Perencanaan Sistem Penerangan Jalan Umum Dan Taman Di Areal Kampus Usu Dengan Menggunakan Teknologi Tenaga Surya (Aplikasi Pendopo Dan Lapangan Parkir)

PERENCANAAN SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM DAN TAMAN DI AREAL KAMPUS USU DENGAN MENGGUNAKAN TEKNOLOGI TENAGA SURYA

(APLIKASI PENDOPO DAN LAPANGAN PARKIR) Diajukan untuk memenuh salah satu persyaratan dalam menyelesaikan

pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

OLEH :

DONNY T B SIHOMBING NIM : 070422003

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

PERENCANAAN SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM DAN TAMAN DI AREAL KAMPUS USU DENGAN MENGGUNAKAN TEKNOLOGI TENAGA SURYA

(APLIKASI PENDOPO DAN LAPANGAN PARKIR) Disusun Oleh

Donny T B Sihombing NIM : 070422003

DISETUJUI DAN DISAHKAN OLEH :

PEMBIMBING TUGAS AKHIR

Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si NIP : 19540531198601 1 002

DIKETAHUI OLEH :

KETUA DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK USU

Ir. Surya Tarmizi Kasim, MSi NIP : 19540561 198601 1 002 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

ABSTRAK

Sistem penerangan jalan umum adalah pelayanan yang menerangi jalan umum dimana penerangan ini lampu hanya dinyalakan pada malam hari, penerangan jalan umum menggunakan lampu merkuri dan memakan daya yang besar dalam menerangi jalanan selama malam hari hingga waktu menjelang pagi, sehingga tidak efisien dalam penggunaan daya.

Pemanfaatan energi matahari merupakan satu diantara sumber energi yang dapat dimanfaatkan untuk penerangan jalan di perkotaan maupun pedesaan. Lampu penerangan jalan (PJU) tenaga matahari berbasis LED jenis hi-power yang sangat terang, hemat energi dan tahan lama menggunaka (sinaphotovoltaic. Lampu Jalan Tenaga Surya ( PJU Tenaga Surya) secara otomatis dapat mulai menyala pada sore hari dan padam pada pagi hari dengan perawatan yang mudah dan efisien selama bertahun-tahun.

Secara keseluruhan sistem ini dirancang untuk penyediaan cahaya penerangan umum dengan sumber energi terbarukan, bebas biaya perawatan dan berumur ekonomis lama. Dengan sistem pemasangan yang cepat dan mudah, PJU LED Tenaga Surya dapat menjadi solusi yang cepat dalam mengatasi kebutuhan

Kata Kunci : Solar Cell, Modul Surya, Lampu LED, Baterai, Controller, Lampu Penerangan Jalan Umum

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus yang oleh karena kasihNya, penulis dimampukan menyelesaikan tugas akhir ini. Adapun tugas akhir ini berjudul “PERENCANAAN SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM DAN TAMAN DI AREAL KAMPUS USU DENGAN MENGGUNAKAN TEKNOLOGI TENAGA SURYA (APLIKASI PENDOPO DAN LAPANGAN PARKIR)”, yang disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam kurikulum pembelajaran di Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik.

Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis tidak terlepas dari bantuan banyak pihak. Untuk itulah penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada :

1. Kedua orang tua saya (D. S Sihombing dan R. Silalahi), Kakak dan adik – adikku, yang selalu memperhatikanku dan yang terbanyak memberiku motivasi, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan.

2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah banyak memberikan sumbangan ilmu dan waktunya.

3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rachmat Fauzi ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU.

4. Bapak Rachmat Fauzi ST, MT selaku dosen wali.

5. Seluruh staff pengajar / dosen departemen Teknik Elektro FT. USU.

6. Seluruh staff tata usaha departemen Teknik Elektro FT. USU.

7. Teman – teman stambuk 2007 Ekstensi yang nama – namanya tak dapat disebutkan satu persatu.

8. Istri saya tercinta Betty Panggabean yang mendukung penulis sepenuhnya untuk menyelesaikan tugas akhir ini.

Penulis menyadari bahwa penyusunan karya ilmiah ini masih belum sempurna. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang bisa membangun tugas akhir ini menjadi lebih baik lagi.

Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan tugas akhir ini dapat berguna memberikan ilmu pengetahuan bagi kita semua.

Medan, 11 Januari 2013 Penulis

Donny T B Sihombing

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... ix

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 3

1.3 Tujuan dan Manfaat Penulisan ... 3

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Metode Penulisan ... 4

1.6 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II LAMPU PENERANGAN JALAN UMUM TENAGA SURYA 2.1 Umum ... 6

