PEMANFAATAN ENERGI MATAHARI MENGGUNAKAN SOLAR

PEMANFAATAN ENERGI MATAHARI MENGGUNAKAN SOLAR CELL SEBAGAI ENERGI
ALTERNATIF UNTUK MENGGERAKKAN KONVEYOR
M. Helmi F. A. P.1, Epyk Sunarno2, Endro Wahjono2
Mahasiswa Teknik Elektro Industri1, Dosen Elektro Industri PENS-ITS2
Teknik Elektro Industri, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
Kampus ITS Sukolilo Surabaya 60111
Telp (+62) 031-59447280 .Fax (+62) 031-5946114
Email: [email protected]
ABSTRAK
Energi surya merupakan sumber energi terbarukan yang ketersediaannya tidak terbatas. Untuk mendapatkan
energi listrik yang berasal dari matahari diperlukan panel surya sehingga energi cahaya dari matahari dapat berubah
menjadi energi listrik. Energi surya yang dihasilkan oleh panel surya 50 WP berkisar antara 17 Volt – 24 Volt. Agar
bisa mendapatkan tegangan yang diperlukan untuk mengisi accu 48 Volt diperlukan accu 4 buah dengan tegangan 12
volt 36 AH dan 3 buah solar cell untuk dapat mengisi penuh accu yang tersedia. Untuk mendapatkan tegangan
penggerak konveyor digunakan trafo step-up untuk menaikkan tegangan menjadi 220 Volt yang sudah diubah menjadi
tegangan AC melalui inverter 1 phasa, tujuan dari proyek akhir ini adalah merancang sistem pengendalian pengaturan
kecepatan melalui input dari keypad berbasis mikrokontroler ATMEGA16. Pengaturan kecepatan ini memiliki batasan
tegangan masukan dari trafo step-up dengan tujuan untuk mengantisipasi energi alternatif jika tidak dapat menjalankan
sistem akan langsung mendapatkan tegangan masukan dari PLN untuk menjalakan sistem.
Kata kunci: solar cell, accu, inverter, ATMEGA16
1.
di Kawasan Barat Indonesia (KBI) sekitar 4,5
kWh/m 2 /hari dengan variasi bulanan sekitar
10%; dan di Kawasan Timur Indonesia (KTI)
sekitar 5,1 kWh/m 2 /hari dengan variasi
bulanan sekitar 9%. Dengan demikian, potensi
angin rata-rata di Indonesia sekitar 4,8 kWh/m
1
2 /hari dengan variasi bulanan sekitar 9% .
PENDAHULUAN
Pertumbuhan penduduk yang terus
meningkat mengakibatkan kebutuhan energi
pun terus bertambah. Hal ini bertolak
belakang dengan ketersediaan energi fosil
yang selama ini menjadi bahan bakar utama
yang semakin menipis, energi fosil ini sendiri
adalah energi yang tidak dapat diperbaharui
karena membutukan waktu yang sangat lama
dalam pembentukkannya.
Untuk memenuhi kebutuhan energi yang
terus
meningkat,
pemerintah
terus
mengembangkan berbagai energi alternatif, di
antaranya energi terbarukan. Potensi energi
terbarukan, seperti biomassa, panas bumi,
energi surya, energi air, dan energi angin
sampai saat ini belum banyak dimanfaatkan,
padahal potensi energi terbarukan di
Indonesia sangat besar.
Terkait dengan energi surya, sebagai
negara tropis Indonesia mempunyai potensi
energi surya yang cukup besar. Berdasarkan
data penyinaran matahari yang dihimpun dari
18 lokasi di Indonesia, radiasi surya di
Indonesia dapat diklasifikasikan berturut-turut
sebagai berikut: untuk kawasan barat dan
timur Indonesia dengan distribusi penyinaran
Dalam proyek akhir ini, energi matahari
dimanfaatkan sebagai energi alternatif pada
konveyor. Energi matahari akan diubah menjadi
energi listrik menggunakan sel surya
untuk
selanjutnya disimpan dalam battery atau accu.
Energi dari accu digunakan dalam inverter yang
berfungsi mengubah tegangan DC menjadi
gelombang sinus untuk selanjutnya tegangan akan
dinaikkan
dengan
trafo
step-up
untuk
menggerakkan konveyor.
1.1.
Tujuan
Tujuan dari proyek akhir ini adalah
memanfaatkan energy maatahari dalam sistem sel
surya yang digunakan sebagai tenaga alternatif
untuk menggerakkan konveyor sehingga bisa
diketahui penghematan daya yang dipakai jika
dibandingkan dengan menggunakan daya dari
PLN.
1
http://www.esdm.go.id/news-archives/56-artikel/3347pemanfaatan-energi-surya-di-indonesia.html
1
1.2.
1.
2.
3.
Batasan Masalah
Perancangan
trafo
step-up
untuk
menaikkan tegangan keluaran dari sel
surya sebesar rata-rata 48 volt menjadi
220 volt dengan penyesuaian dari
perhitungan lilitan dan besar diameter
kawat.
Perancangan sensor tegangan yang
digunakan sebagai umpan balik untuk
menentukan pemakaian energy dari PLN
Perhitungan penghematan energi yang
dipakai dengan pemanfaatan energy
alternative dari solar sell.
Jenis transformator : Transformator
step-up
Parameter yang diketahui :
Vp = 48 V
Vs = 220 V
%
Is = 2 A
Efisiensi = 80
Menentukan daya primer dan daya
skunder
Pprimer =
=
2.
= 550 W
PERANCANGAN SISTEM
Menentukan arus primer dan arus
Perancangan sistem meliputi pembuatan
blok diagram kerja sistem yang terdiri dari
sel surya, boost converter, accu, dan beban
pompa air kolam. Blok diagram seperti
ditunjukkan pada gambar 1.1.
skunder
Menentukan Inti Besi (KERN)
Panjanginti (b) :
Gambar 1.1 Diagram blok sistem
Lebar/tinggiintibesi ( h ) :
2.1.
