bab ii landasan teori
advertisement
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Solar Cell 2.1.1 Pengertian Solar Cell Solar cell adalah suatu komponen elektronika yang dapat mengkonversi energi surya menjadi energi listrik dalam bentuk arus searah (DC). Modul surya tersusun dari sejumlah sel surya yang dirangkai secara seri dan paralel, hal ini bertujuan untuk menungkatkan tegangan dan arus yang dihasilkan sehingga cukup untuk pemakaian sistem catu daya beban. Untuk mendapatkan keluaran energi listrik yang maksimum maka permukaan modul solar harus selalu mengarah ke matahari. 2.1.2 Prinsip Kerja Solar Cell Solar cell, sama dengan sebuah dioda, terdiri dari dua lapisan yang dinamakan PN juction. PN junction itu diperoleh dengan jalan menganodai sebatang bahan semikonduktor silikon murni ( valensinya 4 ) dengan impuriti yang bervalensi 3 pada bagian sebelah kiri, dan yang di sebelah kanan di anodai dengan impuriti bervalensi 5. Sehingga pada bagian kiri terbentuk silikon yang tidak murni lagi dan dinamakan silikon jenis P, sedangkan yang sebelah kanan dinamakan silikon jenis N. Di dalam silikon murni terdapat dua macam pembawa muatan listrik yang seimbang. Pembawa muatan listrik yang positip dinamakan hole, sedangkan yang negatip dinamakan elektron. Setelah dilakukan proses penganodaan itu, di dalam silikon jenis P terbentuk hole ( pembawa muatan listrik positip ) dalam jumlah yang sangat besar dibandingkan dengan elektronnya. Oleh karena itu di dalam silikon jenis P hole merupakan pembawa muatan mayoritas, sedangkan elektron merupakan pembawa muatan minoritas. Sebaliknya, di dalam silikon jenis N terbentuk elektron dalam jumlah yang sangat besar sehingga disebut pembawa muatan mayoritas, dan hole disebut pembawa muatan minoritas. 6 7 Di dalam batang silikon itu terjadi pertemuan antara bagian P dan bagian N. Oleh karena itu dinamakan PN junction. Bila sekarang, bagian P dihubungkan dengan kutub positip dari sebuah batere, sedangkan kutub negatipnya dihubungkan dengan bagian N, maka terjadi hubungan yang dinamakan "forward bias".Dalam keadaan forward bias, di dalam rangkaian itu timbul arus listrik yang disebabkan oleh kedua macam pembawa muatan. Jadi arus listrik yang mengalir di dalam PN junction disebabkan , elektron yang bergerak di dalam bahan konduktor dapat menimbulkan energi listrik. Dan energi listrik inilah yang disebut sebagai arus listrik yang mengalir berlawanan arah dengan gerakan elektron. Tapi, bila bagian P dihubungkan dengan kutup negatip dari batere dan bagian N dihubungkan dengan kutub positipnya, maka sekarang terbentuk hubungan yang dinamakan "reverse bias". Dengan keadaan seperti ini, maka hole ( pembawa muatan positip ) dapat tersambung langsung ke kutub positip, sedangkan elektron juga langsung ke kutub positip. Jadi , jelas di dalam PN junction tidak ada gerakan pembawa muatan mayoritas baik yang hole maupun yang elektron. Sedangkan pembawa muatan minoritas (elektron) di dalam bagian P bergerak berusaha untuk mencapai kutub positip batere. Demikian pula pembawa muatan minoritas ( hole ) di dalam bagian N juga bergerak berusaha mencapai kutub negatip. Karena itu, dalam keadaan reverse bias, di dalam PN junction ada juga arus yang timbul meskipun dalam jumlah yang sangat kecil ( mikro ampere ). Arus ini sering disebut dengan reverse saturation current atau leakage current ( arus bocor ). Dua jenis semikonduktor n dan p ini jika disatukan akan membentuk sambungan p-n atau dioda p-n (istilah lain menyebutnya dengan sambungan metalurgi / metallurgical junction) yang dapat digambarkan sebagai berikut. 8 1. Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung. Sumber : energisurya.wordpress.com Gambar 2.1 Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung 2. Sesaat setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan elektron-elektron dari semikonduktor n menuju semikonduktor p, dan perpindahan hole dari semikonduktor pmenuju semikonduktor n. Perpindahan elektron maupun hole ini hanya sampai pada jarak tertentu dari batas sambungan awal. Sumber : energisurya.wordpress.com Gambar 2.2 Semikonduktor jenis p dan n setelah disambung 3. Elektron dari semikonduktor p yang semikonduktor n bersatu mengakibatkan dengan jumlah hole hole pada pada semikonduktor p akan berkurang. Daerah ini akhirnya berubah menjadi lebih bermuatan positif. Pada saat yang sama. hole dari semikonduktor p bersatu dengan elektron yang ada pada semikonduktor n yang mengakibatkan jumlah elektron di daerah ini berkurang. Daerah ini akhirnya lebih bermuatan positif. 9 Sumber : energisurya.wordpress.com Gambar 2.3 Elektron semikonduktor n bersatu dengan hole semikonduktor p 4. Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion region) ditandai dengan huruf W. 5. Baik elektron maupun hole yang ada pada daerah deplesi disebut dengan pembawa muatan minoritas (minority charge carriers) karena keberadaannya di jenis semikonduktor yang berbeda. 6. Dikarenakan adanya perbedaan muatan positif dan negatif di daerah deplesi, maka timbul dengan sendirinya medan listrik internal E dari sisi positif ke sisi negatif, yang mencoba menarik kembali hole ke semikonduktor p dan elektron ke semikonduktor n. Medan listrik ini cenderung berlawanan dengan perpindahan hole maupun elektron pada awal terjadinya daerah deplesi (nomor 1 di atas). Sumber : energisurya.wordpress.com Gambar 2.4 Timbul medan listrik internal 7. Adanya medan listrik mengakibatkan sambungan pn berada pada titik setimbang, yakni saat di mana jumlah hole yang berpindah dari semikonduktor p ke n dikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik kembali kearah semikonduktor pakibat medan listrik E. Begitu pula dengan jumlah elektron yang berpindah dari smikonduktor n ke p, dikompensasi 10 dengan mengalirnya kembali elektron ke semikonduktor n akibat tarikan medan listrik E. Dengan kata lain, medan listrik E mencegah seluruh elektron dan hole berpindah dari semikonduktor yang satu ke semiikonduktor yang lain.Pada sambungan p-n inilah proses konversi cahaya matahari menjadi listrik terjadi. Untuk keperluan sel surya, semikonduktor n berada pada lapisan atas sambungan p yang menghadap kearah datangnya cahaya matahari, dan dibuat jauh lebih tipis dari semikonduktor p, sehingga cahaya matahari yang jatuh ke permukaan sel surya dapat terus terserap dan masuk ke daerah deplesi dan semikonduktor p. Sumber : energisurya.wordpress.com Gambar 2.5 Matahari menyinari semikonduktor bagian atas / lapisan semikonduktor n Ketika sambungan semikonduktor ini terkena cahaya matahari, maka elektron mendapat energi dari cahaya matahari untuk melepaskan dirinya dari semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor. Terlepasnya elektron ini meninggalkan hole pada daerah yang ditinggalkan oleh elektron yang disebut dengan fotogenerasi elektron-hole (electron-hole photogeneration) yakni, terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat cahaya matahari. 11 Sumber : energisurya.wordpress.com Gambar 2.6 Fotogenerasi elektron-hole (electron-hole photogeneration) Cahaya matahari dengan panjang gelombang (dilambangkan dengan simbol “lambda” pada di gambar atas ) yang berbeda, membuat fotogenerasi pada sambungan pn berada pada bagian sambungan pnyang berbeda pula. Spektrum merah dari cahaya matahari yang memiliki panjang gelombang lebih panjang, mampu menembus daerah deplesi hingga terserap di semikonduktor p yang akhirnya menghasilkan proses fotogenerasi di sana. Spektrum biru dengan panjang gelombang yang jauh lebih pendek hanya terserap di daerah semikonduktor n. Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan pn terdapat medan listrikE, elektron hasil fotogenerasi tertarik ke arah semikonduktor n, begitu pula dengan hole yang tertarik ke arah semikonduktor p. Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka elektron akan mengalir melalui kabel. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan ke kabel, lampu tersebut menyala dikarenakan mendapat arus listrik, dimana arus listrik ini timbul akibat pergerakan elektron. 