2.2 Solar Cell (Panel Surya) ... 9

2.2.1 Modul Surya ... 11

2.2.2 Jenis – jenis Solar Cell ... 12

2.2.3 Prinsip Kerja Solar Cell ... 13

2.2.4 Faktor Pengoperasian Solar Cell ... 16

2.3 Baterai (Battery) ... 17

2.4 Battery Charger ... 18

2.4.1 Metode Charge Discharge ... 19

2.5 Solar PV Controller ... 23

2.5.1 Jenis PV Controller ... 24

2.6 Inverter ... 25

2.7 Lampu LED ( Light Emitting Diode) ... 26

BAB III TEKNIK DAN PERENCANAAN SISTEM PENERANGAN ……….. 28

3.1 Teknik Penerangan ... 28

3.1.1 Satuan Penerangan Sistem Internasional ... 28

3.1.2 Diagram Polar Intensitas Cahaya ... 30

3.1.3 Sistem Penerangan dan Armatur ... 31

3.1.4 Efisiensi Penerangan ... 33

3.1.5 Penentuan Jumlah Lampu atau Armatur ... 34

3.2 Sistem Penerangan Luar ... 35

3.2.1 Fungsi Penerangan Jalan ... 36

3.2.2 Acuan Normatif ... 36

3.2.3 Perbandingan Kemerataan Pencahayaan ... 36

3.2.4 Pandangan Silau dan Pandangan Silhoutte ... 37

3.2.5 Sistem Penempatan Lampu Penerangan Jalan ... 38

3.2.6 Dasar Perencanaan Penerangan Jalan ... 38

3.3 Perencanaan dan Perancangan Sistem Penerangan Tenaga Surya ... 39

3.3.1 Konfigurasi Sistem ... 40

3.3.2 Instalasi Solar Cell ... 40

3.3.3 Tipe-tipe Pemasangan Sel Surya ... 43

3.3.4 Perencanaan Perhitungan Daya Solar Cell ... 45

3.3.5 Battery Charger ... 47

3.3.5 Sensor Cahaya ... 54

3.3.6 Sensor Tegangan ... 55

3.3.7 Lampu LED (Light Emighthing Diode) ... 57

3.3.8 Perbandingan Lampu Jalan AC Dengan Lampu DC LED ... 58

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ... 60

4.1 Perhitungan Daya Total Lampu Penerangan Terpasang di Areal Kampus USU ... 60

4.2 Aplikasi Penerangan Umum Tenaga Surya di Area Pendopo dan Lapangan Parkir ... 62

4.3 Pengujian dan Analisa Perangkat ... 62

4.4 Pengujian Solar Cell ... 63

4.5 Pengujian Baterai Charger ... 65

4.6 Pengujian Lampu LED ... 68

4.7 Perhitungan Pengunaan Energi PLN ... 72

BAB V PENUTUP ... ... 78

5.1 Kesimpulan ... 78

5.2 Saran ... 79

DAFTAR PUSTAKA ... ... 80 LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Lampu Penerangan Jalan Tenaga Matahari (PJU-TS) ... 7

Gambar 2.2 Panel Surya (Solar Cell) ... 10

Gambar 2.3 Modul Surya dan Penampang Lintang Modul Surya ... 11

Gambar 2.4 Spektrum Radiasi Sinar Matahari ... 14

Gambar 2.5 Grafik kurva I-V ... 15

Gambar 2.6 Baterai ... 18

Gambar 2.7 Rangkaian Baterai Charger ... 19

Gambar 2.8 Proses Charge dengan Arus Konstan ... 20

Gambar 2.9 Proses Discharge dengan Arus Konstan ... 20

Gambar 2.10 Proses Charge dengan Daya Konstan ... 21

Gambar 2.11 Proses Discharge dengan Daya Konstan ... 21

Gambar 2.12 Proses Charge dengan arus konstan / tegangan konstan ... 21

Gambar 2.13 Proses Charge dengan resistansi konstan ... 22

Gambar 2.14 Diagram Kerja Controller ... 24

Gambar 2.15 Skema Rangkaian Inverter ... 26

Gambar 2.16 Lampu LED ... 27

Gambar 3.1 Diagram Polar Intensitas Cahaya dan Armatur ... 30

Gambar 3.2 Diagram vektor intensitas penerangan ... 30

Gambar 3.3 Block Diagram Sistem penerangan dengan Solar Cell ... 40

Gambar 3.4 Rangkaian Instalasi Solar Cell ... 42

Gambar 3.5 Solar Cell 50 WP ... 45

Gambar 3.6 Solar Cell 30 WP ... 45

Gambar 3.7 Blok Diagram Sistem Kontrol Pada Battery Charger ... 47

Gambar 3.8 Konfigurasi Rangkaian Dasar dari LM350 ... 48

Gambar 3.9 Konfigurasi Pin HA17458 ... 48

Gambar 3.10 Rangkaian Battery Charger ... 49

Gambar 3.11 Rangkaian LDR 1 ... 54

Gambar 3.12 Rangkaian LDR 2 ... 54

Gambar 3.13 Rangkaian Sensor Cahaya ... 55

Gambar 3.14 Rangkaian Pembagi Tegangan ... 56

Gambar 3.15 Lampu LED 10 Watt ... 57

Gambar 3.16 Diagram Rangkaian Lampu LED Yang Dipararel ... 58

DAFTAR TABEL

Table 3.1 Pembagian flux cahaya terhadap bidang kerja ... 32

Tabel 3.2 Rasio kemerataan pencahayaan ... 37

Tabel 3.3 Pengukuran Lampu LED (4 Lampu Dengan Daya 40 Watt) dengan Reflector Alumunium Dengan Tambahan Kaca ... 58

Tabel 3.4 Pengukuran Lampu Jalan AC mercury (Daya 200 Watt) dengan Reflector Alumunium Dengan Tambahan Kaca ... 59

Tabel 4.1 Total Daya LPJU di Areal Kampus USU ... ... 60

Tabel 4.2 Data Pengujian Solar Cell 50Wp ... 63

Tabel 4.3 Data Pengujian Solar Cell 50Wp ... 64

Tabel 4.4 Pengujian Baterai Charge Dengan Solar Cell 50 Wp ... 65

Tabel 4.5 Pengujian Baterai Charge Dengan Solar Cell 30 Wp ... 66

Tabel 4.6 Data Hasil Pengujian Pengatur Tegangan Keluaran Battery Charge ... 67

Tabel 4.7 Pengukuran Lampu LED (1 Lampu Dengan Daya 3 Watt) Tanpa Reflektor ... 68

