1.1. Latar Belakang

BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pencahayaan memberikan keamanan, keindahan, dan kenyamanan pada
lingkungan binaan. Tanpa pencahayaan yang baik, manusia sebagai makhluk
hidup tidak maksimal menggunakan indera penglihatan untuk melakukan
pekerjaan atau kegiatannya, contohnya pada aktivitas perdagangan.
Para pedagang di Indonesia yang berjualan pada malam hari
menggunakan berbagai macam jenis lampu untuk pencahayaan. Pada
pengamatan yang penulis lakukan di wilayah sekitar Universitas Bina
Nusantara, Jakarta Barat, diketahui lampu yang digunakan oleh pedagang kaki
lima, kebanyakan adalah lampu fluorescent dan pijar dengan sumber listrik AC
yang berasal dari sambungan kabel tiang listrik yang disalurkan ke tempat
dimana pedagang berjualan. Berbeda dengan pedagang kaki lima, pedagang
keliling serta pedagang keliling yang merangkap sebagai pedagang kaki lima,
menggunakan lampu yang lebih bervariasi. Lampu-lampu yang digunakan oleh
pedagang seperti ini diantaranya adalah petromak, lampu minyak tanah, LED
(Light Emitting Diode) portabel, dan lampu fluorescent.
Memperhatikan penggunaan lampu petromak dan lampu minyak tanah
yang menggunakan minyak tanah sebagai sumber energi lampu, tentunya
tampak ketidakpedulian terhadap krisis minyak bumi di Indonesia mengingat
jenis sumber daya alam ini sulit untuk diperbarui. Tingginya harga minyak
tanah kisaran Rp. 13.000,- per liter untuk pemakaian satu hari tidak efisien jika
dibandingkan dengan total energi cahaya yang dipancarkan dari jenis lampu
petromak. Hasil pengukuran terhadap lampu petromak hanya menghasilkan
efficacy penerangan sebesar 1,45 lm/W, dengan penerangan total dari lampu
sebesar 2063,765 lumen dan besarnya daya rata-rata yang dihasilkan setiap jam
sebesar 1420 watt (Achyar, 1985). Efisiensi lampu petromak berdasarkan
perbandingan dengan nilai efficacy 683.002 lm/W adalah 0,2%. Lampu
petromak memiliki kaos lampu sebagai pemancar cahaya yang mengandung
Thorium. Pencemaran radioaktif limbah thorium yang ditimbulkan dari pabrik
1
2
kaos lampu petromak membuat penggunaan lampu petromak sudah tidak
relevan lagi (Aisyah, 2011:455).
Penggunaan lampu listrik seperti lampu pijar dan lampu fluorescent
memiliki efisiensi pencahayaan yang lebih besar dibandingkan lampu bukan
listrik. Efficacy lampu pijar rata-rata dibawah 18 lm/W, sedangkan untuk
lampu fluorescent bisa mencapai 100 lm/W lebih. (Azevedo, Morgan, &
Morgan, 2009:482). Lampu pijar memiliki waktu hidup pendek dengan salah
satu faktornya dikarenakan panas yang dihasilkan oleh disipasi daya lampu ini
cukup tinggi, sehingga sejumlah negara mulai mengurangi dan membatasi
peredaran lampu ini sebagai penerangan. Lampu fluorescent mempunyai waktu
hidup yang lebih lama serta memiliki efisiensi pencahayaan yang lebih besar
daripada lampu pijar, namun lampu ini mengandung merkuri, racun yang
berbahaya bagi manusia.
Perkembangan teknologi lampu LED menciptakan banyak keuntungan
dibandingkan lampu-lampu yang sudah ada sebelumnya, sehingga lampu jenis
ini masuk dalam daftar lampu masa depan. Sekarang ini, lampu LED memiliki
efficacy yang dapat bersaing dengan lampu fluorescent, bahkan bisa lebih
besar. Jenis lampu LED portabel yang digunakan pedagang kaki lima dapat
dimaksimalkan dengan penambahan fitur serta perubahan beberapa komponen
sistem. Perubahan ini berpotensi menambah kenyamanan dalam penggunaan,
mengurangi biaya pemeliharaan, dan menghemat pemakaian baterai.
Sistem penerangan dengan LED pada dasarnya memiliki tiga hal yang
perlu diperhatikan, yaitu pengaturan listrik, pengaturan suhu, dan optik. LED
memiliki spesifikasi tingkat arus tertentu untuk mendapatkan tingkat kecerahan
maksimal, sehingga LED harus dikendalikan oleh sumber arus yang konstan.