12 Sumber : energisurya.wordpress.com Gambar 2.7 Medan listrik yang dihasilkan dialirkan ke beban (lampu) Pada umumnya, untuk memperkenalkan cara kerja sel surya secara umum, ilustrasi di bawah ini menjelaskan segalanya tentang proses konversi cahaya matahari menjadi energi listrik. Sumber : energisurya.wordpress.com Gambar 2.8 Prinsip kerja solar cell 2.1.3 Karakteristik Solar Cell Dalam pengembangan suatu system pengukuran karakteristik I-V sel surya serta prosedur penentuan parameter-parameter karakteristik sel surya untuk pengukuran dalam keadaan penyinaran maupun keadaan tanpa penyinaran dari karakteristik arus dan tegangan. Karakteristik ini selalu disajikan dalam bentuk kurva arus dan tegangan. Tegangan open circuit diukur tanpa beban dan tidak dipengaruhi oleh penyinaran. Arus hubung singkat Isc pada saat pengukuran berbanding lurus dengan kuat penyinaran. Pada titik daya 13 maksimum (maximum power point) pada sel surya didapat dari hasil arus dan tegangan dari titik tertentu yang mencapai titik maksimum. Gambar 2.9 Grafik arus tegangan pada sel surya Dari gambar diatas dapat disimpulkan ada tiga titik penting yaitu : 1. Tegangan beban nol Voc diukur tanpa beban dan tidak dipengaruhi penyinaran. 2. Arus hubung singkat Isc diukur saat sel hubung singkat dan arus Isc berbanding lurus dengan kuat penyinaran. 3. Titik daya maksimum (Maximum Power Point) MPP dari sel surya didapatkan dari hasil arus dan tegangan yang dibuat pada setiap titik. a. Open Circuit Voltage (Voc) Open Circuit Voltage Voc, adalah kapasitas tegangan maksimum yang dapat dicapai pada saat tidak adanya arus (current). Pada kurva I-V, Voc adalah 21 volt. Daya pada saat Voc adalah 0 watt. Voc solar cells panel dapat diukur dilapangan dalam berbagai macam keadaan. Saat membeli modul, sangat direkomendasikan untuk menguji voltase untuk mengetahui apakah cocok dengan sepisifikasi pabrik. Saat menguji voltase dengan multimeter digital dari terminal positif ke terminal negatif. Open Circuit Voltage (Voc) dapat diukur pada pagi hari dan sore hari. b. Short Circuit Current (Isc) Short Circuit Current Isc, adalah maksimum output arus dari solar 14 cells panel yang dapat dikeluarkan (output) di bawah kondisi dengan tidak ada resistansi atau short circuit. Pada kurva I-V diatas menunjukkan perkiraan arus 2,65 Ampere. Daya pada Isc adalah 0 watt. 2.2 Motor DC 2.2.1 Pengertian Motor DC Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan,dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motormotor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri. Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik.Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet, maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubahubah arah pada setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolakbalik. Prinsip kerja dari arus searah adalah membalik phasa tegangan dari gelombang yang mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator, dengan demikian arus yang berbalik arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam medan magnet. Bentuk motor paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar bebas di antara kutub-kutub magnet permanen. 15 Sumber: staff.ui.ac.id Gambar 2.10 Motor dc sederhana Catu tegangan dc dari baterai menuju ke lilitan melalui sikat yang menyentuh komutator, dua segmen yang terhubung dengan dua ujung lilitan. Kumparan satu lilitan pada gambar di atas disebut angker dinamo. Angker dinamo adalah sebutan untuk komponen yang berputar di antara medan magnet. 