Tabel 4.8 Pengukuran Lampu Led (1 Lampu Dengan Daya 10 Watt) Tanpa Reflektor ... 69

Tabel 4.9 Pengukuran Lampu Led (4 Lampu Dengan Daya 40 Watt) Tanpa Reflektor ... 69

Tabel 4.10 Pengukuran Lampu Led (4 Lampu Dengan Daya 40 Watt) Dengan Reflector ... 70

Tabel 4.11 Pengukuran Lampu Led (4 Lampu Dengan Daya 40 Watt) Dengan Reflector Alumunium Dengan Tambahan Kaca ... 71 Tabel 4.12 Data Sampling Lampu Penerangan AC di Kompleks USU... 74

ABSTRAK

Sistem penerangan jalan umum adalah pelayanan yang menerangi jalan umum dimana penerangan ini lampu hanya dinyalakan pada malam hari, penerangan jalan umum menggunakan lampu merkuri dan memakan daya yang besar dalam menerangi jalanan selama malam hari hingga waktu menjelang pagi, sehingga tidak efisien dalam penggunaan daya.

Pemanfaatan energi matahari merupakan satu diantara sumber energi yang dapat dimanfaatkan untuk penerangan jalan di perkotaan maupun pedesaan. Lampu penerangan jalan (PJU) tenaga matahari berbasis LED jenis hi-power yang sangat terang, hemat energi dan tahan lama menggunaka (sinaphotovoltaic. Lampu Jalan Tenaga Surya ( PJU Tenaga Surya) secara otomatis dapat mulai menyala pada sore hari dan padam pada pagi hari dengan perawatan yang mudah dan efisien selama bertahun-tahun.

Secara keseluruhan sistem ini dirancang untuk penyediaan cahaya penerangan umum dengan sumber energi terbarukan, bebas biaya perawatan dan berumur ekonomis lama. Dengan sistem pemasangan yang cepat dan mudah, PJU LED Tenaga Surya dapat menjadi solusi yang cepat dalam mengatasi kebutuhan

Kata Kunci : Solar Cell, Modul Surya, Lampu LED, Baterai, Controller, Lampu Penerangan Jalan Umum

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Seiring pesatnya kemajuan dan perkembangan daerah - daerah di Indonesia, memicu tumbuh terciptanya sarana dan prasarana insfrastuktur yang harus memadai untuk kegiatan perekonomian daerah yang berkesinambungan. Dengan ditunjang dengan sarana umum yang lebih baik maka perekonomian daerah di Indonesia akan mengarah ke lebih baik lagi. Salah satu sarana umum yang paling vital adalah jalan raya, dimana jalan raya merupakan suatu media penghubung antar daerah satu ke daerah yang lain. Bagi daerah yang telah terjangkau PLN mungkin tidak masalah dengan sarana ini, karena segala macam rutinitas dan pemakai jalan raya pada malam hari dibantu dengan Penerangan Jalan Umum atau PJU dari PLN untuk kegiatan para pelaku kegiatan ekonomi. Namun kegiatan ekonomi suatu daerah bisa terhambat jika daerah tersebut jalannya belum di dukung dengan sarana lampu PJU ( Penerangan Jalan Umum ) yang baik dan memadai. Maka dari itu bermunculanlah pemikiran untuk mengalihkan sistem pembangkitan yang berasal dari energi tak terbaharukan menuju pembangkit energi listrik dengan memanfaatkan sumber - sumber energi terbaharukan (reneweble energy), misalnya energi panas matahari melalui aplikasi solar cell.

Penerangan umum dengan menggunakan tenaga surya merupakan sebuah alternatif yang murah dan hemat untuk digunakan sebagai sumber listrik penerangan karena menggunakan sumber energi gratis dan tak terbatas dari alam yaitu energi matahari. Lampu Jalan Tenaga Surya ( PJU Tenaga Surya) menggunakan Modul/Panel Surya dengan lifetime hingga 25 tahun yang berfungsi menerima cahaya (sinar) matahari yang kemudian diubah menjadi listrik melalui

proses photovoltaic. Lampu ini secara otomatis dapat mulai menyala pada sore hari dan padam pada pagi hari dengan perawatan yang mudah dan efisien selama bertahun tahun.

Lampu Jalan Tenaga Surya menggunakan

terang, hemat energi dan tahan lama. Terang tidaknya suatu penerangan biasanya diukur dalam satuan lumen yang merupakan satuan luminasi flux. Sedangkan bila perangkat penerangannya sudah terpasang maka kekuatan cahaya ( illuminasi rata-rata ) yang sampai ke obyek biasanya diukur dalam satuan lux atau lumen/m2. Untuk aplikasi diukur dalam flux per berapa meter ketinggian sumber cahaya ke alat ukur.

Lampu Jalan Tenaga Surya ( PJU Tenaga Surya) dapat diaplikasikan di berbagai tempat, antara lain : jalan umum, lampu taman, area kampus, lingkungan perumahan, area SPBU, area pabrik, lampu penerangan daerah wisata, lampu dermaga, lampu area perparkiran, lampu jalan raya terpencil, lampu jalan pedesaan, lampu lapangan olah raga, daerah pegunungan, daerah pantai, halte bus, dll.

Secara keseluruhan sistem ini dirancang untuk penyediaan cahaya penerangan umum dengan sumber energi terbarukan, bebas biaya perawatan dan berumur ekonomis lama. Dengan sistem pemasangan yang cepat dan mudah, PJU LED Tenaga Surya dapat menjadi solusi yang cepat dalam mengatasi kebutuhan penerangan jalan umum.

