prototipe solar dryer portable untuk rumput laut dengan plts berbasis
advertisement
PROTOTIPE SOLAR DRYER PORTABLE UNTUK RUMPUT LAUT DENGAN PLTS BERBASIS MIKROKONTROLER SKRIPSI Oleh EKO WARSIYANTO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2015 ABSTRACT PROTOTYPE PORTABLE SOLAR DRYER FOR SEAWEED WITH PLTS IN BASE MICROCONTROLLER By EKO WARSIYANTO Utilization of natural resources on oceans potential has not been utilized maximally. One of the way to improve the quality of seaweed production is by reducing water containt with drying process. Drying process should be able to reduce water containt at least to the maximum value of quality standard. Obviously it will directly influence itself. Solar Dryer System that has been made is using heater suchincandescent light, two batteries as solar cell energy storage. BCR is used as a control when charging the battery. While microcontroller is used for switching heater process. Result showed the difference among natural drying/opened and solar drying. Final value of water content after dried using solar drying is less than natural drying. So the temperature in solar drying is higher than natural drying. It showed a better efectifity when using solar drying compared to natural drying methods. Keywords: Seaweed, Solar Dryer, PLTS, Battery, Microcontroller. ABSTRAK PROTOTIPE SOLAR DRYER PORTABLE UNTUK RUMPUT LAUT DENGAN PLTS BERBASIS MIKROKONTROLER Oleh EKO WARSIYANTO Pemanfaatan potensi sumber daya alam terutama lautan belum dimanfaatkan secara maksimum. Salah satu upaya untuk meningkatkan kualitas produksi rumput laut adalah dengan mengurangi kadar air yaitu dengan pengeringan. Pada proses pengeringan harus mampu menurunkan kadar air minimal sampai batas maksimal kadar air yang memenuhi standar mutu. Hal ini tentunya akan berpengaruh langsung terhadap kualitas, mutu serta daya jual dari rumput laut itu sendiri. Sistem Solar Dryer yang dibuat menggunakan Heater berupa lampu pijar, dua buah baterai untuk menyimpan energi dari PLTS. BCR digunakan sebagai kontrol saat pengecasan baterai. Mikrokontroler digunakan untuk proses switching heater. Berdasarkan pengujian yang dilakukan menunjukkan perbedaan antara pengeringan alami/terbuka dengan pengeringan solar dryer. Nilai kadar air akhir rumput laut setelah dikeringkan dengan pengeringan solar dryer lebih rendah daripada pengeringan alami. Lalu suhu pengeringan di dalam solar dryer lebih tinggi daripada suhu pengeringan alami. Ini menunjukkan tingkat efektifitas yang lebih baik ketika menggunakan solar dryer daripada menggunakan pengering alami. Kata Kunci: Rumput Laut, Solar Dryer, PLTS, Baterai, Mikrokontroler. PROTOTIPE SOLAR DRYER PORTABLE UNTUK RUMPUT LAUT DENGAN PLTS BERBASIS MIKROKONTROLER Oleh EKO WARSIYANTO Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK Pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2015 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Gumpang, Jawa Tengah pada tanggal 22 Mei 1988, sebagai anak pertama dari lima bersaudara, dari Bapak Sriyanto dan Ibu Warsinah. Pendidikan Taman Kanak-Kanak diselesaikan di TK Dharma Wanita Gumpang Solo diselesaikan Pada tahun 1994, Sekolah Dasar diselesaikan di SDN 2 Pinang Jaya Bandar Lampung pada tahun 2000, Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama di SLTPN 14 Bandar Lampung diselesaikan pada tahun 2003, dan Sekolah Menengah Kejuruan di SMKN 2 Bandar Lampung diselesaikan pada tahun 2006. Penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui jalur SNMPTN (Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri) pada tahun 2008. Selama menjadi mahasiswa penulis pernah menjadi asisten Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi Universitas Lampung. Penulis pernah terdaftar sebagai anggota Departermen Informasi dan Komunikasi pada tahun 2009-2011 Forum Silaturahmi dan Studi Islam Fakultas Teknik (FOSSI-FT), anggota Departemen Pendidikan dan Pengkaderan (Dikder) pada tahun 2009-2010, dan sebagai Kepala Departemen Kerohanian pada tahun 20102011 Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro Universitas Lampung (HIMATRO). Pada semester 5 penulis memilih konsentrasi Sistem Energi Elektrik (SEE) sebagai fokus dalam perkuliahan dan penelitian. viii Pada bulan September tahun 2011, penulis melaksanakan kerja praktik di PLTA Batu Tegi pada bagian operasi dan pemeliharaan (Har Listrik). Pada saat kerja praktik penulis membuat laporan berjudul tentang “Karakteristik Transformator Tiga Fasa 150 KV Unit 1 di PLTA Batu Tegi”. . DENGAN KERENDAHAN HATI YANG TULUS KUPERSEMBAHKAN SEBUAH KARYA INI UNTUK : Bapak dan IBUKU TERCINTA; SRIYANTO & WARSINAH ADIK-ADIKKU TERSAYANG; DWI WARTONO JUNAIDI FITRI OKTA SETIANINGSIH ANTON CAHYONO MOTtO “...sesungguhnya allah tidak merubah keadaan sesuatu kaum sehingga mereka merubah keadaan yang ada pada diri mereka sendiri...” (qs. Ar-ra’d : 11) “Man jadda wa jadda” “sebaik-baik manusia adalah yang paling bermanfaat bagi manusia lainnya” “kita berdoa kalau kesusahan dan membutuhkan sesuatu,mestinya kita juga berdoa dalam kegembiraan besar dan saat rezeki melimpah.” (kahlil gibran) “jangan lihat masa lampau dengan penyesalan, jangan pula lihat masa depan dengan ketakutan, tapi lihat sekitar anda dengan penuh kesadaran.” SANWACANA Alhamdulillahirobbal’alamin, Segala puji bagi Allah SWT. yang selalu melimpahkan rahmat, taufiq dan hidayahNya kepada penulis, sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini dan semoga selaku muslim kita dapat mengikuti serta menteladani pola kehidupan Nabi dan para sahabatnya sampai akhir zaman kelak. Skripsi dengan judul “Prototipe Solar Dryer Portable Untuk Rumput Laut Dengan PLTS Berbasis Mikrokontroler” merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung. Penulis dengan senang hati menerima kritik dan saran yang bersifat membangun bila terdapat kekurangan dalam tugas akhir ini. Selama perkuliahan dan penelitian, penulis banyak mendapatkan pengalaman yang sangat berharga. Penulis juga telah mendapat bantuan baik moril, materil, bimbingan, petunjuk serta saran dari berbagai pihak baik secara langsung maupun tidak langsung. Untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Suharno, M.Sc. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung. xii 2. Bapak Dr. Ing. Ardian Ulvan, M.Sc. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung. 3. Bapak. Dr. Herman Halomoan Sinaga, S.T., M.T. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung. 4. Bapak Herri Gusmedi, S.T., M.T. selaku Pembimbing Akademik. 5. Ibu Dr. Eng. Dikpride Despa, S.T., M.T. selaku Pembimbing Utama atas kesediaannya meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan, ilmu yang bermanfaat, dukungan moral, saran dan kritik dalam proses penyelesaian tugas akhir ini. 6. Ibu Dr. Eng. Dewi Agustina Iryani, S.T., M.T. selaku Pembimbing Kedua atas kesediaannya untuk memberikan bimbingan, saran dan kritik yang sangat membangun dalam proses penyelesaian tugas akhir ini. 7. Bapak Ir. Noer Soedjarwanto, M.T. selaku Penguji Utama tugas akhir. Terima kasih atas cerita, pengalaman yang bermanfaat, serta saran dan kritik yang membangun sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. 8. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung atas pengajaran dan bimbingannya yang diberikan selama ini kepada penulis. 