2.2.2 Prinsip Kerja Motor DC Jika arus lewat pada suatu konduktor, timbul medan magnet di sekitar konduktor. Arah medan magnet ditentukan oleh arah aliran arus pada konduktor. Aturan genggaman tangan kanan bisa dipakai untuk menentukan arah garis fluks di sekitar konduktor. Genggam konduktor dengan tangan kanan dengan jempol mengarahpada arah aliran arus, maka jari-jari anda akan menunjukkan arah garis fluks. Gambar 2.12 menunjukkan medan magnet yang terbentuk di sekitar konduktor berubah arah karena bentuk U. 16 Sumber: staff.ui.ac.id Gambar 2.11 Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor Catatan : Medan magnet hanya terjadi di sekitar sebuah konduktor jika ada arus mengalir pada konduktor tersebut. Pada motor listrik konduktor berbentuk U disebut angker dinamo. Sumber: staff.ui.ac.id Gambar 2.12Medan magnet mengelilingi konduktor dan diantara kutub Jika konduktor berbentuk U (angker dinamo) diletakkan di antara kutub uatara dan selatan yang kuat medan magnet konduktor akan berinteraksi dengan medan magnet kutub. Lihat gambar 2.14 Sumber: staff.ui.ac.id Gambar 2.13 Reaksi garis fluks Lingkaran bertanda A dan B merupakan ujung konduktor yang dilengkungkan (looped conductor). Arus mengalir masuk melalui ujung A dan keluar melalui ujung B. Medan konduktor A yang searah jarum jam akan menambah medan 17 pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di bawah konduktor. Konduktor akan berusaha bergerak ke atas untuk keluar dari medan kuat ini. Medan konduktor B yang berlawanan arah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di atas konduktor. Konduktor akan berusaha untuk bergerak turun agar keluar dari medan yang kuat tersebut. Gaya-gaya tersebut akan membuat angker dinamo berputar searah jarum jam. Pada motor dc, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus sebagai tempat berlangsungnya proses perubahan energi, daerah tersebut dapat dilihat pada gambar 2.15 Sumber: staff.ui.ac.id Gambar 2.14 Prinsip kerja motor dc Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara sempurna, maka tegangan sumber harus lebih besar daripada tegangan gerak yang disebabkan reaksi lawan. Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang dilindungi oleh medan maka menimbulkan perputaran pada motor. 18 2.2.3 Beban Motor (Torsi) Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban dalam hal ini mengacu kepada keluaran tenaga putar / torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan ke dalam tiga kelompok : Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torquenya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah corveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan. Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatn operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kuadrat kecepatan). Peralatan Energi Listrik : Motor Listrik. Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin. 2.2.4 Prinsip Arah Putaran Motor Untuk menentukan arah putaran motor digunakan kaedah Flamming tangan kiri. Kutub-kutub magnet akan menghasilkan medan magnet dengan arah dari kutub utara ke kutub selatan. Jika medan magnet memotong sebuah kawat penghantar yang dialiri arus searah dengan empat jari, maka akan timbul gerak searah ibu jari. Gaya ini disebut gaya Lorentz, yang besarnya sama dengan F. Sumber : fisika12.blogspot.com Gambar 2.15 Kaidah tangan kiri 19 Prinsip motor : aliran arus di dalam penghantar yang berada di dalam pengaruh medan magnet akan menghasilkan gerakan. Besarnya gaya pada penghantar akan bertambah besar jika arus yang melalui penghantar bertambah besar. 2.2.5 Motor DC Magnet Permanen Motor dc magnet permanen adalah motor yang medan magnet utamanya berasal dari magnet permanen. Dan kumparan medan elektromagnetik digunakan untuk medan jangkar. Gambar 1. memperlihatkan operasi motor dc magnet permanen. Arus mengalir melalui kumparan jangkar dari sumber tegangan dc, menyebabkan jangkar berfungsi sebagai magnet. Kutub pada kumparan jangkar akan ditarik oleh kutub medan utama dari polaritas yang berbeda, sehingga jangkar berputar. Pada Gambar 2.16a terlihat jangkar berputar searah dengan putaran jarum jam. Apabila kutub jangkar segaris dengan kutub medan, sikat-sikat ada pada celah di komutator sehingga tidak ada arus mengalir pada jangkar. Jadi, gaya tarik atau gaya tolak dari magnet akan berhenti, seperti tampak pada gambar 2.16b. Kemudian kelembaman membawa jangkar melewati titik netral. Komutator akan membalik arus jangkar ketika kutub yang tidak sama dari jangkar dan medan saling berhadapan satu sama lain, sehingga membalik polaritas medan jangkar. Kutub-kutub yang sama dari jangkar dan medan kemudian menjadi saling tolak menolak, sehingga jangkar berputar terus menerus seperti diperlihatkan pada gambar 2.16c. Arah putaran dari motor dc magnet permanen ditentukan oleh arah arus yang mengalir pada jangkar. Pembalikan ujung-ujung jangkar tidak akan membalik arah putaran. Salah satu keistimewaan dari motor dc magnet permanen ini adalah kecepatannya dapat dikontrol dengan mudah. Kecepatan motor magnet permanen berbanding langsung dengan harga tegangan yang diberikan di jangkar. Semakin besar tegangan jangkar, semakin tinggi kecepatan motor. 