Dengan menggunakan perangkat ini, kita sudah memiliki sumber energi sendiri tanpa ketergantungan dengan pihak lain, hemat BBM, dan ramah lingkungan. PJU Tenaga Surya beroperasi secara mandiri dan tidak memerlukan kabel jaringan antar tiang sehingga installasinya menjadi sangat mudah, praktis, sangat ekonomis dan tentunya dapat terhindar dari black out total jika terjadi gangguan.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, rumusan masalah yang dapat dikemukakan dalam studi ini adalah:

1. Bagaimana merancang sistem penerangan jalan umum dengan aplikasi tenaga surya. 2. Apa kelebihan dan kekurangan penggunaan perangkat solar cell dalam sistem

penerangan jalan umum.

1.3 Tujuan dan Manfaat Penulisan

Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Untuk perancangan sistem penerangan Lampu Jalan Tenaga Surya (PJU Tenaga Surya) di kompleks kampus Universitas Sumatera Utara.

2. Mengetahui perbandingan efisiensi antara sumber PLN dengan sumber tenaga surya untuk lampu penerangan jalan umum.

Manfaat penulisan Tugas Akhir ini diharapkan dapat digunakan sebagai bahan acuan atau referensi dalam perencanaan pembangunan sarana dan prasarana insfrastuktur di areal kampus USU, khususnya pembangunan infrastruktur lampu penerangan dengan menggunakan teknologi tenaga surya.

1.4 Batasan Masalah

Untuk menghindari pembahasan yang meluas maka penulis akan membatasi pembahasan tugas akhir ini dengan hal-hal sebagai berikut:

1. Perancangan system penerengan dengan tenaga surya diaplikasikan pada satu lokasi yaitu areal pendopo dan lapangan parker saja dengan harapan dapat dikembangkan ke seluruh areal kampus USU.

2. Sel Surya yang digunakan hanya ditujukan pada satu aplikasi saja, yakni sebagai sumber listrik untuk penerangan jalan umum dan lampu taman.

3. Data peralatan diperoleh dari sampel peralatan yang sudah umum digunakan.

1.5 Metode Penulisan

Untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, maka penulis menerapkan beberapa metode studi sebagai berikut :

1. Studi Literature : membaca dan mempelajari teori yang berkaitan dengan judul Tugas Akhir ini dari buku-buku referensi, jurnal, internet dan lainnya.

2. Studi Lapangan : melakukan pengamatan langsung di lokasi kampus USU untuk mendapatkan data yang diperlukan.

3. Studi Bimbingan : diskusi dan tanya jawab dengan Dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak Departemen Teknik Elektro FT-USU, mengenai topik yang berkaitan dengan Tugas Akhir ini.

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini dapat diuraikan secara singkat sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini menguraikan latar belakang penulisan, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan.

BAB II LAMPU PENERANGAN JALAN UMUM TENAGA SURYA (PJU-TS) Bab ini memberikan penjelasan mengenai Solar Cell secara umum serta aplikasi dan pengunaannya, prinsip kerja, konstruksi, jenis-jenis panel surya, perangkat yang terdapat di panel surya, modul surya, dan pengendaliannya (controller). BAB III TEKNIK PENERANGAN DAN SISTEM PERANCANGAN

Bab ini menjelaskan perancangan system, perencanaan perhitungan dan rangkaian panel surya serta perangkat pendukungnya.

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA

Bab ini membahas secara keseluruhan dari sistem dan dilakukan pengujian serta analisa data dan mengintegrasikan seluruh sistem dan pengujian.

BAB V KESIMPULAN

Bab ini membahas kesimpulan dari pembahasan, perencanaan, pengujian dan analisa berdasarkan data hasil pengujian sistem.

BAB II

LAMPU PENERANGAN JALAN UMUM TENAGA SURYA (PJU-TS) 2.1 Umum

yang menggunakan cahaya matahari sebagai sumber energi listriknya. Penerangan Jalan Umum Tenaga Surya ( PJU-TS ) sangat cocok digunakan untuk jalan-jalan di daerah-daerah yang belum terjangkau oleh listrik PLN dan juga daerah-daerah yang mengalami krisis energi listrik terutama di daerah terpencil. Namun belakangan ini PJU Tenaga Surya juga marak diaplikasikan di daerah perkotaan seperti di kawasan jalan-jalan utama, jalan kawasan perumahan, lampu taman, area kampus, area pabrik, halte bis, tempat

Penerangan Jalan Tenaga Surya merupakan sebuah alternatif yang murah dan hemat untuk digunakan sebagai sumber listrik penerangan karena menggunakan sumber energi gratis dan tak terbatas dari alam yaitu energi matahari. Lampu Jalan Tenaga Surya ( PJU Tenaga Surya) menggunakan Modul/Panel Surya dengan lifetime hingga 25 tahun yang berfungsi menerima cahaya (sinar) photovoltaic. Lampu ini secara otomatis dapat mulai menyala pada sore hari dan padam pada pagi hari dengan perawatan yang mudah dan efisien selama bertahun tahun. Lampu Jalan Tenaga Surya menggunakan lama, seperti terlihat pada Gambar 2.1 di bawah ini.

Gambar 2.1 Lampu Penerangan Jalan Tenaga Matahari (PJU-TS)

Lampu penerangan jalan (PJU) tenaga matahari mempunyai ketinggian tiang yang berbeda-beda, mulai dari 5m s/d 14m. Jarak antar tiang juga bervariasi mulai dari 15m s/d 40m. Jarak antar tiang tergantung ketinggian tiang, jenis lampu, dan cahaya yang dibutuhkan (brightness).