Ada beberapa metode pengaturan arus untuk LED yang dapat digunakan yaitu
buck converter, boost converter, dan buck/boost converter. Terdapat
kemungkinan peningkatan kinerja untuk mendapatkan keuntungan yang lebih
banyak dari penggunaan lampu LED atau solid state lighting. Salah satu
caranya dengan menemukan metodologi lain untuk menggantikan buck boost
converter dan PWM (Pulse Width Modulation) dimming yang digunakan untuk
mengganti duty cycle guna merubah terang-redup intensitas cahaya LED sesuai
kebutuhan (Soni, 2012:242). Kebutuhan sistem akan thermal solution baik
3
aktif maupun pasif, juga sangat diperlukan untuk menghilangkan konduksi
panas (MICROCHIP, 2013:3)
Pada penelitian sebelumnya, sudah diimplementasikan metode dimming
pada penerangan ruangan menggunakan LED. Hardware yang digunakan
antara lain : baterai 6,2 Volt sebagai catu daya, transistor BD139 sebagai driver
pengendali dimmer, LED sebanyak 175 buah, dan mikrokontroler AVR
sebagai pengatur duty cycle PWM untuk mengendalikan driver. Sistem yang
digunakan adalah close loop dengan algoritma untuk kendali dimmer
(Masjanuar, Puspita, & Taufiqurrahman, 2011). Penelitian mengenai
pencahayaan berikutnya mengimplementasikan metode buck+boost converter
untuk rangkaian charge controller baterai aki dan boost converter untuk LED
driver. Digunakan 15 buah high power LED sebagai output yang masingmasing LED dialiri 350mA yang mampu memberikan illuminance sebesar 4
lux pada ketinggian 10-11 meter. (Shuwanto, Josses, Winardi, & Atmadja,
2013:6).
Berdasarkan kebutuhan akan efisiensi pencahayaan, lampu yang ramah
lingkungan, dan kualitas pencahayaan yang baik, maka diperlukan suatu
rancangan lampu LED portabel sebagai pilihan teknologi pencahayaan masa
depan yang akan dikembangkan dalam tugas akhir ini. Penulis akan
mengimplementasikan metode synchronous buck converter untuk LED driver
dengan sistem closed loop dan mengintegrasikan rangkaian charge controller
baterai didalamnya.
1.2. Masalah
a. Masih
banyaknya
penggunaan
lampu
konvensional
untuk
pencahayaan luar ruang yang digunakan pedagang.
b. Lampu LED memerlukan sistem penggunaan daya yang efektif dan
efisien sehingga dapat memancarkan jumlah cahaya maksimal dengan
disipasi daya seminimal mungkin sehingga dapat digunakan pedagang
kaki lima dan pedagang keliling sebagai alternatif pilihan untuk
pencahayaan berkualitas dalam berdagang.
c. Dibutuhkan suatu sistem pengisian baterai untuk jenis baterai yang
tepat, sehingga cocok diintegrasikan dengan sistem lampu portabel.
4
1.3. Formulasi Masalah
a. Adakah perbedaan signifikan dari efficacy antara lampu yang sudah
diproduksi dibandingkan lampu LED portabel yang akan dirancang
penulis.
b. Berapa besar pengaruh efisiensi terhadap penggunaan baterai
c. Berapa besar pengaruh ketidakstabilan arus dan suhu lampu terhadap
life time lampu
d. Berapa besar kapasitas baterai yang cocok untuk digunakan sebagai
catu daya lampu agar mampu menyala dengan baik selama beberapa
jam
e. Apakah biaya pemeliharaan lampu LED portabel yang sudah beredar
di pasaran, lebih tinggi dari rancangan lampu LED portabel ini
f. Bagaimana pengaruh metode synchronous buck converter terhadap
kehandalan sistem
g. Siapa target sasaran yang akan menjadi mayoritas konsumen atau
pengguna lampu LED portabel ini
h. Mengapa diperlukan fitur dimming pada lampu portabel
1.4. Ruang Lingkup
Perancangan
difokuskan
pada
implementasi
pengendalian
LED
menggunakan DC-DC converter serta pengintegrasian sistem pengisian baterai,
kemudian baterai tersebut akan digunakan untuk menyalakan lampu LED.
Jumlah LED untuk lampu yang digunakan sebanyak 45 buah. LED yang
dipakai adalah LED wide-beam dan tidak menggunakan high power LED.
Prototype yang dihasilkan berupa lampu LED yang minimal dapat digunakan
guna pencahayaan untuk pedagang kaki lima dengan kemampuan menyala
minimal hingga 7 jam, serta charger baterai yang mampu memberikan
tegangan yang dibutuhkan baterai supaya tidak overcharge dan mengalami
kenaikan suhu.
1.5. Tujuan Perancangan
Tujuan dari perancangan ini adalah untuk menciptakan lampu portabel
beserta sistem pengisian baterai dengan kualitas baik, ramah lingkungan, dan
ekonomis dengan pemanfaatan energi secara maksimal untuk pencahayaan
5
agar baterai lebih tahan lama, sehingga mampu bersaing dengan lampu
portabel yang sudah ada di pasaran maupun beragam lampu yang digunakan
para pedagang.
1.6. Tinjauan Pustaka
Pada penelitian sebelumnya didapatkan beberapa hasil yaitu :
a. MOSFET dan LED menghasilkan panas, dibutuhkan heatsink pada
komponen tersebut utuk menyerap panas (Soni, 2012).
b. Besar illuminance yang diukur menggunakan luxmeter dengan
kondisi nyala 100% pada jarak 25 cm adalah 354,2 lux (Masjanuar,
Puspita, & Taufiqurrahman, 2011).
c. Efisiensi LED driver menggunakan boost converter dapat mencapai
91,9% dengan arus yang dapat dijaga konstan sebesar 1,05 ampere
(Shuwanto, Josses, Winardi, & Atmadja, 2013).