20 Gambar 2.16 Motor dc magnet permanen 2.3 Mikrokontroler 2.3.1 Pengertian Mikrokontroler Mikrokontroler merupakan sistem mikroprosesor yang lengkap dan dikemas dalam bentuk sebuah IC. Artinya bahwa didalam sebuah IC mikrokontroler sebenarnya sudah terdapat seperti mikroprosesor, ROM, RAM, I/O dan clock seperti halnya yang dimiliki oleh sebuah komputer PC. Namun karena kemasannya sangat kecil yang hanya berupa sebuah chip, sehingga dari spesifikasi dan kemampuan yang dimiliki oleh mikrokontroler masih sangat rendah dibandingkan dengan sistem komputer seperti PC, baik dilihat dari segi kecepatannya, muatan memorinya, maupun fitur-fitur yang dimilikinya. Walaupun dari segi kemampuan lebih rendah, mikrokontroler ini mempunyai kelebihan yaitu mikrokontroler menjadi fleksibel dan praktis karena bentuknya yang kecil sehingga dapat digunakan pada sistem-sistem yang relatif tidak terlalu kompleks. Singkatnya, mikrokontroler adalah mikroprosessor yang dirancang khusus untuk aplikasi kontrol, dan dilengkapi dengan ROM, RAM dan fasilitas I/O pada satu chip. Mikrokontroler yang digunakan pada proyek akhir ini adalah mikrokontroler ATMEGA16. 21 2.3.2 Mikrokontroler ATMega 16 Mikrokontroler ATMega16 adalah salah satu jenis mikrokontroler keluaran atmel dari keluarga AVR (Alf and Vegard’s Risc Processor) ini menggunakan RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang artinya prosesor tersebut memiliki set instruksi program yang lebih sedikit dibandingkan dengan MCS51 yang menerapkan arsitektur CISC (Complex Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi prosesor RISC adalah instruksi dasar (belum tentu sederhana), sehingga instruksi-instruksi ini umumnya hanya memerlukan 1 siklus mesin untuk menjalankannya. Kecuali instruksi percabangan yang membutuhkan 2 siklus mesin. RISC biasanya dibuat dengan arsitektur Harvard, karena arsitektur ini yang memungkinkan untuk membuat eksekusi instruksi selesai dikerjakan dalam satu atau dua siklus mesin, sehingga akan semakin cepat dan handal. Proses downloading programnya relatif lebih mudah karena dapat dilakukan langsung pada sistemnya. ATMega16 mempunyai throughput mendekati 1 Millions Instruction Per Second (MIPS) per MHz, sehingga membuat konsumsi daya menjadi rendah terhadap kecepatan proses eksekusi perintah. Gambar 2.17 Mikrokontroler ATMega 16 22 Gambar 2.18 Konfigurasi pin ATMega16 kemasan 40-Pin Tabel 2.1 Deskripsi pin ATMEGA16 Nama Pin Fungsi VCC Catu daya digital GND Ground untuk catu daya digital Port A Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull-up internal. (PA7..PA0) Juga berfungsi sebagai masukan analog ke ADC (ADC0 s.d. ADC7) Port B Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull-up internal. (PB7..PB0) Fungsi khusus masing-masing pin : Port Pin Fungsi lain PB0 T0 (Timer/Counter0 External Counter Input) XCK (USART External Clock Input/Output) PB1 T1 (Timer/Counter1 External Counter Input) PB2 AIN0 (Analog Comparator Positive Input) INT2 (External Interupt 2 Input) PB3 AIN1 (Analog Comparator Negative Input) OC0 (Timer/Counter0 Output Compare Macth Output) PB4 SS (SPI Slave Select Input) PB5 MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input) PB6 MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output) PB7 SCK (SPI Bus Serialock) Port C Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull-up internal. (PC7..PC0) Fungsi khusus masing-masing pin : 23 Lanjutan Tabel 2.1 Deskripi pin ATMEGA 16 Port Pin