Warna cahaya yang dipilih lampu penerangan jalan biasanya yang tergolong 'warm light' bukan 'cool light'. Cool light atau identik dengan warna putih sepintas jauh lebih terang, tetapi untuk cuaca buruk seperti asap, kabut, hujan gerimis maupun hujan deras warna 'cool light' sangat tidak dianjurkan. Sedangkan 'warm light' yang identik dengan warna kuning dipilih karena masalah safety. Dalam kondisi cuaca buruk maka warna kuning masih dapat tembus sampai ke retina mata kita.

Terang tidaknya suatu penerangan biasanya diukur dalam satuan lumen yang merupakan satuan luminasi flux. Sedangkan bila perangkat penerangannya sudah terpasang maka kekuatan cahaya ( illuminasi rata-rata ) yang sampai ke obyek biasanya diukur dalam satuan lux atau lumen/m2. Untuk aplikasi

meter ketinggian sumber cahaya ke alat ukur. Contoh PJU yang mempunyai luminasi flux sebesar 6075 lumen mempunyai illuminasi rata-rata 15 flux / 10 m.

Keunggulan Lampu Penerangan Jalan Tenaga Surya : a. Terang dan tahan lama

b. Hemat energi c. Ramah lingkungan d. Bebas polusi

e. Cepat dan mudah dalam pemasangan f. Hemat biaya perawatan

g. Life time yang lama (lampu LED hingga 11 tahun & solar panel hingga 25 tahun) h. Cocok dipasang di segala lokasi

i. Tersedia dengan daya mulai dari lampu dengan daya 15w (950Lm) -168w (14.558 Lm)

perangkat pendukung, yaitu :

a. Modul Solar Cell Mono/Polycrystalline : Alat ini merubah dari cahaya matahari menjadi energi listrik DC dengan satuan WP ( WattPeak ).

b. Battery dan charger : Berfungsi sebagai alat menyimpan energi listrik.

c. Controller : Alat ini berfungsi untuk mengatur arus dari solar module ke battery dan battery ke beban.

d. Beban : Sebagai objek beban berupa DC atau AC. Kalau Beban DC biasanya tanpa coventer atau converter tergantung tegangan sama atau tidak dengan battery. Kalau beban AC harus menggunakan inverter untuk merubah arus DC ke AC.

e. Solar bracket

f. Kabel listrik 2 core untuk wiring

2.2 Solar Cell (Panel Surya)

Sel surya adalah suatu komponen elektronika yang dapat mengubah energi surya menjadi energi listrik dalam bentuk arus searah (DC). Listrik tenaga matahari dibangkitkan oleh komponen yang disebut solar cell yang besarnya sekitar 10 - 15 cm persegi. Komponen ini mengkonfirmasikan energi dari cahaya matahari menjadi energi listrik. Solar cell merupakan komponen vital yang umumnya terbuat dari bahan semi konduktor. Tenaga listrik yang dihasilkan oleh satu solar cell sangat kecil maka beberapa solar cell harus digabungkan sehingga terbentuklah satuan komponen yang disebut module.

Sel Surya diproduksi dari bahan semikonduktor yaitu silicon yang berperan sebagai insulator pada temperatur rendah dan sebagaikonduktor bila ada energi dan panas. Sebuah Silikon Sel Surya adalah sebuah diode yang terbentuk dari 3 lapisan atas silikon tipe n (silicondoping of “phosphorous”), dan lapisan bawah silikon tipe p (silicondoping of “boron”). Elektron-elektron bebas terbentuk dari milion photon atau benturan atom pada lapisan penghubung (junction = 0.2-0.5 micron ) menyebabkan terjadinya aliran listrik.

Produk yang dikeluarkan oleh industri-industri solar cell adalah dalam bentuk module yang ditunjukan pada Gambar 2.2. Pada aplikasinya, tenaga listrik yang dihasilkan oleh satu module masih cukup kecil (rata-rata maksimum tenaga listrik yang dihasilkan 130 W) maka

dalam pemanfaatannya beberapa module digabungkan dan terbentuklah apa yang disebut array. Sebagai contoh untuk menghasilkan listrik sebesar 3 kW dibutuhkan array seluas kira-kira 20 - 30 meter persegi. Beberapa gambar panel surya seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2 berikut ini.

Gambar 2.2 Panel Surya (Solar Cell)

Sel silikon di dalam solar cells panel yang disinari matahari/ surya, membuat photon bergerak menuju electron dan menghasilkan arus dan tegangan listrik. Sebuah sel silikon menghasilkan kurang lebih tegangan 0.5 Volt. Jadi sebuah panel surya 12 Volt terdiri dari kurang lebih 36 sel surya (untuk menghasilkan 17 Volt tegangan maksimun).

Solar cells panel module memiliki kapasitas output: Watt hour. Solar cell 50 WP 12 V, memberikan output daya sebesar 50 Watt per hour dan tegangan adalah 12 Volt. Untuk perhitungan daya yang dihasilkan per hari adalah 50 Watt x 5 jam (maximun peak intensitas matahari). Kapasitas 10 WP artinya menghasil 10 watt dalam 1 jam apabila terjadi penyinaran matahari dalam 5 jam dan menghasilkan arus dc 0,5 Ampere.

