rancang bangun sistem pembangkit listrik tenaga surya
advertisement
RANCANG BANGUN SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA MENGGUNAKAN MODUL SURYA 50 WP SEBAGAI ENERGI CADANGAN PADA RUMAH TINGGAL LAPORAN AKHIR Disusun Untuk Memenuhi Syarat Menyelesaikan Pendidikan Diploma III Pada Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Sriwijaya Oleh : RINALDI 061130310905 POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA PALEMBANG 2014 Politeknik Negeri Sriwijaya RANCANG BANGUN SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA MENGGUNAKAN MODUL SURYA 50 WP SEBAGAI ENERGI CADANGAN PADA RUMAH TINGGAL LAPORAN AKHIR Disusun Untuk Memenuhi Syarat Menyelesaikan Pendidikan Diploma III Pada Jurusan Teknik Program Studi Teknik Politeknik Negeri Sriwijaya Oleh : Rinaldi 061130310905 Palembang, Agustus 2014 Menyetujui, Pembimbing I Pembimbing II Ir. Siswandi, M.T. NIP. 19640901 199303 1 002 Sudirman Yahya, S.T., M.T. NIP. 19670113 199203 1 002 Mengetahui, Ketua Jurusan Ketua Program Studi Ir. Ali Nurdin, M.T. NIP. 19621207 199103 1 001 Herman Yani, S.T., M. Eng. NIP. 19651001 199003 1 006 Laporan Akhir ii Politeknik Negeri Sriwijaya HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HALAMAN PERSEMBAHAN Laporan Akhir Ini Saya Persembahkan Untuk : 1. Ibu dan Bapak saya yang selalu mendo’akan dan mendukung saya selama ini. 2. Adik saya eni, iya, rikka dan kakak saya ani yang selalu menyanyangi saya. 3. Bapak Ir. Siswandi, M.T. sebagai dosen pengajar sekaligus dosen pembimbing pertama. 4. Bapak Sudirman Yahya, S.T., M.T. sebagai dosen pengajar sekaligus dosen pembimbing kedua. 5. Teman-teman saya di Jurusan Teknik Listrik Angkatan 2011 umumnya dan khususnya kepada kelas ELB yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan perkuliahan di Politeknik Negeri Sriwijaya. “MOTTO” “ MANUSIA HANYA BISA MERENCAKAN TETAPI TUHANLAH YANG MENENTUKAN” Laporan Akhir iii Politeknik Negeri Sriwijaya ABSTRAK RANCANG BANGUN SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA MENGGUNAKAN MODUL SURYA 50 WP SEBAGAI ENERGI CADANGAN PADA RUMAH TINGGAL Oleh : Rinaldi (06113030905) Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Sriwijaya Kebutuhan akan listrik baik untuk kalangan industri, perkantoran, maupun masyarakat umum dan perorangan sangat meningkat. Peningkatan kebutuhan ini tidak diiringi oleh penambahan pasokan listrik untuk konsumen sehingga sering terjadi pemadaman listrik. Berdasarkan permasalahan tersebut, energi surya dipilih sebagai energi alternatif untuk menghasilkan energi listrik. Alat yang digunakan disini adalah sel surya dengan tegangan open circuit 21,1 V dan arus hubung singkat 4,23 A. Agar energi surya dapat digunakan pada malam hari, maka pada siang hari energi listrik yang dihasilkan disimpan terlebih dahulu ke batere yang dikontrol oleh regulator dengan tegangan masukan dari solar cell 18 V dan keluaran regulator 13,8 V. Kemudian dapat langsung dihubungkan dengan beban DC. Sedangkan untuk beban AC kita dapat mengkonversikannya dengan menggunakan inverter. Dari simulasi PLTS yang dibuat, menghasilkan tegangan nominal sebesar 12 V dan daya maksimum sebesar 60 W Kata kunci : Sel Surya, Batere, Regulator, Inverter Laporan Akhir iv Politeknik Negeri Sriwijaya KATA PENGANTAR Puji syukur kita panjatkan kehadirat Allah yang maha Esa atas berkat rahmat dan ridhonya penulis dapat menyelesaikan laporan akhir ini tepat pada waktunya. Mengenai bahan dan sumber laporan ini penulis sajikan berdasarkan hasil rancang bangun yang telah penulis laksanakan serta ditambah dengan berbagai teori yang penulis ambil dari beberapa buku tentang PLTS, internet serta wawancara langsung dengan ahli dibidangnya. Pada saat perancangan peralatan maupun dalam tahap penulisan laporan ini, penulis telah mendapat segala bantuan yang dibutuhkan baik berupa saran -saran maupun pemikiran dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada: 1. Bapak RD. Kusumanto, S.T., M.M. sebagai Direktur Politeknik Negeri Sriwijaya. 2. Bapak Ir. Ali Nurdin, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Sriwijaya. 3. Bapak Ir. Siswandi, M.T., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Sriwijaya. 4. Bapak Herman, S.T., M.Eng. selaku Ketua Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Sriwijaya. 5. Bapak Ir. Siswandi, M.T. selaku dosen pengajar dan pembimbing satu. 6. Bapak Sudirman Yahya, S.T., M.T. selaku dosen pengajar dan pembimbing dua. 7. Orang tua yang selalu memberi support agar selalu bersemangat dalam menyelesaikan laporan akhir ini. 8. Rekan Hmj Elektro yang telah ikut berpartisipasi dalam menyelasikan laporan akhir ini. 9. Teman-teman kelas 6 ELB yang setia memberikan masukan dan saran dalam menyelesaikan laporan akhir ini 10. Serta semua pihak yang secara langsung maupun tidak langsung yang telah membantu menyelesaikan laporan akhir ini Laporan Akhir v Politeknik Negeri Sriwijaya Penulis menyadari bahwa laporan akhir yang disajikan masih belum begitu sempurna. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun dari semua pihak demi kesempurnaan laporan ini di masa mendatang. Atas perhatian serta partisipasi dari semua pihak, akhir kata penulis mengucapkan terima kasih. Palembang, Juli 2014 Penulis Laporan Akhir vi Politeknik Negeri Sriwijaya DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ ii MOTTO ............................................................................................................... iii ABSTRAK ........................................................................................................... iv KATA PENGANTAR ........................................................................................ v DAFTAR ISI ........................................................................................................ vii DAFTAR TABEL .............................................................................................. x DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xi DAFTAR GRAFIK ............................................................................................xiv DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ...................................................................................... 1 1.2 Tujuan dan Manfaat ................................................................................ 3 1.4.1 Tujuan ........................................................................................... 3 1.4.2 Manfaat ......................................................................................... 3 1.3 Rumusan Masalah ................................................................................. 3 1.4 Batasan Masalah .................................................................................... 3 1.5 Metode Penulisan ................................................................................... 3 1.6 Sistematika Penulisan ........................................................................... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Teori Semikonduktor ............................................................................ 5 2.2 Teori Dasar PLTS .................................................................................. 5 Laporan Akhir vii Politeknik Negeri Sriwijaya 2.2.1 Prinsip Kerja Sel Surya ................................................................. 7 2.2.2 Karakteristik Modul Fhotovoltaik................................................. 13 2.2.3 Hubungan Sel Surya Secara Seri Dan Paralel............................... 15 2.2.4 Jenis-jenis Sel Surya ..................................................................... 20 2.3 Baterai Charge Regulator....................................................................... 22 2.4 Inverter ................................................................................................... 25 2.4.1 Prinsip Kerja Inverter.................................................................... 24 2.5 Akumulator ............................................................................................ 25 2.5.1 Jenis-jenis akumulator .................................................................. 27 2.5.2 Cara Kerja akumulator .................................................................. 28 2.5.3 Kapasitas Batere............................................................................ 28 2.5.4 Hubungan Batere .......................................................................... 29 2.6 Kabel ..................................................................................................... 30 2.7 Tracker .................................................................................................. 30 2.8 Komponen Elektronik........................................................................... 31 2.8.1 Dioda ............................................................................................. 32 2.8.2 kapasitor ........................................................................................ 34 2.8.3 Resistor ......................................................................................... 36 2.8.3.1 Hubungan Pada Resitor ..................................................... 38 2.8.4 Transistor ...................................................................................... 39 2.8.5 IC (Integrated Circuit) .................................................................. 41 2.8.6 Transformator ............................................................................... 44 2.8.7 Induktor ......................................................................................... 47 2.8.7.1 Macam-macam Induktor ................................................... 49 2.8.7.2 Prinsip Kerja Induktor ....................................................... 50 2.8.7.3 Cara Menghitung Induktansi ............................................. 50 BAB III RANCANG BANGUN SISTEM PLTS 3.1 Tujuan Perancangan ............................................................................ 53 3.2 Diagram Blok Rancangan Sistem PLTS .............................................. 53 3.2.1 Perhitungan Kebutuhan PLTS ...................................................... 54 Laporan Akhir viii Politeknik Negeri Sriwijaya 3.2.2 Tahapan Perancangan ................................................................... 56 3.2.3 Proses Perancangan elektronik Regulator ..................................... 57 3.2.4 Proses Perancangan Mekanik Regulator ....................................... 66 3.2.5 Proses Perancangan Elektronik Inverter ....................................... 68 3.2.6 Proses Perancangan Mekanik Inverter .......................................... 74 3.3 Tracker .................................................................................................. 76 3.4 Beban ................................................................................................... 77 3.5 Langkah-langkah Pengujian ................................................................ 77 3.5.1 Pengujian Regulator ...................................................................... 77 3.5.2 Pengujian Inverter ......................................................................... 