9. Mbak Ning dan Mas Daryono atas semua bantuannya menyelesaikan urusan administrasi di Teknik Elektro Universitas Lampung selama ini. 10. Kedua orang tua penulis, Ibu Warsinah dan Bapak Sriyanto tercinta yang tidak pernah berhenti memberikan doa’, dukungan, dan kasih sayang tiada akhir. 11. Adik-Adik penulis, Dwi Wartono, Junaidi, Fitri Okta Setia Ningsih, dan Anton Cahyono yang selalu memberikan motivasi, dukungan moril-materil kepada penulis serta seluruh keluarga besar penulis yang tidak dapat xiii disebutkan satu persatu, atas segala kasih sayang, perhatian, dan dukungan selama penulis menyelesaikan kuliah. 12. Seluruh Teman - teman 2008 yang sudah terlebih dahulu mendapatkan gelar sarjana, terimakasih atas semangat yang kalian tularkan. 13. Teman - teman 2008 yang sedang berjuang mendapatkan gelar sarjana, Kholil, Arya, Rahmatullah, dan Aferdi, terimakasih atas semua bantuan, kesabaran, dan cerita yang ada. 14. Mutiara-mutiara kebanggaan Teknik Elektro UNILA 2008, Anisa, Ayu, Barokatun, Novia, Palupi, Prativi, Rita, Yuly. 15. Teman-teman Seperjuangan Lab. Teknik Tegangan Tinggi, Ahmad Khumaidi, Giri woryanto, Yudhi Wiranata, yang senantiasa memberi Bantuan, semangat dan motivasi luar biasa bagi penulis. 16. Teman-teman Pelangi Enol Lapan, Nora, Olil, Ade Wahyu, Indra, Bambang, Rizky, Taufik, Perdana, Firman, Pujo, Reza, Cipo, Novri, Sigit, Arif, Aris, Adam, Sate, atas kebersamaan dalam mewarnai kehidupan siang malam berjuang menggapai impian. 17. Teman-teman Lorong Perjuangan, sofyan, Haki, Kiki, Budi, Penceng, Oka, Andre. 18. Teman-teman asisten Lab. Pengukuran Besaran Elektrik 19. Seluruh penghuni Laboratorium Terpadu Teknik Elektro Universitas atas kebersamaan dalam mewarnai kehidupan siang malam berjuang menggapai impian. 20. Keluarga besar Teknik Elektro yang luar biasa. xiv 21. Semua pihak yang telah membantu serta mendukung penulis dari awal kuliah hingga terselesaikannya tugas akhir ini yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Semoga kebersamaan ini membawa kebaikan, keberkahan, kemurahan hati, serta bantuan dan do’a yang telah diberikan seluruh pihak akan mendapatkan balasan yang setimpal dari Allah SWT dan semoga kita menjadi manusia yang berguna dan berkembang. Penulis menyadari bahwa skripsi ini tidak terlepas dari kesalahan dan jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu masukan serta saran dan kritik yang membangun sangat penulis harapkan demi perbaikan dimasa yang akan datang. Akhirnya, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Aamiin. Bandar Lampung, 23 Desember 2015 Penulis, Eko Warsiyanto DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK.... ........................................................................................................ i HALAMAN JUDUL............................................................................................. iii HALAMAN PERSETUJUAN .............................................................................. iv HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... v SURAT PERNYATAAN...................................................................................... vi RIWAYAT HIDUP ............................................................................................... vii HALAMAN PERSEMBAHAN ........................................................................... ix MOTTO........ ........................................................................................................ x SANWACANA ..................................................................................................... xi DAFTAR ISI ......................................................................................................... xv DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... ...xviii DAFTAR TABEL ............................................................................................ ... xx BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ...................................................................................... 1 1.2. Tujuan Penelitian .................................................................................. 3 1.3. Manfaat Penelitian ................................................................................ 3 1.4. Rumusan Masalah................................................................................. 4 1.5. Batasan Masalah ................................................................................... 4 1.6. Hipotesis.... ........................................................................................... 4 1.7. Sistematik Penulisan ............................................................................. 5 xvi BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Sel Surya ............................................................................................... 7 2.1.1. Sistem Sel Surya ......................................................................... 7 2.1.2. Konversi Energi Sel Surya .......................................................... 8 2.1.3. Perhitungan Daya Masukan Dan Daya Keluaran........................ 15 2.2. Dasar Sistem Kendali ........................................................................... 17 2.2.1. Sistem Kendali Kalang Terbuka ................................................. 17 2.2.2. Sistem Kendali Kalang Tertutup ................................................. 18 2.3. Solar charge control ............................................................................ 19 2.4. Baterai..... .............................................................................................. 20 2.5. Arduino Mega ....................................................................................... 22 2.5.1. Mikrokontroler Atmega 2560 ..................................................... 24 2.5.2. Software Arduino ........................................................................ 27 2.7. Sensor LM35 ........................................................................................ 29 2.8. Real Time Clock.................................................................................... 30 2.9. Driver Relay ......................................................................................... 32 BAB III. METODE PENELITIAN 3.1. Waktu Dan Tempat ............................................................................... 34 3.2. Alat Dan Bahan .................................................................................... 34 3.3. Prosedur Kerja ...................................................................................... 35 3.4. Metode Penelitian ................................................................................. 41 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Perangkat Keras Dan Pengujian ........................................................... 43 4.1.1. Spesifikasi perangkat keras ......................................................... 43 4.1.2. Driver Relay ................................................................................ 44 4.1.3 Rangkaian RTC ............................................................................ 45 4.1.4. Heater .......................................................................................... 46 4.1.5. LCD ............................................................................................. 46 4.1.6. BCR (Battery Control Regulator ) .............................................. 