator telah berfungsi sesuai dengan yang diinginkan dimana DC Step Down
Regulator akan tetap meneruskan tegangan yang berada di bawah 13.35 Volt dan
akan memotong tegangan yang berada di atas 13.35 Volt dengan hanya
meneruskan tegangan sebesar 13.35 Volt.
15
Tabel 2 Pengujian DC Step Down Regulator
Tegangan
Multimeter (V)
2.53
4.57
10.55
14.38
18.31
Tegangan
Regulator (V)
2.53
4.38
10.35
13.35
13.35
Tabel 3 Pengujian Basic Voltage Sensor
Tegangan
Multimeter (V)
2.81
4.85
6.95
9.03
15.01
Tegangan
Sensor (V)
2.83
4.83
6.96
9.06
15.00
Pengujian sensor tegangan bertujuan untuk mengetahui ketelitian dari
Basic Voltage Sensor yang digunakan. Basic Voltage Sensor memiliki prinsip
kerja layaknya pembagi tegangan dimana hambatan pada R1 sebesar 30 kΩ dan
hambatan pada R2 sebesar 7.5 kΩ.
Berdasarkan data pengujian sensor tegangan pada Tabel 3 didapatkan
bahwa ketelitian dari sensor ini sekitar 98% dimana perbedaan tegangan yang
terbaca hanya sekitar 0.02 Volt, sehingga dalam penggunaannya sensor ini layak
untuk mendeteksi nilai tegangan dari sel surya maupun dari baterai.
Pengujian Solar Charge Controller PWM (Pulse Width Modulation)
Pengujian Solar Charge Controller PWM (Pulse Width Modulation)
dilakukan menggunakan sel surya, baterai dan inverter DC-AC dengan spesifikasi
sebagai berikut :
Sel surya : PM
= 20.00 Watt
VOC = 21.60 Volt
ISC
= 1.30 Ampere
VMP = 17.20 Volt
IMP
= 1.17 Ampere
Baterai : 12 V 7.5 AH
Inverter : DC 12 V to AC 220 V
Power Maks = 300 W
Pengujian rangkaian dilakukan pada hari yang agak cerah dengan langit
berawan. Pada pengujian Solar Charge Controller, tegangan yang dihasilkan oleh
sel surya tidak langsung di alirkan masuk kedalam rangkaian utama, melainkan di
lewatkan terlebih dahulu melalui DC Step-Down Regulator untuk memotong
(mengecilkan) tegangan menjadi 13.35 Volt, apabila tegangan yang dihasilkan
16
oleh sel surya diatas 13.35 Volt. Hal ini dibutuhkan untuk menjaga komponen
rangkaian utama dari kerusakan akibat tegangan yang terlalu besar..
Tegangan yang melewati DC Step-down Regulator kemudian akan
diteruskan ke rangkaian utama, yang kemudian akan di kendalikan (control)
menggunakan PWM (Pulse Width Modulation) arduino uno R3 apakah tegangan
akan di teruskan ke baterai melalui gerbang MOSFET 1 atau tidak. Tegangan
akan di teruskan melalui gerbang MOSFET 1 jika tegangan yang dihasilkan sel
surya diatas 12.00 Volt dan tegangan baterai berada diantara 12.00 Volt – 13.20
Volt, dengan pengaturan kecepatan charging menggunakan PWM (Pulse Width
Modulation) saat tegangan baterai berada pada rentang 12.00 Volt – 13.10 Volt
adalah 95% dan 10% pada rentang tegangan 13.10-13.20 Volt.