Fungsi lain Port D (PD7..PD0) PC0 SCL (Two-wire Serial Bus Clock Line) PC1 SDA (Two-wire Serial BusData Input/Output Line) PC2 TCK (Joint Test Action Group Test Clock) PC3 TMS (JTAG Test Mode Select) PC4 TDO (JTAG Data Out) PC5 TDI (JTAG Test Data In) PC6 TOSC1 (Timer Oscillator pin 1) PC7 TOSC2 (Timer Oscillator pin 2) Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull-up internal. Fungsi khusus masing-masing pin : Port Pin Fungsi lain RESET PD0 RXD (UART Input Line) PD1 TXD (UART Output Line) PD2 INT0 (External Interrupt 0 Input) PD3 INT1 (External Interrupt 1 Input) PD4 OC1B (Timer/Counter1 Output CompareB Match Output) PD5 OC1A (Timer/Counter1 Output CompareA Match Output) PD6 ICP (Timer/Counter1 Input Capture Pin) PD7 OC2 (Timer/Counter2 Output Compare Match Output) Masukan reset. Sebuah reset terjadi jika pin ini diberi logika rendah melebihi periode minimum yang diperlukan. XTAL1 Masukan ke inverting oscillator amplifier dan masukan ke rangkaian clock internal. XTAL2 Keluaran dari inverting oscillator amplifier. AVCC Catu daya untuk port A dan ADC. AREF Referensi masukan analog untuk ADC. AGND Ground analog. 2.3.3 Peta Memori ATMega 16 ATMega16 memiliki dua jenis memori yaitu Data Memory dan Program Memory ditambah satu fitur tambahan yaitu EEPROM Memory untuk penyimpan data. 24 1. Peta Memory Arsitektur ATMega16 mempunyai dua memori utama, yaitu memori data dan memori program. Selain itu, ATMega16 memiliki memori EEPROM untuk menyimpan data. ATMega16 memiliki 16K byte On-chip In-System Reprogrammable Flash Memory untuk menyimpan program. Instruksi ATMega16 semuanya memiliki format 16 atau 32 bit, maka memori flash diatur dalam 8K x 16 bit. Memori flash dibagi kedalam dua bagian, yaitu bagian program Boot Flash Section dan Application Flash Section. Bootloader adalah program kecil yang bekerja pada saat sistem dimulai yang dapat memasukkan seluruh program aplikasi ke dalam memori prosesor. Gambar 2.19 Peta Memory 2. Peta Data Memory Memori data AVR ATMega16 terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 register umum, 64 buah register I/O dan 1 Kbyte SRAM internal. General purpose register menempati alamat data terbawah, yaitu $00 sampai $1F. Sedangkan memori I/O menempati 64 alamat berikutnya mulai dari $20 hingga $5F. Memori I/O merupakan register yang khusus digunakan untuk mengatur fungsi terhadap berbagai fitur mikrokontroler seperti kontrol register, timer/counter, fungsi-fungsi I/O, dan sebagainya. 1024 alamat berikutnya mulai dari $60 hingga $45F digunakan untuk SRAM internal. 25 Gambar 2.20 Peta Data Memory 3. EEPROM Data Memory EEPROM (Electronically Erasable Read Only Memory) adalah memori yang dapat mempertahankan data yang disimpan, meskipun catu daya dihilangkan serta cara penulisan dan penghapusannya dengan menggunakan elektrik. ATMega16 terdiri dari 512 byte memori data EEPROM 8 bit, data dapat ditulis/dibaca dari memori ini, ketika catu daya dimatikan, data terakhir yang ditulis pada memori EEPROM masih tersimpan pada memori ini, atau dengan kata lain memori EEPROM bersifat nonvolatile. Lokasinya terpisah dengan sistem address register, data register dan control register yang dibuat khusus untuk EEPROM. Alamat EEPROM mulai dari $000 sampai $1FF. 2.4 Metoda MPPT (Maximum Point Power Tracker) Maximum Power Point Tracker (MPPT) adalah sebuah metda atau cara untuk menjejak letak titik maksimum dari kurva I-V pada sebuah fotovoltaik yang selalu berubah secara dinamis mengikuti perubahan intensitas matahari, dan temperatur. Banyak teknik atau metoda MPPT yang telah dilakukan penelitian dan dipublikasikan, tetapi dari sekian banyak itu ada tiga algoritma utama yaitu: 26 Pertubation&Observatian (P&O), Incremental conductance (Inc) dan Constant Voltage (CV). Dari ketiga algoritma di atas dua diantaranya yaitu P&O dan Inc biasa disebut sebagai algoritma „Hill climbing‟ yang dimana keduanya itu menggunakan kenyataan dari karakteristik P-V dari fotovoltaik dan dikarenakan kesederhanaan dan kemudahannya untuk diterapkan maka kedua algoritma