47 4.1.7. Regulator Tegangan 9 Volt dan 5 Volt ....................................... 48 xvii 4.1.8. Rangkaian Alat keseluruhan ....................................................... 49 4.2. Pengujian Alat ...................................................................................... 50 4.2.1. pengujian sensor Suhu ................................................................ 50 4.2.2. Pengujian Sel Surya .................................................................... 52 4.2.3. Pengujian solar dryer .................................................................. 60 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ........................................................................................... 64 5.2. Saran ..................................................................................................... 64 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Halaman Skema sederhana komponen suatu sel surya yang berdiri sendiri ..................................................................................................... 7 2.2 Sistem sel surya terinterkoneksi dengan jaringan pengguna .................. 8 2.3 Perpindahan Atom .................................................................................. 9 2.4 Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung ................................. 10 2.5 Semikonduktor jenis p dan n disambung ................................................ 11 2.6 Semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor p .............. 11 2.7 Timbulnya medan listrik E ..................................................................... 12 2.8 Susunan sel surya .................................................................................... 13 2.9 terbentuknya pasangan elektron dan hole .............................................. 13 2.10 Pergerakan Elektron................................................................................ 14 2.11 Panel surya .............................................................................................. 16 2.12 Pengndali Kalang Terbuka ..................................................................... 18 2.13 Pengendali Kalang tertutup..................................................................... 19 2.14 Solar Charge Controller ......................................................................... 20 2.15 Baterai ..................................................................................................... 21 2.16 Tampak atas Arduino Mega.................................................................... 22 2.17 Konfigurasi pin board Arduino Mega .................................................... 23 2.18 PDIP Atmega 2560P ............................................................................... 25 2.19 Diagram blog fungsional Atmega 2560 .................................................. 26 2.20 Jendela awal software Arduino............................................................... 28 2.21 Sensor LM35 .......................................................................................... 29 2.22 Pin-pin IC ............................................................................................... 31 2.23 Relay ....................................................................................................... 32 3.1 Diagram perancangan solar dryer .......................................................... 36 3.2 Diagram Alir penelitian .......................................................................... 37 3.3 Diagram Alir prinsip kerja alat ............................................................... 38 3.4 Diagram alir program RTC..................................................................... 39 3.5 Real Time Clock...................................................................................... 40 xix 3.6 Driver Relay............................................................................................ 41 4.1 Driver Relay............................................................................................ 44 4.2 Rangkaian RTC ..................................................................................... 45 4.3 Heater lampu pijar 12VDC .................................................................... 46 4.4 Tampilan LCD ........................................................................................ 46 4.5 Rangkaian BCR pada solar dryer ........................................................... 47 4.6 Regulator Tegangan 9 volt dan 5 volt ..................................................... 48 4.7 Rangkaian Alat keseluruhan ................................................................... 49 4.8 Kalibrasi sensor LM35 ........................................................................... 50 4.9 Perubahan intensitas cahaya matahari pada panel surya ........................ 55 4.10 Perubahan efisiensi pada panel surya ..................................................... 56 4.11 Perubahan tegangan pada panel surya .................................................... 57 4.12 Perubahan arus pada panel surya ............................................................ 58 4.13 Perubahan suhu pada permukaan panel surya ........................................ 59 4.14 Perubahan suhu solar dryer .................................................................... 61 4.15 Hubungan waktu dan penurunan berat pada solar dryer Tanpa heater ........................................................................................... 62 4.16 Hubungan waktu dan suhu pada solar dryer tanpa heater ..................... 62 DAFTAR TABEL Tabel Halaman 4.1 Regulator Tegangan 9 volt dan 5 volt ..................................................... 49 4.2 Hasil Pengukuran kalibrasi sensor LM35 ............................................... 51 4.3 Pengujian panel surya di belakang Laboratorium Terpadu Teknik Elektro ....................................................................................... 52 4.4 Perhitungan pengujian panel surya ditempat pertama ........................... 53 4.5 Pengujian panel surya di Laboratorium Teknik Elektronika dan Laboratorium PBE........ ................................................................... 54 4.6 Perhitungan pengujian panel surya di tempat kedua .............................. 55 4.7 Pengujian Solar Dryer tanpa heater di belakang Laboratorium Terpadu Teknik Eektro ......................................................................................... 4.8 60 Pengujian Solar Dryer tanpa heater di Dusun Kalangan Pulau Pahawang ...................................................................................... 60 I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Indonesia merupakan negara kepulauan yang sebagian besar luas wilayahnya adalah lautan, sehingga disebut sebagai negara maritim. Pemanfaatan potensi sumber daya alam terutama lautan belum dimanfaatkan secara maksimum. Salah satu kekayaan alam yang bisa kita manfaatkan banyak terdapat di perairan. Selain ikan, alternatif hasil laut yang bisa di olah adalah rumput laut. Rumput laut atau yang biasa disebut dengan seaweed merupakan tanaman makro alga yang hidup di laut yang tidak memiliki akar, batang dan daun sejati. Rumput laut termasuk dalam anggota alga ( Tumbuhan memiliki klorofil atau zat hijau daun). Tumbuhan yang hidup di perairan dangkal dan pada umumnya hidup didasar perairan. Rumput laut dibagi menjadi kedalam 4 kelas besar, yaitu rhodophyceae (alga merah), Phaeophyceae (alga coklat), chlorophyceae (alga hijau), dan cyanophyceae (alga biru hijau).