Setelah tegangan baterai mencapai tegangan maksimum (baterai terisi
penuh), maka tegangan sel surya akan otomatis terputus yaitu dengan memberi
pengaturan 0% pada pin PWM (Pulse Width Modulation) gerbang MOSFET 1
sehingga gerbang MOSFET 1 akan menjadi terbuka yang menyebabkan tidak
adanya tegangan dan arus yang dialirkan menuju baterai. Setelah baterai terisi
penuh (tegangan baterai maksimum), baterai tidak akan langsung mengalami
discharging melainkan menunggu kondisi lain, yaitu saat matahari mulai
terbenam. Ketika matahari mulai terbenam, maka intensitas cahaya yang di terima
oleh sel surya akan berkurang sehingga menyebabkan tegangan yang
dihasilkanpun mengecil, dengan mengatur pin PWM (Pulse Width Modulation)
Load (Gerbang MOSFET 2) maka baterai akan mengalami discharging secara
otomatis. Pengaturan pin PWM (Pulse Width Modulation) Load dilakukan dengan
membandingkan dua indikator tegangan, yaitu tegangan sel surya dan tegangan
baterai. Apabila tegangan sel surya berada di bawah 8.00 Volt dan tegangan
baterai berada di antara 12.10 Volt – 13.20 Volt, maka baterai akan otomatis
melakukan discharging dengan menyalakan Load Inverter untuk menghidupkan
peralatan elektronik yang diinginkan (dalam penelitian ini, peneliti menggunakan
kipas kecil). Setelah baterai mengalami discharging maka tegangan baterai akan
semakin menurun hingga pada kondisi dibawah 12.10 Volt. Saat tegangan baterai
berada di bawah 12.10 Volt maka gerbang MOSFET 2 (Load) akan secara
otomatis terputus dan baterai akan menunggu hingga tegangan sel surya kembali
berada di atas 12.00 Volt untuk melakukan pengisian kembali. Hal ini dilakukan
untuk menjaga performa baterai agar baterai tidak terkuras sampai habis, yang
dapat memperpendek umur baterai tersebut.
Berikut adalah data pengujian Solar Charge Controller Pulse Width
Modulation (PWM) :
17
Vsolar
Vbat
9:44:31
9:58:34
10:12:38
10:26:41
10:40:44
10:54:48
11:08:51
11:22:55
11:36:58
11:51:02
12:05:05
12:19:08
12:33:12
12:47:15
Tegangan
V
19,50 olt
18,50
17,50
16,50
15,50
14,50
13,50
12,50
11,50
10,50
9,50
8,50
7,50
6,50
5,50
4,50
3,50
2,50
1,50
0,50
Waktu
14,00 V
13,00 olt
12,00
11,00
10,00
9,00
8,00
7,00
6,00
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
Vsolar
Vbat
13:02:11
13:07:47
13:13:22
13:18:57
13:24:33
13:30:08
13:35:44
13:41:19
13:46:54
13:52:30
13:58:05
14:03:41
14:09:16
14:14:51
Tegangan
Gambar 12 Kurva tegangan sel surya dan baterai saat pengisian baterai (charging)
Waktu
Gambar 13 Kurva tegangan sel surya dan baterai saat pemakaian baterai (discharging)
18
Ampere
0,6
0,5
Arus
0,4
0,3
Isolar
0,2
Ibat
0,1
14:00:44
13:43:05
13:25:26
13:07:47
12:48:09
12:30:12
12:11:58
11:53:43
11:35:46
11:14:32
10:56:36
10:38:39
10:20:42
-0,1
10:02:45
9:44:49
0
Waktu
Gambar 14 Kurva arus rata-rata sel surya dan baterai setiap ±18 menit
Ampere
12
10
Daya
8
6
Psolar
Pregulator
4
Pbat
2
-2
9:44:49
10:02:45
10:20:42
10:38:39
10:56:36
11:14:32
11:32:47
11:50:44
12:08:58
12:26:55
12:44:52
13:04:32
13:22:12
13:39:51
13:57:30
14:15:09
0
Waktu
Gambar 15 Kurva daya rata-rata sel surya, regulator dan baterai setiap ±18 menit
Berdasarkan data pengujian sel surya dan baterai dapat dilihat 2 jenis
data yaitu data charging dan discharging. Data charging adalah data yang diambil
saat pengisian baterai yaitu kondisi dimana tegangan sel surya diatas 12.00 Volt
dan tegangan baterai diantara 12.00 Volt – 13.10 Volt. Sedangkan data
discharging adalah data saat baterai menyalakan beban (Load) melalui inverter
yaitu pada kondisi dimana tegangan sel surya dibawah 8 Volt dan tegangan
baterai berada di antara 12.10– 13.20 Volt.