78 3.5.3 Pengukuran Besaran Arus Dan Tegangan .................................... 79 3.5.3.1 Pengukuran Regulator ......................................................... 79 3.5.3.2 Pengukuran Inverter ........................................................... 81 3.5.3.3 Pengujian PLTS ................................................................... 82 BAB IV PEMBAHASAN 4.1 Hasil ..................................................................................................... 84 4.1.1. Data Pengujian Regulator ........................................................... 84 4.2 Data Pengujian Inverter ........................................................................ 89 4.3 Data Pengujian PLTS ........................................................................... 90 4.4 Pembahasan .......................................................................................... 97 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ......................................................................................100 5.2 Saran ...............................................................................................100 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN DAFTAR TABEL Laporan Akhir ix Politeknik Negeri Sriwijaya Halaman Tabel 2.1 Kode Warna Pada Resistor ................................................................... 36 Tabel 2.2 Kode Warna Kapasitor .......................................................................... 37 Tabel 3.1 Perhitungan Beban PLTS ...................................................................... 54 Tabel 3.2 Alat-alat yang digunakan ..................................................................... 64 Tabel 3.3 Daftar Bahan Komponen Yang Digunakan .......................................... 64 Tabel 3.4 Daftar Bahan komponen pada Box Panel ............................................. 65 Tabel 3.5 Daftar alat-alat yang digunakan ............................................................ 72 Tabel 3.6 Daftar Bahan Komponen Yang Digunakan .......................................... 73 Tabel 3.7 Daftar Bahan komponen pada Box Panel ............................................. 73 Tabel 4.1 Pengukuran Regulator tanpa Batere dan beban .................................... 84 Tabel 4.2 Pengukuran Regulator dengan Batere Terhubung ................................ 86 Tabel 4.3 Pengukuran Regulator dengan Batere Terhubung dan Beban .............. 88 Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Rangkaian Inverter .................................................. 89 Tabel 4.5 Pengukuran PLTS Hari pertama ........................................................... 90 Tabel 4.6 Pengukuran PLTS Hari kedua............................................................... 91 Tabel 4.7 Pengukuran PLTS Hari ketiga .............................................................. 91 Tabel 4.8 Pengukuran PLTS Beban LED 10 W ................................................... 95 Tabel 4.9 Pengukuran PLTS Beban Pijar 10 W .................................................... 95 DAFTAR GAMBAR Laporan Akhir x Politeknik Negeri Sriwijaya Halaman Gambar 2.1 Foto Sel dan batere aki ..................................................................... 6 Gambar 2.2 Simbol Yang Diberikan Untuk Photovoltaik ................................... 7 Gambar 2.3 Semikonduktor Tipe-P dan Tipe-N belum disambung .................... 9 Gambar 2.4 Semikonduktor Tipe-P dan Tipe-N disambung ............................... 9 Gambar 2.5 Semikonduktor Tipe-P dan Tipe-N Bersatu ..................................... 10 Gambar 2.6 Perbedaan Muatan Semikonduktor Tipe-P dan Tipe-N ................... 10 Gambar 2.7 Konversi Cahaya Pada Semikonduktor tipe P-N ............................. 11 Gambar 2.8 Terbentuknya Pasangan Elektron dan Hole ..................................... 12 Gambar 2.9 Arus Listrik Akibat Elektron Lampu Menyala ................................ 13 Gambar 2.10 Kurva Arus-Tegangan Dari Sebuah Modul Surya ......................... 13 Gambar 2.11 Karakteristik photovoltaic .............................................................. 15 Gambar 2.12 Konfigurasi Modul Photovoltaik.................................................... 15 Gambar 2.13 Rangkain Seri Paralel Photovoltaik................................................ 19 Gambar 2.14 Sel Surya Single Kristal ................................................................. 20 Gambar 2.15 Sel Surya Polikristal ....................................................................... 21 Gambar 2.16 Sel Surya Polikristal Dengan Metode EFG .................................... 24 Gambar 2.17 Amorphos Silicon........................................................................... 22 Gambar 2.18 Prinsip Kerja Rangkaian Inverter ................................................... 24 Gambar 2.19 Susunan Dan Konstruksi Akkumulator Timah .............................. 26 Gambar 2.20 Letak Geografis Indonesia ............................................................. 31 Gambar 2.21 Simbol Sirkit Untuk Dioda............................................................. 32 Gambar 2.22 Resistor Pembatas Arus Pada LED ................................................ 33 Gambar 2.23 Karakteristik Dioda ........................................................................ 33 Gambar 2.24 Simbol Sirkit Untuk Kapasitor Nonelektrolis ................................ 35 Gambar 2.25 Simbol Sirkit Untuk Kapasitor Elektrolitis .................................... 