[1] Salah satu upaya untuk meningkatkan kualitas produksi rumput laut ialah dengan mengurangi kadar air yaitu dengan pengeringan. Pada proses pengeringan harus mampu menurunkan kadar air minimal sampai batas maksimal kadar air yang memenuhi standar mutu. Hal ini tentunya akan berpengaruh langsung terhadap 2 kualitas, mutu serta daya jual dari rumput laut itu sendiri. Proses pengeringan alami biasanya membutuhkan waktu yang cukup lama karena suhu dan energinya tergantung pada sinar matahari. Selain itu, pengaruh cuaca, musim, serta pergantian siang dan malam membuat proses ini semakin terbatas. Apabila kondisi cuaca tidak mendukung maka kadar air semakin bertambah tinggi sehingga dapat menjadi media pertumbuhan kapang dan jamur. Terlebih lagi jika penjemuran dilakukan di tempat terbuka. Hal ini akan memicu hadirnya kontaminan-kontaminan yang menurunkan kualitas produk rumput laut, seperti debu, kotoran maupun benda-benda asing yang tak diinginkan. [2] Berdasarkan permasalahan tersebut maka diperlukan adanya suatu upaya pengembangan teknologi yang efisien, efektif serta tepat guna dalam pengeringan rumput laut yaitu dengan menggunakan alat solar dryer portable sumber suplai beban dengan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) berbasis mikrokontroler. Upaya ini diharapkan mampu menurunkan kadar air sesuai standarnya, dengan proses pengeringan yang lebih cepat, tidak tergantung hanya pada energi sinar matahari, cuaca serta iklim daerah setempat. Oleh karena itu diperlukan adanya suatu kombinasi energi dalam proses pengeringan rumput laut dan pengurangan kontaminasi dari benda-benda asing, sehingga akan diperoleh rumput laut kering yang mempunyai kualitas tinggi. PLTS dengan sistemnya yang modular dan mudah dipindahkan serta bersifat bersih dan ramah lingkungan merupakan salah satu solusi yang dapat dipertimbangkan sebagai salah satu pembangkit listrik alternatif. Alasan lain 3 pemilihan PLTS sebagai pembangkit listrik alternatif ialah Indonesia mempunyai sumber energi surya yang berlimpah dengan intensitas radiasi matahari rata-rata sekitar 4,8 kW/m2 per hari di seluruh wilayah, karena letak Indonesia yang berada di garis katulistiwa.[3] 1.2. Tujuan Penelitian Tujuan yang diharapkan dari penelitian ini yakni : 1. Merancang dan merangkai solar dryer menggunakan sumber energi dari matahari langsung yang dikombinasikan dengan PLTS. 2. Merangkai switching otomatis solar dryer berdasarkan perubahan temperatur. 1.3. Manfaat Penelitian Manfaat yang diharapkan dari pembuatan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Dapat dihasilkan sistem switching otomatis solar dryer berdasarkan perubahan temperatur, untuk memaksimalkan pengeringan rumput laut. 2. PLTS dapat digunakan sebagai sumber energi utama dalam menjaga temperatur pada solar dryer. 4 1.4. Rumusan Masalah Rumusan masalah pada tugas akhir ini adalah bagaimana membuat solar dryer dapat beroperasi menggunakan sumber tegangan dari PLTS, serta bagaimana membuat Switching otomatis solar dryer berdasarkan perubahan temperaturnya menggunakan mikrokontroler. 1.5. Batasan Masalah Beberapa hal yang menjadi batasan masalah dalam tugas akhir ini adalah : 1. Sistem pengendalian utama dari alat menggunakan mikrokontroler ATMega 2560. 2. PLTS sebagai sumber energi pengisian baterai. 3. Indikator yang ditampilkan pada LCD hanya besar temperatur di area solar dryer. 1.6. Hipotesis Solar dryer menggunakan energi cahaya matahari langsung sebagai sumber energi untuk pengeringan rumput laut. PLTS dapat menjadi sumber energi tambahan pada pengoperasian Solar dryer. Diharapkan dengan mengkombinasikan antara energi cahaya matahari dan PLTS bisa mengoptimalkan kinerja Solar dryer. PLTS dapat mengisi baterai secara maksimal sehingga energi listrik yang tersimpan pada baterai dapat mengaktifkan mikrokontroler, kipas dan heater. Lampu Pijar DC dapat digunakan untuk heater. 5 Mikrokontroler dapat digunakan sebagai Switching otomatis dan kontrol suhu pada Solar dryer. Battery charge controller pada PLTS dapat menjaga usia pakai baterai dengan kendali pengisian yang tepat, yakni menghentikan proses pengisian ketika baterai sudah terisi penuh dan untuk mensuplai energi listrik ke Solar dryer ketika dibutuhkan serta untuk memulai pengisian kembali ketika baterai hampir kosong. Indikator pada alat dapat menunjukkan besar temperatur didalam area Solar dryer. 1.7. Sistematik Penulisan BAB I PENDAHULUAN Menjelaskan tugas akhir secara umum, berisi latar belakang, tujuan, manfaat penelitian, batasan masalah, perumusan masalah, hipotesis dan sistematika penulisan. BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pada bab ini menjelaskan secara umum tentang teori dasar yang behubungan dengan peralatan yang akan dibuat, Serta hal-hal yang berhubungan dengan aplikasi alat. BAB III METODE PENELITIAN Dimana berisi tentang Langkah-langkah yang akan dilakukan dalam penelitian, Diantaranya waktu dan tempat penelitian, Alat dan bahan, Komponen dan perangkat penelitian, Prosedur kerja dan perancangan serta Metode penelitian. 6 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Bagian yang berisi hasil dari pengujian dan menganalisis kerja alat. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Berisi tentang satu kesimpulan yang diperoleh dari pembuatan dan pengujian, Serta saran-saran untuk pegembangan penelitian lebih lanjut. DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Sel Surya 2.1.1. Sistem Sel Surya Sel surya adalah suatu teknologi yang dapat mengubah energi sinar matahari secara langsung menjadi energi listrik. Sel surya ini banyak digunakan untuk penyediaan tenaga lsitrik bagi penerangan, pompa air, telekomunikasi dan lain sebagainya. Pemanfaatan sistem sel surya sebagai pembangkit tenaga listrik tersebut telah banyak diterapkan baik yang menghasilkan daya rendah maupun yang berdaya tinggi. Sistem sel surya bila tinjau dari daya keluarannya dapat dibagi menjadi: 1.Sistem yang berdiri sendiri Array sel surya Pengatur tegangan Beban AC Sistem penyimpanan energi Beban DC Inverter Gambar 2.1. Skema sederhana komponen suatu sel surya yang berdiri sendiri.[4] Gambar 2.1 memperlihatkan desain pembangkit listrik tenaga surya yang berdiri 8 sendiri tidak memperhatikan sumber energi luar selain energi radiasi matahari dan generator sebagai pembangkit darurat. Sistem yang berdiri sendiri dapat mensuplai beban DC maupun beban AC dengan menggunakan inverter. 2. Sistem yang terinterkoneksi dengan jaringan pengguna PLN Array BCR Inverter Switch Controller Baterai Beban Gambar 2.2 Sistem sel surya terinterkoneksi dengan jaringan pengguna [4] Sistem sel surya yang terinterkoneksi dengan jaringan pengguna diperlihatkan dalam gambar 2.2, kelebihan beban yang tidak dapat disuplai oleh sel surya akan disuplai oleh jaringan. Sebaliknya, jika kondisi cuaca sangat baik serta permintaan beban berkurang, maka kelebihan energi listrik yang dihasilkan oleh sel surya akan ditampung oleh jaringan pengguna.[4] 2.1.2. Konversi Energi Sel Surya Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini dimungkinkan karena bahan material yang menyusun sel surya berupa semikonduktor. Lebih tepatnya tersusun atas dua jenis semikonduktor ; yakni jenis n dan jenis p.