19
Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir dari suatu
titik yang berpotensial rendah (jumlah elektronnya banyak dan jumlah protonnya
sedikit) ke titik yang berpotensial tinggi (jumlah elektron sedikit dan jumlah
proton banyak) dalam waktu satu detik. Peristiwa mengalirnya arus listrik
disebabkan karena adanya elektron yang bergerak. Perbedaan potensial ini
disebabkan adanya sumber tegangan seperti baterai. Arus listrik terbagi menjadi
dua yaitu arus listrik searah (DC/Direct Current) dan arus listrik bolak-balik
(AC/Alternating Current).16
Berdasarkan data pada gambar 14 yaitu data arus rata-rata yang
dihasilkan oleh sel surya dan baterai setiap ±18 menit menunjukkan bahwa arus
yang dihasilkan sel surya semakin meningkat seiring dengan meningkatnya
intensitas cahaya yang di peroleh oleh sel surya, hal ini dapat di lihat dari kurva
yang semakin naik saat waktu semakin siang. Selain itu, arus yang dihasilkan oleh
baterai mengalir ketika beban (Load) menyala, dan arus yang dihasilkan
tergantung dari beban itu sendiri. Arus listrik yang di deteksi oleh Sensor
ACS172 berbentuk sinusoidal sehingga arus pemakaian baterai adalah saat baterai
mengalami discharging dengan rata-rata arus pemakaian adalah 0.22 Ampere
sedangkan rata-rata arus charging adalah sebesar 0.38 Ampere.
Daya listrik adalah besar kecepatan energi listrik yang diubah menjadi
energi bentuk lain, atau biasa dikatakan bahwa daya listrik adalah banyaknya
energi tiap satuan waktu.14 Perbandingan daya antara daya sel surya dan daya DC
Step-Down Regulator dibutuhkan untuk mengetahui seberapa banyak daya yang
hilang dari sel surya dengan daya yang masuk kedalam Solar Charge Controller.
Sementara daya dari baterai adalah daya yang dipakai saat baterai mengalami
discharging, berdasarkan data daya rata-rata baterai pada gambar 15 daya baterai
tidak menunjukkan arus 0 Ampere saat baterai tidak melakukan discharging, hal
ini diakibatkan karena sifat dari Sensor ACS172 yang menghasilkan arus dalam
gelombang sinusoidal sehingga berpengaruh terhadap daya yang dihasilkan
berbentuk sinusoidal juga, dimana rata-rata daya keluaran baterai adalah 2.66
Watt. Banyaknya daya rata-rata yang hilang (tidak terpakai) dari sel surya yang
masuk menuju rangkaian adalah sebesar : 2.31 Watt. Dimana daya rata-rata
charging sel surya adalah : 7.36 Watt, dan daya rata-rata charging yang melalui
regulator adalah 5.50 Watt.
20
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Solar Charge Controller berbasis PWM (Pulse Width Modulation) dengan
menggunakan mikrokontroller arduino UNO R3 telah berhasil. Tegangan baterai
yang tidak melebihi kapasitas baterai dan kecepatan pengisian ketika baterai
hampir penuh yang melambat serta pengaktifan dan non-aktifnya Load secara
otomatis menunjukkan Solar Charge Controller berfungsi dengan baik.
Saran
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut atau penambahan indikator, seperti
suhu, penambahan sensor arus yang dapat mendeteksi arus dari sel surya dan
penambahan rangkaian untuk menjaga tegangan Sel surya tetap stabil sehingga
pengisian baterai lebih efektif serta perlu diperhatikan kondisi baterai yang diuji
apakah masih berfungsi dengan baik atau tidak.
21
DAFTAR PUSTAKA
1. Sallu S, Khodijah. Konsep penerapan Sel surya pada sebuah rumah sebagai
sumber energi menggunakan sistem otomatis ditinjau dari sudut pandang
ekonomi (Study:Sebuah rumah Tanjung Pinang). Teknik Informatika
Fakultas Teknik, Ilmu Kelautan Fakultas Ilmu Kelautan dan Perikanan
Universitas Maritim Raja Ali Haji.
2. Astra I M, Satwiko Sidopekso. Studi rancang bangun Solar Charge Controller
dengan indikator arus, tegangan dan suhu berbasis mikrokontroller
ATMEGA 8535. Jurnal Fisika dan Aplikasinya vol.XI. Jurusan Fisika
FMIPA; Universitas Negeri Jakarta.
3. Subandi, Hanis, S. Pembangkit Listrik Energi Matahari Sebagai Penggerak
Pompa air dengan Menggunakan Sel surya.Institut Sains dan Teknologi
AKPRIND Yogyakarta. 2(4)2015.
4. Adityawan E. Studi Karakteristik Pencatuan Sel surya Terhadap Kapasitas
Sistem Penyimpanan Energi Baterai. Universitas Indonesia;Depok. 2010.