Sel Surya
Pada proyek akhir ini dipilih sel surya
dengan spesifikasi daya maksimum 150W
Luaspenampanginti (A) :
2.2.
Boost Converter
3.2.1.
Transformator
Berat KERN
Berat KERN (dalam gram)
=1,5xDaya primerx7,8
= 1,5 x 550 x 7,8
= 6435 gram
Gambar 3.5 Trafo step-up 48V220V350W
2
Menghitung jumlah lilitan primer dan
skunder
= 1729+864.5
Lilitan primer :
= 2593.5 cm = 25,94 m ≈ 26 m
Pulse Width Modulation dibangkitkan
dengan cara membandingkan antara sinyal segitiga
dengan sinyal dc. Pengelompokan sinyal
dikerjakan dengan membandingkan sebuah sinyal
referensi PWM dari summing amplifier, dengan
amplitudo gelombang pembawa segitiga. Frekuensi
sinyal pembawa menunjukkan frekuensi dasar
tegangan output.
Lilitan skunder :
Dalam membangkitkan teknik Switching
Pulse Width Modulation, harus direncanakan
dahulu kondisi ON dan OFF ( kondisi switching)
sinyal drive mosfet tersebut. Untuk periode ON
dan OFF adalah sama lamanya yaitu setengah dari
periode untuk masing – masing frekuensi.
Menentukan ukuran kawat tembaga
(AWG)
Diameter kawat primer (
):
Dalam hal ini, untuk membangkitkan
metode switching PWM
untuk mengetahui
kondisi high dan low switching pada mosfet.
Kondisi penyulutan empat mosfet tersebut terlihat
pada table 3.4.
Diameter kawat skunder ( ) :
Tabel 3.10 Kondisi Penyulutan
State
Vout put
Maka ukuran kawat yang digunakan
adalah 3 mm untuk lilitan primer dan 0,5
Mosfet 1,4 ON dan Mosfet 2,3 OFF
Vs
Mosfet 1,4 OFF dan Mosfet 2,3 ON
- Vs
mm untuk lilitan skunder
Total kawat AWG yang diperlukan :
Keliling Bobin Inti Induktor
=
= 13 cm
JikaToleransiPanjangKawat = 50%
Panjang Kawat Primer
Gambar 3.22. Gelombang Drive Mosfet
(Volt/div=5V;Time/div=10ms)
Gambar simulasi dari rangkaian inverter 1
phasa adalah:
= 10816+5408 cm
= 16224 cm = 162,24 m ≈ 162 m
3
Dalam perhitungan Vin yang digunakan 220
volt AC dan Vout yang diharapkan adalah 4
volt AC, sehingga:
Gambar 3.4 Keluaran Penyultan Mosfet 1
dan 4
Ditetapkan terlebih dahulu R1=680K , maka:
Gambar 3.4 Keluaran Penyultan Mosfet 2
dan 3
Maka R2 yang digunakan adalah 10K dan
5
K karena keterbatasan variasi nilai
komponen.
Daya resistor pembagi tegangan:
Gambar 3.4 Keluaran Inverter satu fasa
jembatan penuh penuh
2.3
Sensor Tegangan
Voltage divider ini digunakan sebagai
sensor tegangan yang dimasukkan ke dalam
ADC mikrokontroler. Dari tegangan keluaran
trafo 220 Volt dibagi menjadi tegangan dengan
nilai akhir 4 Volt DC. Sensor tegangan
menggunakan resistor pembagi tegangan
dipasang secara paralel antara phasa dengan
netral. Penggunaan resistor tidak merubah
harga beda. Secara umum rangkaian pembagi
tegangan ditunjukkan oleh Gambar 3.14
berikut ini:
Daya resistor yang digunakan
watt.
Gambar 3.6 Hardware sensor tegangan
Gambar 3.14 Sensor tegangan dengan
pembagi tegangan
3
4
3.
PENUTUP
3.1
Kesimpulan
Berdasarkan data-data yang diperoleh dari
semua pengujian yang telah dilakukan dapat
disimpulkan :
1.
Keluaran tegangan dari system tidak bisa
mencapai seperti yang diharapkan 220 V,
keluaran tegangan
maksimal system
hanya 172V dikarenakan drop tegangan
pada sisi trafo.
2.
Pemilihan Beban motor pompa tidak tepat
karena memiliki kecepatan yang baik tapi
dengan
torsi
kecil
sehingga
mengakibatkan motor panas dan arus
berlebih pada system.
3.
Perbandigan gear 2:1 pada pengkopelan
motor dengan konveyor masih kurang
untuk meringankan putaran motor.
4.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
DAFTAR PUSTAKA
Afif, Salakhudin, “Rancang Bangun
Inverter Satu Fase Sebagai Daya
Cadangan Rumah Tangga”, Tugas Akhir,
Teknik Elektro Industri, PENS-ITS, 2007
Umar Hisbullah,” RANCANG BANGUN
PENGUBAH DC KE AC (INVERTER)
PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
ANGIN (PLTA)”, Proyek Akhir, 2007
Bose,Bimal K.,”Modern power electronic
and AC drives ”, Prentice Hall PTR, 2002
Muhammad
H.
Rhasid,
“POWER
ELECTRONICS: CIRCUITS, DEVICE,
AND APPLICATIONS, 2ND ED.”,PT
Prenhallindo,Jakarta,1999
M. Zaenal Effendi, “Desain Transformator
Frekwensi Rendah (50 Hz)”
http://elektroindonesia.com/elektro/tutor12
.html
5