2.2.1 Modul Surya

Modul Surya ( Photovoltaic), berfungsi mengubah energi matahari menjadi arus listrik DC yang diteruskan ke alat BCU untuk selanjutnya disimpan pada baterai. Modul surya terdiri dari beberapa sel surya (Solar cell) yang disambung secara seri untuk menghasilkan system tegangan tertentu. Apabila dilihat secara melintang, modul surya terdiri dari beberapa lapisan seperti terlihat pada Gambar 2.3 dibawah ini :

Gambar 2.3 Modul Surya dan Penampang Lintang Modul Surya

Sel surya adalah suatu komponen elektronika yang dapat mengubah energi surya menjadi energi listrik dalam bentuk arus searah (DC). Modul surya adalah unit rangkaian lengkap (dilapisi bahan kedap air dan tahan terhadap perubahan cuaca), tersusun dari sejumlah sel surya yang dirangkai secara seri dan paralel. Hal ini bertujan untuk meningkatkan tegangan dari arus yang dihasilkan sehingga cukup untuk pemakaian system catu daya beban.

Bila foton yang terdiri dari jutaan partikel berenergi tinggi akibat radiasi sinar matahari menumbuk atom silikon dari sel surya dan menghasilkan energi yang cukup mendorong elektron terluar keluar dari orbitnya, maka akan timbul elektron-elektron bebas yang siap mengalir di ujung-ujung terminal sel surya. Kemudian bila beban seperti lampu dipasang di antara terminal negatif dan positif dari sel surya, maka elektron-elektron akan mengalir sebagai arus Iistrik

searah yang dapat menghidupkan lampu tersebut, Energi matahari tersedia terus-menerus, maka arus listrik akan dialirkan ke beban terus menerus. Semakin besar radiasi matahari yang mengenai sel surya, maka semakin besar pula arus yang dihasilkan oleh sel surya tersebut. Sel surya akan selalu memproduksi energi listrik bila disinari oleh matahari. Oleh karenanya sel surya tidak akan pernah habis atau rusak dalam membangkitkan listrik. Biasanya kerusakan terjadi disebabkan karena sel surya tersebut pecah atau karena faktor lain, sehingga bila sel surya dilindungi dengan baik, maka usianya bisa mencapai dua puluh tahun.

2.2.2 Jenis – jenis Solar Cell

Berdasarkan pada tipe bahan solar cell nya, modul surya yang umum dipakal dikategoñkan kedalam 3 tipe dengan efisiensi konversinya yaltu perbandingan antara daya yang dihasilkan modul surya dengan radiasi mataai yang ditangkap modul surya dalam satuan (%):

a. Type Mono Crystalline; terbuat dari silicon kristal tunggal, efisiensi konversi paling tinggi(12%-18%). Secara visual dapat dilihat dimana wama solar cell merata. Harga tipe modul ini relatif paling mahal.

b. Type Poly Crystalline;terbuat dari silicon kristal banyak (Poly), saat ini paling banyak dipakai, efisiensi lebih rendah dari monokristal tetapi lebih tinggi dari amorphous. (10%-15%). Secara visual dapat dilihat dimana wama permukaan solar cell tidak merat&seragam. Harga tipe modul ni relatif lebih murah dari monokristal.

c. Type Amorphous; terbuat dari silicon yang tidak terbentuk kristalnya, oleh karenanya disebut juga sebagai non kristalin. Secara visual tipe modul surya ini dapat dilihat dari solar cell nya yg berupa lembaran (sheet, dan bukan kotak-kotak kecil seperti tipe kristalin) dan juga dari ukuran fisiknya. Karena efisiensi konversinya yang rendah (paling

rendah diantara kedua type di atas berkirsar 8%-12%), maka ukuran modul surya tipe ini hampir dua kali lipat dari ukuran modul surya kristalin dengan kapasitas yang sama. Beberapa tahun yang lalu tipe ini ditinggalkan para pemakainya karena ketidakstabilan outputnya apabila terkena matahari langsung. Belakangan beberapa produsen meng-claim bahwa teknologi amorphous telah diperbaiki dan dapat menghasilkan listrik yang lebih stabil. Tipe ini paling murah di antara dua tipe lainnya.

Output standar setiap modul surya umumnya dicantumkan pada label yang di lekatkan di bagian belakang dari modul surya. Output tersebut di ukur pada STC (Standard Test Condition 1 kW/m2 pada distribusi spectral AM 1,5 dan Temperatur cell 25°C). Sedangkan output harian yang dihasilkan oleh modul surya sangat tergantung pada tingkat radiasi matahari yang menyinari modul surya.

2.2.3 Prinsip Kerja Solar Cell

Secara sederhana solar cell terdiri dari persambungan bahan semikonduktor bertipe p dan n (p-n junction semiconductor) yang jika tertimpa sinar matahari maka akan terjadi aliran electron, aliran electron inilah yang disebut sebagai aliran arus listrik. Bagian utama perubah energi sinar matahari menjadi listrik adalah absorber (penyerap), meskipun demikian, masing-masing lapisan juga sangat berpengaruh terhadap efisiensi dari solar cell. Sinar matahari terdiri dari bermacam-macam jenis gelombang elektromagnetik yang secara spectrum dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Spektrum radiasi sinar matahari

Lebih detail lagi bisa dijelaskan sinar matahari yang terdiri dari photon- photon, jika menimpa permukaaan bahan solar sel (absorber) akan diserap, dipantulkan atau dilewatkan begitu saja dan hanya foton dengan level energi tertentu yang akan membebaskan elektron dari ikatan atomnya, sehingga mengalirlah arus listrik. Level energi tersebut disebut energi band-gap yang didefinisikan sebagai sejumlah energi yang dibutuhkan utk mengeluarkan electron dari ikatan kovalennya sehingga terjadilah aliran arus listrik. Untuk membebaskan electron dari ikatan kovalennya, energi foton (hc/v harus sedikit lebih besar atau diatas dari pada energi band-gap. Jika energi foton terlalu besar dari pada energi band-gap, maka extra energi tersebut akan dirubah dalam bentuk panas pada solar sel. Karenanya sangatlah penting pada solar sel untuk mengatur bahan yang dipergunakan, yaitu dengan memodifikasi struktur molekul dari semikonduktor yang dipergunakan. Tentu saja agar efisiensi dari solar cell bisa tinggi maka foton yang berasaldari sinar matahari harus bisa diserap yang sebanyak banyaknya, kemudian memperkecil refleksi dan rekombinasi serta memperbesar konduktivitas dari bahannya.