5. Patiung F T, dkk. Rancang Bangun Robot Beroda dengan Pengendali Suara.
Teknik Elektro-FT UNSRAT; Manado. 2013.
6. Dechita C U, Ginting T. Simulasi alat untuk menaikkan bendera secara
otomatis berdasar tinggi tiang dan durasi lagu. STMIK AUB Surakarta,
Politeknik Pratama Mulia Surakarta.1(20)2014.
7. As Sadad T R, Iswanto. Peranan Teknologi Sel surya dalam peningkatan daya
saing usaha kecil dan menengah. Semesta Teknika. 1(14) 2011.
8. Vieira JAB, Alexandre MM.A High-Performance Stand-Alone Solar PV Power
System
for
LED
Lighting.
ISRN
Renewable
Energi.
Aveiro;Portugal.573919(2013)2013.
9. Andri H. Rancang Bangun System Battery Charging Automatic[skripsi].
DEPOK (ID): Universitas Indonesia. 2010.
10. Abidin Z. Penyedia Daya Cadangan Menggunakan Inverter.
Jurnal
INTEKNA.2014; 14(2):102-209.
11. Cara pengisian baterai mobil (AKI/ACCU) [internet]. [Diakses pada 01
Agustus 2016]. Tersedia dari : http://www.bsierad.com/cara-pengisianbaterai-mobil-accuaki/
12. Transistor + FET [internet]. [Diakses pada 01 Agustus 2016]. Tersedia dari :
robby.c.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/4798/Transistor+FET.doc
13. Transistor sebagai saklar[internet]. [Diakses pada 01 Agustus 2016]. Tersedia dari :
http://rangkaianelektronika.info/transistor-sebagai-saklar/.
14. Saraswati S L. Listrik dan Magnet (Daya Listrik). Konten Diklat Online
PPPPTK IPA Bandung.
15. Yani T L. Sistem Pengukuran Beda Potensial Material Karena Pengaruh
Paparan Medan Magnet [skripsi]. DEPOK (ID); Universitas Indonesia
2012.
16. Saraswati S L. Arus Listrik dan Kuat Arus. Konten Diklat Online PPPPTK
IPA Bandung.
17. Wibowo IA, C.Sudibyo, Basori. Pengaruh Penggunaan Battery Life Extender
Technology Terhadap Temperatur Charging dan Berat Elektrolit pada
Yuasa Lead Acid Battery Tipe Liquid Vented 12V 5Ah. JIPTEK.2014; 7
(1).
22
LAMPIRAN
Data Persamaan Polynomial
V
(Volt)
14.00
I Multimeter (mA)
16,57
16.00
33,9
18.2
104,5
20.00
900
ln V
ln I
I persamaan (mA)
2,70805
2,807594
16,54763
Error
(mA)
0,022368
2,772589
3,523415
33,85344
0,046559
2,901422
4,649187
104,3518
0,148205
2,995732
6,802395
898,6957
1,304252
ln I”
ln I’
0,504599
-0,72804
0,724189
0,120035
5,15
0,86574
11,06
6,43
12.0
9,71
V
(Volt)
3,6
I Multimeter
(mA)
1,62
5,24
3,11
10,77
ln V”
0,482854
I persamaan
(mA)
1,620693
Error
(mA)
-0,00069
1,127536
3,08804
0,02196
0,545409
1,725314
5,614282
-0,46428
0,876857
0,57479
1,776757
5,910656
0,519344
0,910235
0,659477
1,93378
6,915603
2,794397
Rangkaian Skematik Alat
Program Mikrokontroller Arduino UNO R3
#include <Wire.h>
#include <LCD.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <math.h>
#define I2C_ADDR 0x27 // <<----- Add your address here. Find it from I2C
Scanner
#define BACKLIGHT_PIN 3
#define En_pin 2
#define Rw_pin 1
#define Rs_pin 0
#define D4_pin 4
#define D5_pin 5
#define D6_pin 6
23
#define D7_pin 7
int n = 1;
LiquidCrystal_I2C
lcd(I2C_ADDR,En_pin,Rw_pin,Rs_pin,D4_pin,D5_pin,D6_pin,D7_pin);
int analogInput = A0;
float vout1 = 0.0;
float vin1 = 0.0;
float R1 = 30000.0; //
float R2 = 7500.0; //
int value = 0;
int analogInput1 = A2;
float vout2 = 0.0;
float vin2 = 0.0;
float vin21 =0.0;