[5] Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang memiliki kelebihan 9 elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n = negatif). Sedangkan semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut dengan p (p = positif) karena kelebihan muatan positif. Caranya, dengan menambahkan unsur e (elektron) lain kedalam semikonduktor, maka jenis semikonduktor tersebut dapat dikontrol, sebagaimana diilustrasikan pada gambar di bawah ini. Gambar 2.3 Perpindahan atom[5] Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan panas semikonduktor alami. Di dalam semikonduktor alami (disebut dengan semikonduktor intrinsik) ini, elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama. Kelebihan elektron atau hole dapat meningkatkan daya hantar listrik maupun panas dari sebuah semikoduktor.[5] Misal semikonduktor intrinsik yang dimaksud ialah silikon (Si). Semikonduktor jenis p, biasanya dibuat dengan menambahkan unsur boron (B), alumunium (Al), galium (Ga) atau Indium (In) ke dalam Si. Unsur-unsur tambahan ini akan menambah jumlah hole. Sedangkan semikonduktor jenis n dibuat dengan menambahkan nitrogen (N), fosfor (P) atau arsen (As) kedalam Si. Dari sini, tambahan elektron dapat diperoleh. Sedangkan, Si intrinsik sendiri tidak 10 mengandung unsur tambahan. Usaha menambahkan unsur tambahan ini disebut dengan doping yang jumlahnya tidak lebih dari 1 % dibandingkan dengan berat Si yang hendak di-doping.[5] Dua jenis semikonduktor n dan p ini jika disatukan akan membentuk sambungan p-n atau dioda p-n (istilah lain menyebutnya dengan sambungan metalurgi/ metal lurgical junction) yang dapat digambarkan sebagai berikut. 1. Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung. Gambar 2.4 Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung.[5] 2. Sesaat setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan elektron-elektron dari semikonduktor n menuju semikonduktor p, dan perpindahan hole dari semikonduktor p menuju semikonduktor n. Perpindahan elektron maupun hole ini hanya sampai pada jarak tertentu dari batas sambungan awal.[5] 11 Gambar 2.5 Semikonduktor jenis p dan n disambung.[5] 3. Elektron dari semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor p yang mengakibatkan jumlah hole 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 didaerah ini berkurang. Daerah ini akhirnya lebih bermuatan positif.[5] Gambar 2.6 semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor p.[5] 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 didaerah deplesi, maka timbul dengan sendirinya medan listrik internal E dari sisi positif ke sisi 12 negatif, yang mencoba menarik kembali hole ke semikonduktor p dan elektron kesemikonduktor n. Medan listrik ini cenderung berlawanan dengan perpindahan hole maupun elektron pada awal terjadinya daerah deplesi. Gambar 2.7 Timbulnya medan listrik E.[5] 7. Adanya medan listrik mengakibatkan sambungan p-n berada pada titik setimbang, yakni saat dimana jumlah hole yang berpindah dari semikonduktor p ke n dikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik kembali kearah semi konduktor p akibat medan listrik E. Begitu pula dengan jumlah elektron yang berpindah dari semikonduktor n ke p, dikompensasi 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 semikonduktor yang lain.[5] 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.[5] 13 Gambar 2.8 Susunan sel surya[5] 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. Gambar 2.9 Terbentuknya pasangan elektron dan hole.[5] 14 Cahaya matahari dengan panjang gelombang (dilambangkan dengan simbol “lambda”) yang berbeda, membuat foto generasi pada sambungan p-n berada pada bagian sambungan p-n yang 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 foto generasi disana. Spektrum biru dengan panjang gelombang yang jauh lebih pendek hanya terserap di daerah semikonduktor n. Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan p-n terdapat medan listrik E, elektron hasil foto generasi tertarik kearah semikonduktor n, begitu pula dengan hole yang tertarik kearah semikonduktor p. Apa bila 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.[6] Gambar 2.10 Pergerakan elektron.[5] 15 2.1.3. Perhitungan Daya Masukan dan Daya Keluaran Sebelum mengetahui berapa nilai daya sesaat yang dihasilkan maka harus diketahui daya yang diterima (daya input),dimana daya tersebut adalah perkalian antara intensitas radiasi matahari yang diterima dengan luas area PV module dengan persamaan[9]. Pin = Ir x A (2.1) Keterangan: Pin : Daya Input akibat irradiance matahari (Watt) Ir : Intensitas radiasi matahari (Watt/m 2) A : Luas area permukaan photo voltaic module (m2) Sedangkan untuk besarnya daya pada solar cell (Pout) yaitu perkalian tegangan rangkaian terbuka (Voc), arus hubung singkat (Isc), dan Fill Factor (FF) yang dihasilkan oleh sel Photovoltaic dapat dihitung dengan rumus berikut[9] Pout=Voc x Isc x FF (2.2) Keterangan: Pout : Daya yang dibangkitkan oleh solar cell (Watt), Voc :Tegangan rangkaian terbuka pada solar cell (Volt) Isc : Arus hubung singkat pada solar cell (Ampere) FF : Fill Factor ( Faktor Pengisian ) Nilai FF dapat diperoleh dari rumus:[9] FF= (2.3) Efisiensi yang terjadi pada sel surya adalah merupakan perbandingan daya yang 16 dapat dibangkitkan oleh sel surya dengan energi input yang diperoleh dari irradiance matahari. Efisiensi yang digunakan adalah efisiensi sesaat pada pengambilan data. Besar efisiensi dapat dihitung dengan rumus berikut: [9] η= x 100% (2.4) Sehingga efisiensi sesaat yang dihasilkan:[9] η sesaat = x 100% (2.5) Keterangan: Ηsesaat : Efisiensi solar cell (%) : Intensitas radiasi matahari (Watt/m2) : Daya output yang dibangkitkan oleh solar cell (Watt) : Luas area permukaan module photo voltaic (m2) Gambar 2.11 Panel surya[10] Dari gambar 2.11 dapat dilihat perbedaan antara panel surya tipe monocrystalline dan polycrystalline. Panel surya tipe monocrystalline merupakan panel yang 17 paling efisien, menghasilkan daya listrik persatuan luas yang paling tinggi. Memiliki efisiensi sampai dengan 15%. Kelemahan dari panel jenis ini adalah tidak akan berfungsi baik ditempat yang cahaya mataharinya kurang (teduh), efisiensinya akan turun drastis dalam cuaca berawan. Tipe polycrystalline merupakan panel surya yang memiliki susunan kristal acak, memerlukan luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan tipemonocrystalline untuk menghasilkan daya listrik yang sama, akan tetapi dapat menghasilkan listrik pada saat mendung.[10] 2.2. Dasar Sistem Kendali Sistem kendali merupakan suatu sistem yang keluarannya dikendalikan pada suatu nilai tertentu atau untuk mengubah beberapa ketentuan yang telah ditetapkan dari masukan ke sistem. Untuk merancang suatu sistem yang dapat merespon suatu perubahan tegangan dan mengeksekusi perintah berdasarkan situasi yang terjadi, maka diperlukan pemahaman tentang sistem kendali (control system). Sistem kendali merupakan suatu kondisi dimana sebuah perangkat (device) dapat dikendalikan sesuai dengan perubahan situasi. 