Untuk bisa membuat agar foton yang diserap dapat sebanyak banyaknya, maka absorber harus memiliki energi band-gap dengan range yang lebar, sehingga memungkinkan untuk bisa menyerap sinar matahari yang mempunyai energi sangat bermacam-macam tersebut. Salah satu

bahan yang sedang banyak diteliti adalah CuInSe2 yang dikenal merupakan salah satu dari direct

semikonductor.

Sebuah Sel Surya dalam menghasilkan energi listrik (energi sinar matahari menjadi photon) tidak tergantung pada besaran luas bidang Silikon, dan secara konstan akan menghasilkan energi berkisar ±0.5 volt — max. 600 mV pada 2 amp , dengan kekuatan radiasi solar matahari 1000 W/m2 = ”1 Sun” akan menghasilkan arus listrik (I) sekitar 30 mA/cm2 per sel surya.

Pada Gambar 2.5 grafik I-V Curve di bawah yang menggambarkan keadaan sebuah Sel Surya beroperasi secara normal. Sel Surya akan menghasilkan energi maximum jika nilai Vm dan

Im juga maximum. Sedangkan Isc adalah arus listrik maximum pada nilai volt = nol;

Isc berbanding langsung dengan tersedianya sinar matahari. Voc adalah volt maximum pada nilai

arus nol; Voc naik secara logaritma dengan peningkatan sinar matahari, karakter ini yang

memungkinkan Sel Surya untuk mengisi accu.

Gambar 2.5 Grafik kurva I-V Keterangan:

Isc = Short-circuit current

Voc = Open-circuit voltage

Im = Current maximum power

Pm = Power maximum-output dari PV array (watt)

2.2.4 Faktor Pengoperasian Solar Cell

Pengoperasian maximum Sel Surya sangat tergantung pada : a. Ambient air temperature

Sebuah Sel Surya dapat beroperasi secara maximum jika temperatur sel tetap normal (pada 25o C), kenaikan temperatur lebih tinggi dari temperature normal pada PV sel akan melemahkan voltage (Voc). Setiap kenaikan temperatur Sel Surya 1o C (dari 25o C) akan berkurang sekitar 0.4 % pada total tenaga yang dihasilkan atau akan melemah 2x lipat untuk kenaikkan temperatur Sel per 10o C.

b. Radiasi solar matahari (insolation)

Radiasi solar matahari di bumi dan berbagai lokasi bervariable, dan sangat tergantung keadaan spektrum solar ke bumi. Insolation solar matahari akan banyak berpengaruh pada current (I) sedikit pada volt.

c. Kecepatan angin bertiup

Kecepatan tiup angin disekitar lokasi PV array dapat membantu mendinginkan permukaan temperatur kaca-kaca PV array.

d. Keadaan atmosfir bumi

Keadaan atmosfir bumi — berawan, mendung, jenis partikel debu udara, asap, uap air udara (Rh), kabut dan polusi sangat mementukan hasil maximum arus listrik dari deretan PV.

e. Orientasi panel atau array PV

Orientasi dari rangkaian PV (array) ke arah matahari secara optimum adalah penting agar panel/deretan PV dapat menghasilkan energi maximum. Selain arah orientasi, sudut orientasi (tilt angle) dari panel/deretan PV juga sangat mempengaruhi hasil energi maximum (lihat penjelasan tilt angle). Sebagai guidline: untuk lokasi yang terletak di belahan Utara latitude, maka panel/deretan PV sebaiknya diorientasikan ke Selatan, orientasi ke Timur—Barat, walaupun juga dapat menghasilkan sejumlah energi dari panel- panel/deretan PV, tetapi tidak akan mendapatkan energi matahari optimum.

f. Posisi letak sel surya (array) terhadap sudut orientasi matahari (Tilt Angle)

Mempertahankan sinar matahari jatuh ke sebuah permukaan panel PV secara tegak lurus akan mendapatkan energi maximum 1000 W/m2 atau 1 kW/m2. Kalau sinar matahari dengan bidang PV tidak tegak lurus, maka extra luasan bidang panel PV dibutuhkan (bidang panel PV terhadap sun latitude yang berubah setiap jam dalam sehari).

Solar Panel PV pada Equator (latitude 0o) yang diletakkan mendatar (tilt angle = 0) akan menghasilkan energi maximum, sedangkan untuk lokasi dengan latitude berbeda harus dicarikan tilt angle yang optimum (maksimal).

2.3 Baterai (Battery)

Baterai adalah obyek kimia penyimpan arus listrik. Dalam sistem solar cell, energi listrik dalam baterai digunakan pada malam hari dan hari mendung. Karena intensitas sinar matahari bervariasi sepanjang hari, baterai memberikan energi yang konstan. Baterai tidak seratus persen efisien, beberapa energi hilang seperti panas dari reaksi kimia, selama charging dan discharging. Charging adalah saat energi listrik diberikan kepada baterai, discharging adalah pada saat energi

listrik diambil dari baterai. Satu cycle adalah charging dan discharging. Dalam sistem solar cell, satu hari dapat merupakan contoh satu cycle baterai (sepanjang hari charging, malam digunakan/ discharging).