float R11 = 30000.0; //
float R21 = 7500.0; //
float I1=0.0;
float I2=0.0;
float P1=0.0; //P solar
float P2=0.0; //P regulator
float P3=0.0; //P baterai
const int analogIn = A1;
int mVperAmp = 185;
int RawValue = 0;
int ACSoffset = 2500;
double Voltage = 0;
double Amps = 0;
int value1 = 0;
int pwm=6;
// pwm out put to MOSFET
int load=9;
//load is connected to pin-9
int charged_percent =0;
int backLight = 13; // pin 13 will control the backlight
int RED = 4;
int GREEN = 3;
double v11 = 0;
double v12= 0;
double I21 = 0;
double I22 = 0;
double I24 = 0;
double I11 = 0;
double I23 = 0;
void setup()
{
TCCR0B = TCCR0B & 0b11111000 | 0x05; // setting prescaar for 61.03Hz pwm
Serial.begin(9600);
24
pinMode (analogInput, INPUT);
pinMode (analogInput1, INPUT);
pinMode(pwm,OUTPUT);
pinMode(load,OUTPUT);
pinMode (RED,OUTPUT);
pinMode (GREEN, OUTPUT);
digitalWrite(pwm,LOW);
digitalWrite(load,LOW);
digitalWrite(RED, LOW);
digitalWrite (GREEN, LOW);
Serial.println ("CLEARDATA");
Serial.println ("LABEL, Time, Vsolar, Isolar, Psolar, Preg, Vbat, Ibat, Pbat,PWM,
Charged%, LOAD");
pinMode(backLight, OUTPUT);
//set pin 13 as output
analogWrite(backLight, 150);
//controls the backlight intensity 0-255
lcd.begin(16,2);
// columns, rows. size of display
lcd.setBacklightPin(BACKLIGHT_PIN,POSITIVE);
lcd.setBacklight(HIGH);
lcd.home();
lcd.clear();
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
lcd.setCursor(16,1); // set the cursor outside the display count
lcd.print(" ");
for(int i=0;i<30;i++)
{
value+=analogRead(analogInput); //read the input Voltage from sel surya
value1+=analogRead(analogInput1); //read the battery Voltage
delay(20);
}
value = value/30;
value1= value1/30;
//value = analogRead(analogInput);
vout1 = (value * 5.0) / 1023.0; // see text
vin1 = (vout1 / (R2/(R1+R2)));
vout2 = (value1 * 5.0) / 1023.0; // see text
vin2= (vout2 / (R21/(R11+R21)))-2.30;
//vin2 = vin21-1.7;
if (vin1<0)
vin1=0;
if (vin1 > 12.0)
vin2= (vout2 / (R21/(R11+R21)))-2.30;
else
25
vin2= (vout2 / (R21/(R11+R21)))-1.70;
//I baterai
RawValue = analogRead (analogIn);
Voltage = (RawValue / 1024.0)*5000;
Amps = ((Voltage - ACSoffset)/mVperAmp);
// I Solar
v11 = log (vin1);
v12 = log (v11);
I22 = 261.833*pow(v11,3) -2206.869*pow(v11,2) + 6207.283*v11 - 5822.569;//
V>12
I11 = exp (I22);
I24 = -2.373*pow(I11,2)+6.778*I11-3.544;
I21 = exp (I24);
I23 = exp (I21);
if (vin1>12.0)
I1 = I11/1000;
else if (vin1<0)
I1 = 0;
else
I1 = I23/1000;
P1= vin1*I1;
P2=13.35*I1;
P3=vin2*Amps;
Serial.print ("DATA, TIME");
Serial.print (",");
Serial.print (vin1);
Serial.print (",");
Serial.print (I1);
Serial.print (",");
Serial.print (P1);
Serial.print (",");
Serial.print (P2);
Serial.print (",");
Serial.print (vin2,2);
Serial.print (",");
Serial.print (Amps,3);
Serial.print (",");
Serial.print (P3);
Serial.print (",");
//Serial.print (charged_percent);
//Serial.print (",");
delay (500);
26
if((vin1 > vin2)&&(vin2 <= 13.1)) // dengan anggapan bahwa sensor sebelum
regulator maka tegangan >12
{
analogWrite(pwm,242.5); // 10% duty // float charging
Serial.print("95%");
Serial.print (",");
}
else if((vin1 > 12.0)&&(vin2 > 13.1 )&& (vin2 <= 13.2))