ini banyak digunakan. Gambar 2.21 Penjejakan dari dP/dV pada posisi yang berbeda Berdasarkan gambar 2.22 algoritma P&O, tegangan dijejak dengan kenaikan yang kecil dan perubahan daya P dapat diamati. Bila P positif berarti mendekati titik daya maksimum dan bila negatif berarti menjauh dari titik daya maksimum, sehingga penjejakan harus dikembalikan kearah yang berlawanan. Masalah yang dihadapi P&O adalah terjadinya osilasi disekitar titik daya maksimumnya. Gambar 2.23 di bawah ini adalah diagram alir algoritma P&O. 27 START Inisialisasi Input Vbaru, Ibaru Hitung dPbaru yes dP = 0 ? no no yes dP > 0 ? Vbaru - Vlama > 0 ? Vbaru - Vlama > 0 ? no yes Turunkan Duty Naikan Duty yes no Turunkan Duty Naikan Duty Vbaru = Vlama Ibaru = Ilama RETURN Gambar 2.22 Algoritma MPPT Perturb&Observation(P&O) Deskripsi Kerja : Mensensor tegangan dan arus, dianggap tegangan dan arus baru. Menghitung dP baru yaitu tegangan dikalikan dengan arus baru. dP baru dibandingkan dengan dP lama, dP lama dianggap samadengan nol. Apabila dP baru samadengan dP lama, maka duty cycle tetap. Apabila dP baru lebih besar dari dP lama, maka duty cycle dinaikan. Apabila dP baru lebih kecil dari dP lama, maka duty cycle diturunkan. Algoritma ini akan bekerja terus-menerus. 28 2.5 MOSFET 2.5.1 Pengertian MOSFET MOSFET merupakan singkatan dari Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor yang mempresentasikan bahan – bahan penyusun yang terdiri dari logam, oksida, dan semikonduktor. MOSFET adalah piranti elektronik yang dikendalikan oleh tegangan dan hanya memerlukan arus yang kecil. Terdapat 2 jenis MOSFET yaitu tipe NPN atau N channel dan PNP atau biasa disebut P channel. MOSFET dibuat dengan meletakkan lapisan oksida pada semikonduktor dari tipe NPN maupun PNP dan lapisan logam diletakkan diatasnya. Gambar …. Memperlihatkan konfigurasi dasar dari MOSFET yang terdiri dari 3 buah kaki yaitu gate, drain, source. Sumber:www.scribd.com Gambar 2.23 Konfigurasi dasar MOSFET 2.5.2. Prinsip Kerja MOSFET Prinsip kerja dari MOSFET adalah sebagai berikut : 1. Untuk tipe NPN, ketika gate diberi tegangan positif elektron-elektron dari semikonduktor N dari drain dan source tertarik oleh gate menuju semikonduktor tipe P yang berada diantaranya. Engan adanya elektronelektron ini pada semikonduktor P, maka akan menjadi suatu jembatan yang memungkinkan pergerakan electron-elektron dari source ke drain. 29 Sumber:www.scribd.com Gambar 2.24 Prinsip kerja MOSFET tipe NPN 2. Untuk tipe PNP, prinsip kerjanya sama hanya saja tegangan yang diberikan pada gate berkebalikan dengan MOSFET tipe NPN. Ketika tegangan negative diberikan ke gate, hole dari semikonduktor tipe P dari source dan drain tertarik ke semikonduktor tipe N yang berada diantaranya. Dengan adanya jembatan hole ini maka arus listrik dapat mengalir dari source ke drain. Sumber:www.scribd.com Gambar 2.25 Prinsip kerja MOSFET tipe PNP Karena adanya lapisan oksida antara gate dan semikonduktor, maka arus listrik tidak mengalir menuju gate. Arus listrik mengalir diantara drain dan source yang dikendalikan oleh tegangan gate. 2.5.3. Karakterisitik MOSFET Karakteristik keluaran merupakan grafik dimana IDS diplot terhadap VDS untuk beberapa variasi tegangan VGS. Ada tiga daerah dalam karakteristik keluaran MOSFET, yaitu : 30 Sumber:www.scribd.com Gambar 2.26 Bentuk gelombang switching 1. Untuk VGS VT disebut daerah cut-off. 2. Untuk VDS VGS – VT disebut daerah linier, dipakai pada saat transistor berfungsi sebagai penguat. 3. Untuk VDS VGS – VT disebut daerah saturasi, dipakai pada saat transistor difungsikan sebagai sakelar. Gambar 2.26 memperlihatkan bentuk gelombang switching dan perwaktuan dari MOSFET, waktu tunda-nyala atau td(on) adalah waktu yang dibutuhkan untuk mengisi muatan kapasitansi masukan sampai pada level tegangan ambang. Waktu naik atau tr adalah waktu yang dibutuhkan oleh terminal gerbang untuk mengisi muatannya dari level tegangan ambang sampai tegangan penuh gerbang (full gate voltage), VGSP, dimana tegangan ini dibutuhkan untuk mengaktifkan transistor pada daerah linier. Waktu tunda-mati atau td(off) adalah waktu yang dibutuhkan oleh kapasitansi masukan utuk mengosongkan muatan apabila terjadi overdrive atau pemicuan berlebih pada tegangan gerbang. V GS harus turun nilainya sebelum VDS mulai naik. Waktu jatuh atau tf adalah waktu yang dibutuhkan oleh kapasitansi masukan untuk mengosongkan muatan dari daerh saturasi ke tegangan ambang. Apabila VGS VT transistor akan menyumbat (off). 