2.2.1. Sistem Kendali Kalang Terbuka (Open Loop) Kalang terbuka atau open loop merupakan sebuah sistem yang tidak dapat mengubah dirinya sendiri terhadap perubahan situasi yang ada. Dengan kata lain, sistem kendali kalang terbuka tidak dapat digunakan sebagai perbandingan umpan balik dengan masukan. Hal ini disebabkan karena tidak adanya umpan balik 18 (feedback) pada sebuah sistem kalang terbuka. Sistem ini masih membutuhkan manusia yang bekerja sebagai operator. Dapat dilihat blog diagram kalang terbuka pada Gambar 2.12. Gambar 2.12 Pengendali kalang terbuka Pada sistem kalang terbuka masukan dikendalikan oleh manusia sebagai operator, dan perubahan kondisi lingkungan tidak akan langsung direspon oleh sistem, melainkan dikendalikan oleh manusia. Contoh dari sistem kendali kalang terbuka adalah kipas angin, dimana kuatnya putaran motor dikendalikan oleh manusia. 2.2.2. Sistem Kendali Kalang Tertutup (Close Loop) Sistem kendali kalang tertutup merupakan sebuah sistem kontrol yang nilai keluarannya memiliki pengaruh langsung terhadap aksi pengendalian yang dilakukan. Pada rangkaian loop tertutup sinyal error yang merupakan selisih antara sinyal masukan dengan sinyal umpanbalik (feedback), lalu diumpankan pada komponen pengendali (controller). Umpan balik ini dilakukan untuk memperkecil kesalahan nilai keluaran (output) sistem semakin mendekati nilai yang diinginkan dapat dilihat pada gambar 2.13. 19 Gambar 2.13 Pengendali Kalang Tertutup Keuntungan dari sistem kalang tertutup ini adalah adanya pemanfaatan nilai umpanbalik yang dapat membuat respon sistem kurang peka terhadap gangguan eksternal dan perubahan internal pada parameter sistem. Contoh dari sistem kendali kalang tertutup adalah pengatur suhu ruangan menggunakan Air Conditioning (AC) dengan cara membandingkan suhu ruangan sebenarnya dengan nilai suhu yang dikehendaki, dan dengan cara meningkatkan kinerja AC suhu ruangan menjadi seperti yang diinginkan. 2.3. Solar Charge Controller Solar charge controller berfungsi mengatur lalu lintas dari panel surya ke baterai dan beban.Alat elektronik ini juga mempunyai banyak fungsi yang pada dasarnya ditujukan untuk melindungi baterai. Solar charge controller, adalah komponen penting dalam PLTS. Solar charge controller berfungsi untuk: 1. Charging mode: Mengisi baterai (kapan baterai diisi, menjaga pengisian ketika baterai penuh). 2. Operation mode: Penggunaan baterai ke beban (pelayanan baterai ke beban diputus kalau baterai sudah mulai kosong). 20 Gambar 2.14 memperlihatkan bentuk dari Solar Charge Controller yang biasanya terdiri dari : 1 input ( 2 terminal ) yang terhubung dengan output panel surya, 1 output ( 2 terminal ) yang terhubung dengan baterai dan 1 output ( 2 terminal ) yang terhubung dengan beban. Arus listrik DC yang berasal dari baterai tidak mungkin masuk ke panel sel surya karena biasanya ada diode protection yang hanya melewatkan arus listrik DC dari panel surya ke baterai, bukan sebaliknya. Gambar 2.14.Solar charge controller[12] 2.4. Baterai Baterai akan diisi oleh tenaga listrik yang berasal dari system sel surya dan sumber energi PLN.Pada saat pelepasan muatan,arus searah yang berasal dari baterai akan dirubah menjadi arus bolak-balik oleh inverter dan kemudian dialirkan menuju beban. Untuk menjaga agar baterai tidak mengalami kelebihan muatan (over charge) dan kekurangan muatan (under charge) maka pengoperasian baterai dan inverter perlu diawasi dan dikontrol oleh suatu sistem kontrol. Sistem kontrol dan pemilihan baterai yang tepat dapat 21 menjaga agar baterai tidak mudah rusak dan berfungsi secara optimal. Dalam pemilihan baterai yang akan digunakan haruslah memperhatikan halhal berikut ini: 1.Mempunyai umur panjang (lebih dari 3 tahun). 2.Mempunyai kondisi charge yang stabil. 3.Mempunyai self discharge yang rendah. 4. Kestabilan depthof discharge (DOD). 5. Mempunyai efisiensi pengisian (chargain) yang tinggi. 6. Mudah untuk dibongkar pasang dengan menggunakan peralatan sederhana untuk keperluan transportasi ke daerah terpencil. Gambar 2.15 Baterai Gambar 2.15 memperlihatkan baterai sebagai tempat penyimpanan listrik DC yang memiliki 2 kutub/terminal, kutub positif dan kutub negatif. Biasanya kutub positif (+) lebih besar atau lebih tebal dari kutub negatif (-), untuk menghindarkan kelalaian bila aki hendak dihubungkan dengan kabel-kabelnya. 22 2.5. Arduino Mega[12] Arduino Mega adalah board mikrokontroller berbasis Atmega2560. Memiliki 70 pin input dari output digital dimana 11 pin tersebut dapat digunakan sebagai output PWM dan 16 pin input analog, 16 MHz osilator Kristal , koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset seperti ditunjukkan pada Gambar 2.16 Untuk mendukung mikrokontroller agar dapat digunakan, cukup hanya menghubungkan Board Arduino Mega ke komputer dengan menggunakan kabel USB atau listrik dengan AC ke adaptor DC atau baterai untuk menjalankannya. Gambar 2.16 Tampak atas Arduino Mega Adapun spesifikasi Arduino Mega adalah sebagai berikut: a. Daya Arduino Mega dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal (otomatis). Kisaran kebutuhan daya yang disarankan untuk board Mega adalah 7 sampai dengan 12 volt, jika diberi daya kurang dari 7 volt kemungkinan pin 5v dapat beroperasi tetapi tidak stabil kemudian jika diberi daya lebih dari 12V, regulator tegangan bisa panas dan dapat merusak board Arduino. 23 b. Memori ATmega2560 memiliki 256 KB (dengan 8 KB digunakan untuk bootloader), 8 KB dari SRAM dan 4 KB EEPROM. c. Input dan Output Konfigurasi pin pada arduino Mega dapat dilihat pada gambar 2.17. dibawah ini: Gambar 2.17 Konfigurasi pin board Ardiono Mega Masing-masing dari 32 pin digital digunakan sebagai input atau output, 11 pin digunakan sebagai keluaran PWM, 10 pin digunakan sebagai komunikasi, dan 16 pin digunakan sebagai input analog. d. Komunikasi Arduino Mega memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi dengan komputer, Arduino lain, atau mikrokontroller lainnya. ATmega2560 menyediakan UART TTL (5V) untuk komunikasi serial, yang tersedia di pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Sebuah ATmega8U2 sebagai saluran komunikasi serial melalui USB dan sebagai port virtual com untuk perangkat lunak pada komputer. Firmware U2 menggunakan driver USB standar COM, dan tidak ada driver eksternal yang 24 diperlukan. Namun, pada Windows diperlukan, sebuah file inf. Perangkat lunak Arduino terdapat monitor serial yang memungkinkan digunakan memonitor data tekstual sederhana yang akan dikirim ke atau dari board Arduino. LED RX dan TX di papan arduino akan berkedip ketika data sedang dikirim melalui chip USBto-serial dengan koneksi USB ke komputer (tetapi tidak untuk komunikasi serial pada pin 0 dan 1). 