35 Gambar 2.26 Resistor .......................................................................................... 37 Gambar 2.27 Resistor Dirangkai Seri .................................................................. 38 Gambar 2.28 Resistor Dirangkai Secara Pararel .................................................. 39 Gambar 2.29 Simbol Sirkit Transistor ................................................................. 39 Gambar 2.30 Rangkaian Regulator Variabel LM7812 ........................................ 42 Laporan Akhir xi Politeknik Negeri Sriwijaya Gambar 2.31 Rangkaian Regulator 12 Volt DC 5 Amper ................................... 43 Gambar 2.32 Transformator ................................................................................. 44 Gambar 2.33 Skema Transformator Step-Up....................................................... 45 Gambar 2.34 Skema Transformator Step-Down .................................................. 45 Gambar 2.35 Induktor Dengan Inti Udara ........................................................... 49 Gambar 2.36 Induktor Dengan Inti Besi .............................................................. 49 Gambar 2.37 Induktor Dengan Inti Ferit ............................................................. 49 Gambar 2.38 Induktor Dengan Perubahan Inti .................................................... 49 Gambar 2.39 Simbol Induktor.............................................................................. 50 Gambar 2.40 Cara Menghitung Induktansi .......................................................... 50 Gambar 2.41 Kumparan Lapisan Tunggal .......................................................... 51 Gambar 2.42 Kumparan Lapisan Jamak .............................................................. 51 Gambar 2.43 Kumparan Spiral ............................................................................ 51 Gambar 3.1 Diagram Blok Perancangan Sistem PLTS ....................................... 53 Gambar 3.2 Line Diagram Rangkaian Regulator ................................................. 57 Gambar 3.3 Rangkaian Indikator Merah .............................................................. 58 Gambar 3.4 Rangkaian Pengatur Tegangan Dan Arus ....................................... 59 Gambar 3.5 Rangkaian Proteksi........................................................................... 60 Gambar 3.6 Rangkaian Proteksi Arus Balik ........................................................ 61 Gambar 3.7 Rangkaian Pembanding Tegangan ................................................... 62 Gambar 3.8 Lay Out Rangkaian .......................................................................... 63 Gambar 3.9 Tata Letak Komponen ...................................................................... 63 Gambar 3.10 Box Panel Tampak Secara Keseluruhan ......................................... 66 Gambar 3.11 Box Panel Tampak Depan .............................................................. 67 Gambar 3.12 Box Panel Tampak Belakang .......................................................... 67 Gambar 3.13 Line Diagram Rangkaian Inverter ................................................... 68 Gambar 3.14 Rangkaian Indikator Hijau .............................................................. 69 Gambar 3.15 Rangkaian Astabil Multivibrator..................................................... 69 Gambar 3.16 Rangkaian Proteksi Inverter ............................................................ 70 Gambar 3.17 Penentuan Nilai Induktor ................................................................ 71 Gambar 3.18 Lay Out Rangkaian......................................................................... 72 Laporan Akhir xii Politeknik Negeri Sriwijaya Gambar 3.19 Tata Letak Komponen .................................................................... 72 Gambar 3.20 Box Panel Tampak Secara Keseluruhan ........................................ 74 Gambar 3.21 Box Panel Tampak Depan ............................................................. 75 Gambar 3.22 Box Panel Tampak Belakang ......................................................... 75 Gambar 3.23 Desain Trackers .............................................................................. 76 Gambar 3.24 Pengujian Regulator Dengan Power Suplly ................................... 79 Gambar 3.25 Pengujian Inverter Dengan Batere ................................................. 81 Gambar 3.26 Pengukuran PLTS .......................................................................... 83 DAFTAR GRAFIK Halaman Grafik 4.1 Konsumsi Arus Regulator.................................................................... 84 Grafik 4.2 Konsumsi Arus Regulator pada saat menggunakan batere.................. 87 Laporan Akhir xiii Politeknik Negeri Sriwijaya Grafik 4.3 Konsumsi Arus regulato Saat Terbebani ............................................. 89 Grafik 4.4 Tegangan Keluaran Panel Surya .......................................................... 92 Grafik 4.5 Konsumsi arus Regulator Pada Beban DC 10 W ................................ 93 Grafik 4.6 Keluaran arus regulator terhadap waktu .............................................. 94 Grafik 4.7 Konsumsi arus pada Beban yang berbeda ........................................... 96 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Rekomendasi Ujian Laporan Akhir Lampiran 2 Lembar Bimbingan Satu Laporan Akhir Laporan Akhir xiv Politeknik Negeri Sriwijaya Lampiran 3 Lembar Bimbingan Dua Laporan Akhir Lampiran 4 Kesepakatan Bimbingan Satu Laporan Akhir Lampiran 5 Kesepakatan Bimbingan Dua Laporan Akhir Laporan Akhir xv