31 2.6. Optocoupler Optocoupler adalah suatu IC yang meskipun secara fisik menjadi satu, tetapi sebenarnya di dalamnya terdiri dari dua bagian yang terpisah antara bagian cahaya dengan bagian deteksi sumber cahaya. Pada optocoupler terdapat isolasi elektris, kondisi yang terisolasi antara masukan dan keluarannya yaitu (electrical isolation). Penggunaannya memungkinkan untuk memisahkan dua bagian. + 15 N.C R Dari PWM Ke Gate MOSFET 0.1 uF Ke Source MOSFET N.C Gambar 2.27 Rangkaian Optocoupler 2.7. Buck Converter Buck converter adalah salah satu DC – DC converter yang digunakan untuk menurunkan tegangan DC. Prinsip kerja rangkaian ini adalah dengan kendali pensaklaran. Komponen utama pada buck adalah penyaklaran, diode freewheel, inductor, dan kapasitor. Pada gambar 2.28 ditujukkan buck converter yang masih dasar dengan nilai komponen yang belum diketahui. Gambar 2.28 Buck converter 32 Penyaklaran dapat berupa transistor, mosfet, atau IGBT. Kondisi saklar terbuka dan tertutup ditentukan oleh isyarat PWM. Pada saat saklar terhubung, maka induktor, kapasitor, dan beban akan terhubung dengan sumber tegangan. Kondsi semacam ini disebut dengan keadaan ON (ON state). Saat kondisi ON maka diode akan reverse bias. Sedangkan saat saklar terbuka maka seluruh komponen tadi akan terisolasi dari sumber tegangan. Keadaan ini disebut dengan kondisi OFF (OFF state). Saat kondisi OFF ini diode menyediakan jalur untuk arus induktor. Buck converter disebut juga down converter karena nilai tegangan keluaran lebih dari inputnya. kecil 2.8. Battery Pada sistem energy matahari , battery atau biasa kita sebut sebagai aki, digunakan sebagai back-up power pada system Off-Grid dan Grid-Tie dengan back-up battery. Battery akan digunakan sebagai sumber energy manakala tidak tersedianya atau terputusnya sumber listrik dari PLNUmumnya untuk penggunaan battery dengan kapasitas besar> 5 AH, biasanya orang menggunakan tipe battery Lead Acid. Gambar 2.29 Battery Apabila dilihat berdasarkan penggunaannya, battery memiliki beberapa tipe, diantaranya ; Starting Battery : Digunakan apabila dibutuhkan tenaga yg sangat besar dalam waktu singkat. Contoh-nya penggunakan dalam automative dan mesinmesin 33 Deep Cycle Battery : Digunakan apabila dibutuhkan sumber energy yang terus menerus dalam jangka waktu lama. Deep Cycle Battery mempunyai karakteristik untuk discharge (pengeluaran tenaga battery) dan recharge (pengisian tenaga battery) terus menerus. Dari kedua jenis tersebut Deep Cycle adalah tipe yang sangat cocok digunakan untuk sistem energi matahari. Jangan menggunakan battery biasa untuk sistem energi matahari, karena battery tidak akan bertahan lama dan membutuh perawatan serta penggantian battery yang sering. Tipe VRLA Deep Cycle adalah tipe yang paling cocok digunakan untuk sisyem yang menggunakan solar panel sebagai sumber energi. Tipe VRLA Deep Cycle umumya mempunyai harga yang jauh lebih mahal dari battery biasa, namun VRLA Deep Cycle yang dibuat khusus untuk Solar Power System dapat bertahan antara 5 - 10 tahun dengan rancang disain life time 10 - 20 tahun. Satu hal yang juga patut diperhatikan dalam memilih battery adalah kapasitas battery. Apabila sebuah battery mempunyai kapasitas 100 AH, maka secara teori battery tersebut akan sanggup menyuplai 100 A dalam waktu 1 jam, dapat menyuplai 25 ampere dalam waktu 4 jam. Namun dalam merancang solar power system. Usahakan penggunakan kapasitas jangan melebihi dari 50 % dari kapasitas total. Sehingga battery dapat mempunyai life time yang sangat lama. Pembebanan maksimal kapasitas battery akan membuat battery cepat rusak.