{
analogWrite(pwm,25.5); // 10% duty // float charging
Serial.print("10%");
Serial.print (",");
}
// // shut down when battery is fully charged or when sunlight is not enough
else if ((vin2 > 13.2) or (vin1 < vin2))
{
analogWrite(pwm,0);
Serial.print("0%");
Serial.print (",");
digitalWrite(GREEN,LOW);
}
charged_percent = vin2*10;
charged_percent=map(vin2*10, 120, 132, 0, 100);
if (((vin1 > vin2) && (vin2 <= 13.2)) or ((vin1<12.0) && (vin2 <=13.2)))
{
Serial.print (charged_percent);
Serial.print (",");
}
else if (vin2<12.0)
{
Serial.print (" Baterainya Rusak Bro!");
Serial.print (",");
}
//LOAD
if ((vin1<8) && (vin2 < 13.2))
{
digitalWrite (load, HIGH);
Serial.println ("HIGH");
}
if ((vin2 < 12.1) or (vin1 > 12.0))
{
digitalWrite (load, LOW);
Serial.println ("LOW");
27
}
//LED
if ( vin1 > vin2 && vin2 < 13.2)
{
digitalWrite (GREEN, HIGH);
delay (10);
digitalWrite (GREEN, LOW);
delay (10);
}
if (12.1>vin2>12.0)
{
digitalWrite (RED, HIGH);
delay (10);
}
if (vin2>12.1)
{
digitalWrite (GREEN, HIGH);
}
if (vin2<12.0)
{
digitalWrite (RED,HIGH);
}
//LCD
lcd.setCursor(0,0); // set the cursor at 1st col and 1st row
lcd.print("S:");
if (vin1<=0)
lcd.print (0);
else
lcd.print(vin1);
lcd.print(" B:");
if (vin2<=0)
lcd.print (0);
else
lcd.print(vin2);
lcd.setCursor(1,1); // set the cursor at 1st col and 2nd row
// LCD will show the %charged during chargingperiod only
if ((vin2 > 12) && (vin2 <=13.5))
{
28
lcd.print(charged_percent);
lcd.print("%");
lcd.print (" Ps:");
lcd.print (P1);
}
// LCD will alart when battery is dead by displaying the message "BATTERY IS
DEAD!!"
else if (vin2 < 12)
{
lcd.print("BATTERY IS DEAD!!");
}
}
29
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Gunungsitoli, pada tanggal 21 Januari 1995 sebagai
anak ketiga dari Bapak Alm. Tahonogo Laia dan Ibu Fatina Laia. Penulis adalah
putra ketiga dari tiga bersaudara. Tahun 2012 penulis lulus di SMA Swasta
Kampus Teluk dalam, Nias selatan dan pada tahun yang sama penulis lulus
seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Beasiswa Utusan
Daerah Nias Selatan dan di terima di Departemen Fisika, Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor.
Selama mengikuti perkuliahan di Institut Pertanian Bogor, penulis aktif
dalam beberapa organisasi, antara lain dipercaya menjadi Ketua IPB Street Dance
Community (ISDC) pada tahun 2013, Anggota Sainstek Himpunan Mahasiswa
Fisika (HIMAFI) IPB pada tahun 2013/2014, dan Manajer Instrumentasi dan
Robotika Physics Research Club (PRC) IPB pada tahun 2014/2015. Selain
berorganisasi penulis juga menjadi asisten praktikum Elektronika Dasar tahun
ajaran 2014/2015 dan 2015/2016, asisten praktikum Sensor dan Transduser tahun
ajaran 2015/2016, serta menjadi instruktur Pelatihan Mikrokontroller dan
Robotika di beberapa kesempatan antara lain, Instruktur Pelatihan Basic
Microcontroller Arduino yang di adakan oleh Fabrication Laboratory (FABLAB)
FMIPA IPB pada tahun 2014, Instruktur dan Mekanik Pelatihan dan Perlombaan
Robot Line Follower Physics Expo (PE) tahun 2015, dan Instruktur dan Mekanik
Pelatihan dan Perlombaan Robot Line Follower SMAN 1 Sukabumi pada tahun
2015.