2.5.1. Mikrokontroller ATmega 2560 Mikrokontroller adalah piranti elektronik berupa Integrated Circuit (IC) yang memiliki kemampuan manipulasi data (informasi) berdasarkan suatu urutan instruksi (program) yang dibuat oleh programmer dimana di dalamnya sudah terdapat Central Proccesssing Unit (CPU), Random Acess Memory (RAM), Electrically Erasable Programmable Read Only Memori (EEPROM), I/O, Timer dan peralatan internal lainnya yang sudah saling terhubung terorganisasi dengan baik oleh pabrik pembuatnya dan dikemas dalam satu chip yang siap pakai. Umumnya mikrokontroler memiliki instruksi manipulasi bit, akses ke I/O secara langsung serta proses interupsi yang cepat dan efisien. Penggunaan mikrokontroler sudah banyak ditemui dalam berbagai peralatan elektronik, seperti telepon digital, microwave oven, televisi, dan lain-lain. Mikrokontroller juga dapat digunakan untuk berbagai aplikasi dalam industri seperti: sistem kendali, otomasi, dan lain-lain. A. Konfigurasi Pin Konfigurasi pin mikrokontroller ATmega 2560 adalah sebagai berikut: 25 Gambar 2.18 PDIP ATmega 2560 P Untuk melihat konfigurasi ATmega 2560 dapat dilihat pada gambar 2.18 yang merupakan tampilan nama pin dari ATmega 2560. a. VCC merupakan pin yang digunakan sebagai masukan sumber tegangan. b. GND merupakan pin untuk Ground. c. XTAL1/ XTAL2, XTAL digunakan sebagai pin external clock. d. Port A, B, C ,D ,E , H, dan L merupakan 8 bit port I/O dengan internal pull-up resistor. Port G merupakan 6 bit port I/O dengan internal pull-up resistor. e. Port F (PF0:PF7) dan Port K (PK0:PK7) merupakan pin I/O dan merupakan 26 pin masukan ADC. f. AVCC adalah pin masukan untuk tegangan ADC. g. AREF adalah pin masukan untuk tegangan referensi eksternal ADC. B. Spesifikasi ATmega 2560 ATmega2560 adalah mikrokontroler yang sangat kompleks di mana tersedia 85 jumlah I/O yang disediakan. Mikrokontroller Atmega 2560 memiliki fitur yang lengkap (ADC internal, EEPROM internal, Timer/Counter, Watchdog Timer, PWM, Port I/O, komunikasi serial, Komparator). Gambar 2.19 Diagram blok fungsional Atmega 2560. Dari Gambar 2.19 dapat dilihat bahwa Atmega 2560 memiliki bagian sebagai berikut: 27 a. Saluran I/O sebanyak 85 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, Port D, Port E, port F, Port G, Port H, Port J, Port K, dan Port L,. b. ADC 10 bit sebanyak 16 saluran. c. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembanding d. CPU yang terdiri atas 32 buah register. e. Watchdog Timer dengan osilator internal. f. SRAM sebesar 8 Kbyte. g. EPROOM sebesar 4 Kbyte. h. Memori Flash sebesar 256 Kbyte dengan kemampuan Read While Write. i. Unit interupsi internal dan eksternal. j. Port antarmuka SPI. k. PWM 11 saluran. l. Tegangan kerja 1,8 sampai 5,5 V. m. Range suhu -400C sampai 850C. n. Terdapat 100 pin PDIP. 2.5.2 Software Arduino Bahasa pemrograman Arduino adalah bahasa C. Tetapi bahasa ini sudah dipermudah menggunakan fungsi-fungsi yang sederhana sehingga pemula pun dapat mempelajarinya dengan cukup mudah. Untuk membuat program Arduino dan upload program ke dalam board Arduino membutuhkan software Arduino IDE (Integrated Development Enviroment) yang bisa di download gratis di 28 http://arduino.cc/en/Main/Software. Tampilan awal dari software arduino dapat dilihat pada gambar 2.20. Gambar 2.20 Jendela awal software arduino Ada tiga bagian utama dari software arduino yaitu: Editor program, sebuah window yang memungkinkan pengguna menulis dan mengedit program dalam bahasa processing. a. Compiler, sebuah modul yang mengubah kode program (bahasa Processing) menjadi kode biner. Bagaimanapun sebuah mikrokontroller tidak akan bisa memahami bahasa processing. Yang bisa dipahami oleh mikrokontroller adalah kode biner. Itulah sebabnya compiler diperlukan dalam hal ini. b. Uploader, sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer ke dalam memory di dalam papan Arduino. 29 2.7. Sensor LM35 Sensor LM35 merupakan komponen elektronika yang digunakan untuk mengubah besaran suhu ke besaran elektrik berupa tegangan. Sensor ini memiliki keakuratan tinggi dan mudah dalam perancangan penggunaanya. Gambar 2.21 Sensor LM35 Gambar 2.21 merupakan bentuk dari sensor LM35, memiliki 3 pin kaki dengan fungsi sebagai Vs, GND, dan Output. a. Memiliki sensitivitas suhu, dengan sekala linier antara tegangan dan suhu 10 mV/oC sehingga dapat langusng dikalibrasi dengan satuan celcius. b. Akurasi dalam kalibrasi yaitu 0,50C pada suhu 250C. c. Memiliki rentang nilai operasi suhu -550C sampai +1500C. d. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 Volt. e. Memiliki arus yang rendah yaitu 60 µA. f. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 Ω untuk beban 1 mA. g. Memiliki ketidak linieran sekitar ±1/40C. 30 2.8, Real Time Clock Real Time Clock ( RTC ) berhubungan dengan waktu, mulai dari detik, menit, jam, hari, tanggal, bulan dan tahun. Tetapi IC RTC ini juga bisa dipakai untuk menyimpan data di dalam internal RAM RTC, di mana data tersebut tidak bisa hilang meskipun supply diputus, hal ini karena di dalam IC RTC tersebut ada baterai yang selalu hidup untuk menjalankan clock-nya, jadi waktu (clock) tetap berjalan meskipun supply dimatikan. IC RTC ini masih mempunyai kelebihan yaitu bisa dipakai sebagai timer atau alarm. Untuk hitungan detik, menit, jam, hari, tanggal, bulan dan tahun dengan tahun kabisat yang valid sampai 2100. Mode yang dipilih bisa 24 jam ataudengan AM dan PM pada mode 12 jam. RTC menggunakan teknik Inter Integrated Circuit ( I2C ) yaitu memakai 2 jalur untuk keperluan transfer data secara seri, sedangkan Sistem Pengendalian Internal ( SPI ) dan MicroWire memakai 3 jalur. Semua teknik mempunyai 1 jalur untuk Clock, I2C hanya punya satu jalur data 2 arah, sedangkan SPI dan MicroWire mempunyai 2 jalur data satu arah, masing-masing untuk jalur data masuk dan jalur data keluar. Komunikasi dengan protokol I2C pada RTC mempunyai cara yang sama seperti mengakses EEPROM serial tipe 24C04 misalnya. Pertama kirim start-bit, alamat RTC (0xC0) dengan bit R/W low, kemudian nomor register yang ingin diakses.[13] 2.6.1 Konfigurasi Pin Untuk lebih jelas mengenai fungsi dan kegunaan dari IC ini terlebih dahulu akan dijelaskan fungsi dari tiap-tiap pin pada IC, di mana diketahui bahwa IC yang digunakan sebagai RTC memiliki 8 pin atau kaki, seperti pada Gambar 2.22. 31 X1 1 8 Vcc X2 2 7 SQW/OUT VBAT 3 6 SCL GND 4 5 SDA Gambar 2.22 Pin-pin IC Dari gambar 2.22 dapat dilihat fungsi dari masing – masing pin IC Fungsi dari tiap pin IC RTC antara lain : 1. X1, X2 Terhubung dengan kaki kristal 32768kHz 2. Vbat Terhubung dengan battery 3,3 volt 3. GND, Vcc Input tegangan Vcc adalah +5V. 4. SQW (Square Wave Output) Pin SQW dapat mengeluarkan sinyal salah satu dari 13 taps yang disediakan oleh 15 tingkat pembagi internal dari RTC. 5. SCL Pin SCL mengeluarkan sinyal clock. Pin ini harus diberi resistor Pull Up. 6. SDA Pin SCL mengeluarkan sinyal data 32 2.9. Driver Relay Relay ( gambar 2.23) adalah saklar elektronik yang dapat membuka atau menutup rangkaian dengan menggunakan kontrol dari rangkaian elektronik lain. Relay dapat kita gunakan untuk switching atau kontrol beban. Relay pada aplikasi kontrol sering digunakan sebagai switching input ataupun output pada PLC atau mikrokontroler. Untuk menggerakkan relay, daya (arus/tegangan) dari mikrokontroler kurang mencukupi sehingga perlu penguat (driver). Driver relay yang paling sederhana biasanya terdiri dari sebuah transistor tetapi bagi sebagian orang penguat dari sebuah transistor saja masih kurang memadai, mereka lebih memilih IC driver, karena berbagai kelebihannya. Gambar 2.23 Relay III METODE PENELITIAN 3.1. Waktu dan Tempat Pengerjaan tugas akhir ini bertempat di laboratorium Terpadu Teknik Elektro Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung pada bulan mei 2015 sampai dengan bulan desember 2015. 3.2. Alat dan Bahan Adapun peralatan dan bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Satu unit Personal Computer (PC) dengan spesifikasi dual core 2,8GHz dan sistem operasi windows 7 Ultimate. 2. Instrumen dan komponen yang terdiri dari : a) Multimeter b) MikrokontrolerAtmega328P c) Dioda d) Resitor e) IC ULN 2003 35 4.Perangkat kerja yakni : a) Panel Surya b) PowerSupply c) Baterai d) Arduino Uno e) BCR f) Papan Projek ( Projek Board ) g) Bor PCB h) Solder i) Larutan Klorida j) Kabel Penghubung 5.Bahan-Bahan Pendukung Seperti a) Papan plastik mika ( Accrilyc ) b) PCB c) Timah Solder d) Plat alumunium e) Baut dan mur f) Cat hitam 3.3. Prosedur Kerja Dalam Penyelesaian tugas akhir ini ada beberapa langkah kerja yang akan dilakukan diantaranya adalah : 1. Studi Literatur 36 Studi literatur dimaksudkan untuk mempelajari berbagai teori yang berkaitan dengan aplikasi penggunaan solar dryer portable sumber suplai beban dengan PLTS berbasis mikrokontroler. 2. Blok diagram perancangan Secara umum Perancangan Sistem pada tugas akhir ini dapat dilihat pada Gambar 3.1 berikut ini : sensor Temperatur LM 35 Mikrokontroler Kipas Heater Baterai RTC BCR Panel Surya Gambar 3.1. Diagram perancangan Solar dryer. Dari blok diagram diatas dapat diketahui bahwa besarnya temperatur yang terbaca oleh sensor temperatur LM 35 akan menjadi masukan untuk mikrokontroler, kemudian mikrokontroler mengaktifkan kipas atau heater sesuai dengan nilai ADC yang didapat oleh sensor temperatur LM 35. Panel surya merupakan sumber listrik untuk mengaktifkan mikrokontroler. Dari blok diatas panel surya digunakan untuk mengecas baterai dan BCR (baterai control regulator) digunakan sebagai pengontrol jika baterai penuh atau kosong. 37 Pada sistem kendali ini terdapat feedback (umpan balik) sehingga sistem kendali ini disebut juga dengan sistem kendali loop tertutup (close loop). a) Diagram alir penelitian Diagram alir penelitian yang akan dilakukan dapat dilihat pada gambar 3.2. Diawali dengan perancangan alat, pembuatan alat dan program, dan pengujian alat secara keseluruhan. Mulai PerancanganAlat Pembuatan Alat dan Program Tidak Pengujian YaAlat Secara Keseluruhan Ya Alat Berkerja Gambar 3.2. Diagram alir penelitian. Selesai 38 b) Diagram alir prinsip kerja alat mulai Sensor suhu LM 35 kipas, heater Baca sensor suhu LM 35 Jika suhu <550 ya -Kipas aktif -Heater aktif Tidak Jika suhu >550 ya -Kipas non-aktif -Heater non-aktif Tidak Cetak suhu selesai Gambar 3.3. Diagram alir prinsip kerja alat 39 Cara kerja alat ini dimulai dengan pembacaan suhu oleh mikrokontroler, sensor suhu yang digunakan berupa sensor LM 35. Ketika suhu <550 maka mikrokontroler mengaktifkan dan heater. Ketika suhu sebesar >550 maka mikrokontroler menonaktifkan kipas, dan heater. Mulai RTC Heater Baca Waktu Tidak Ya Jika waktu 18.00 Tidak Jika waktu 06.00 Ya Heater aktif Ya Heater non-aktif Selesai Gambar 3.4. Diagram alir program RTC Gambar 3.4. merupakan diagram alir Program RTC untuk mengaktifkan dan menonaktifkan heater berdasarkan waktu. Pada jam 18.00 WIB. Heater dan pada jam 06.00 WIB. heater non-aktif. Jika program telah terpenuhi maka program selesai. 40 c). Perancangan Gambar 3.5. Real Time Clock Real time clock yang digunakan memakai sebuah IC, pin SCL pada IC dihubungkan ke port.B4 dan pin SDA dihubungkan ke port.B5 mikrokontroler. Pin SCL dan SDA pada IC diberi resistror pull-up sebesar 4,7 kΩ dan memakai crystal sebesar 32.768 KHz.IC real time clock (RTC) menggunakan jalur data parallel yang dapat menyimpan data detik, menit, jam, tanggal, bulan, hari dalam seminggu, dan tahun valid hingga 2100. Secara otomatis bulan dan tanggal akan disesuaikan untuk bulan yang kurang dari 31 hari termasuk untuk tahun yang akan datang. 41 Gambar 3.6. Driver Relay Untuk menggerakan relay, tegangan dari mikrokontroler kurang mencukupi sehingga perlu penguat (driver). Rangkaian driver relay yang digunakan memakai sebuah IC, 1 buah IC bisa digunakan untuk driver dari 7 buah relay. Skematik rangkaian driver relay dapat dilihat pada gambar 3.6. diatas. 3.4. Metode Penelitian Metode penelitian yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah menerapkan mikrokontroler sebagai pengendali temperatur dan switching otomatis solar dryer. Mikrokontroler adalah sebuah system komputer fungsional dalam sebuah chip. Didalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output. Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai 42 masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bias ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Beberapa tahun terakhir, mikrokontroler sangat banyak digunakan terutama dalam pengontrolan robot. Sehingga dengan fasilitas yang lengkap ini memungkinkan kita belajar mikrokontroler dengan lebih mudah dan efisien, serta dapat mengembangkan kreativitas penggunaan mikrokontroler. Proses kerja dari mikrokontroler pada perancangan alat ini dimulai dengan melihat besarnya temperatur, kemudian switching otomatis yang diprogram pada mikrokontroler mengaktifkan kipas dan heater sesuai dengan suhu yang telah ditentukan. V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Berdasarkan pengujian secara fungsional mengenai prototipe solar dryer untuk rumput laut dengan PLTS dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Berdasarkan pengukuran intensitas cahaya matahari, PLTS dapat digunakan sebagai sumber energi utama pengoperasian Solar Dryer. 2. Suhu solar dryer lebih tinggi dibandingkan suhu pengeringan alami/terbuka, sehingga penggunaan solar dryer lebih efisien. 3. Solar dryer meningkatkan suhu hingga 53,9 C, namun tidak melebihi suhu yang ditargetkan yaitu sebesar 60 C. 5.2. Saran Berdasarkan hasil penelitian dan kesimpulan yang telah diperoleh maka disarankan sebagai berikut : 1. Untuk lebih memaksimalkan kinerja dari alat solar dryer diperlukan adanya penambahan PLTS dan baterai guna meningkatkan sumber energi listrik. 2. Diperlukan heater yang sesuai kapasitas bok solar dryer sehingga pengeringan rumput laut lebih maksimal. DAFTAR PUSTAKA [1] Zatnika A. 2003. Proses ekstraksi dan manfaat alganate dibidang farmasi. Jurnal sains dan teknologi indonesia. 5:143-150 [2] Anhalt, Jörg-Dieter. 2003. The Use Of Renewable Energy In The Production Of Goods: Seaweed. Brazil : Instituto de Desenvolvimento Sustentável de Energias Renováveis, Ceará. [3] Effendi Asnal, 2011. Pembangkit Listrik Sel Surya pada Daerah Pedesaan. Institut Teknologi Padang. Padang. [4] I Made Astra, Satwiko Sidopekso, 2011. Studi Rancang Bangun Solar Charge Controller dengan Indikator Arus, Tegangan dan Suhu Berbasis Mikrokontroler ATMEGA 8535. Universitas Negeri Jakarta. Jakarta. [5] Melihat Prinsip Kerja Sel Surya Lebih Dekat http://energisurya.wordpress.com/2008/07/10/melihat-prinsip-kerja-sel surya-lebih-dekat/ ( 7 April 2015 ). [6] Strong, Steven J and William G. Scheller. 1993. The Solar Electric House. Chelsea Green ISBN 0-9637383-2-1. [7] Irawan Rahardjo, Ira Fitriana. Analisis Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Surya di Indonesia. Strategi Penyediaan Listrik Nasional dalam Rangka Mengantisipasi Pemanfaatan PLTU Batubara Skala Kecil, PLTN, dan Energi Terbarukan. [8] Liem Ek Bien, Ishak Kasim & Wahyu Wibowo, 2008. Perancangan Sistem Hibrid Pembangkit Listrik Tenaga Surya dengan Jala - Jala Listrik PLN untuk Rumah Perkotaan. Universitas Trisakti. [9] Wibowo, Riyanto. 2009. “Studi Penggunaan Solar Reflector untuk Optimalisasi Output Daya pada Photovoltaic Modul”. Skripsi Universitas Kristen Petra. Surabaya. [10] Sistem panel surya http://panelsurya.com. ( 8 April 2015 ) [11] Artanto, Dian. “Interaksi Arduino dan LabVIEW”. Gramedia, 2012. [12] 20A 24A Juta Cmp24 Solar Charge Controller http://www.mpptsolarcontrollers.com/20a-24a-juta-cmp24-solar-chargecontroller.html ( 8 April 2013 ) [13] Aplikasi RTC1307 Dengan Mikrokontroler Dengan Sdcc Training.umy.ac.id (8 April 2015)