Baterai tersedia dalam berbagai jenis dan ukuran. Ada dua jenis baterai yaitu "disposable" dan rechargeable. Baterai rechargeable digunakan oleh sistem solar cell adalah aki/ baterai lead-acid seperti terlihat pada Gambar 2.6 di bawah ini.

Gambar 2.6 Baterai

2.4 Battery Charger

Pengertian dari Battery Charger adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengisi battery dengan arus konstan hingga mencapai tegangan yang ditentukan. Bila level tegangan yang ditentukan itu telah tercapai, maka arus pengisian akan turun secara otomatis ke level yang aman tepatnya yang telah ditentukan dan menahan arus pengisian hingga menjadi lebih lambat sehingga indicator menyala menandakan battery telah terisi penuh. Rangkaian baterai charger dapat dilihat pada Gambar 2.7 di bawah ini.

Gambar 2.7 Rangkaian Baterai Charger

Didalam rangkaian battery charger terdapat rangkaian regulator dan rangkaian comparator. Rangkaian regulator berfungsi untuk mengatur tegangan keluaran agar tetap konstan, sedangkan rangkaian comparator berfungsi untuk menurunkan arus pengisian secara otomatis pada battery pada saat tegangan pada battery penuh ke level yang aman tentunya dan menahan arus pengisian hingga menjadi lebih lambat sehingga menyebabkan indicator aktif menandakan battery telah terisi penuh.

2.4.1 Metode Charge Discharge

Baterry (accumulator) merupakan salah satu komponen yangsangat penting untuk memberikan supply tenaga terutama pada kendaraan bermotor, akan tetapi dalam tugas proyek akhir ini yang berjudul Sistem Pengisian Battery Charger Pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin ini, accumulator digunakan untuk menyimpan energy listrik yang berasal dari generator dikarenakan kecepatan angin yang berubah-ubah sehingga tegangan keluaran dari generator dc

juga berubah-ubah. Penelitian atau percobaan tentang Proses Charge dan Discharge telah menghasilkan banyak sekali metode yaitu antara lain:

a. Proses Charge dan Discharge dengan Arus Konstan.

Proses Charge dan Proses Discharge dengan arus konstan yang ditunjukkan pada Gambar 2.8 dan Gambar 2.9 dapat diambil kesimpulan bahwa, proses charge discharge akan berakhir ketikawaktu yang telah diset terlampaui atau apabila kapasitas battery (accumulator) yang ditentukan telah terpenuhi.

Gambar 2.8 Proses Charge dengan Arus Konstan

Gambar 2.9 Proses Discharge dengan Arus Konstan

b. Proses Charge Discharge dengan Daya Konstan.

Proses Charge dengan daya konstan yang ditunjukkan pada Gambar 2.10 dilakukan ketika tegangan naik dan arus turun, proses ini berakhir ketika set time terpenuhi atau

tegangan pada battery terpenuhi. Sedangkan Proses Discharge dengan daya konstan yang ditunjukkan pada Gambar 2.11 dilakukan ketika tegangan baterryturun dan arus naik dan discharge berakhir saat set time terlampaui atau tegangan beban terpenuhi.

Gambar 2.10 Proses Charge dengan Daya Konstan

Gambar 2.11 Proses Discharge dengan Daya Konstan

c. Gambar 2.12 menunjukkan Proses Charge dengan arus konstan ketika tegangan terminal lebih rendah dari pada tegangan charge.

d. Gambar 2.13 menunjukkan Proses Discharge dengan resistansi konstan ketika tegangan baterry turun dan arus juga turun.

Gambar 2.13 Proses Charge dengan resistansi konstan

Untuk mengetahui waktu dalam proses pengisian accumulator, dapat menggunakan perhitungan pada persamaan (2.4.1) dan persamaan (2.4.2) berikut ini.

Lama pengisian Arus:

Ta _{= (2.4.1)}

Keterangan :

Ta = Lamanya pengisian arus (jam).

Ah = Besarnya kapasitet accumulator (Ampere hours). A = Besarnya arus pengisian ke accumulator (Ampere).

Lama pengisian Daya:

Keterangan :

Td = Lamanya pengisian Daya (jam).

Daya Ah = Besarnya daya yang didapat dari perkalian Ah dengan besar tegangan accumulator (Watt hours).

Daya A = Besarnya daya yang didapat dari perkalian A dengan besar tegangan accumulator (Watt).

2.5 Solar PV Controller

PV (Photovoltaic) Controller bekerja seperti alat pengatur tegangan. Fungsi utama dari PV controller ini adalah untuk menghindari baterai dari pengisian ulang yang berlebihan (overcharged) dari solar cells. Beberapa PV controller juga melindungi baterai dari kehabisan dini (overdrain) oleh beban (alat listrik). Overcharge dan overdrain mengurangi umur baterai. PV Controller menghindari overdischarging dengan:

- Mengaktifkan indikator ataupun buzzer untuk menyatakan tegangan baterai yang rendah - Mendiskonek beban pada nilai tegangan baterai tertentu

PV controller secara konstan mengawasi tegangan baterai. Ketika baterai sudah terisi penuh, pengontrol akan berhenti atau mengurangi jumlah arus yang mengalir dari solar cells ke dalam baterai. Ketika baterai sudah habis sampai tingkat terendah, PV controller akan mematikan arus yang mengalir dari baterai ke beban (alat listrik).

PV controller tersedia dalam berbagai ukuran, dari beberapa ampere sampai dengan 80amps. Untuk arus yang tinggi, dua atau lebih pengontrol PV dapat digunakan. Saat menggunakan lebih dari satu PV controller, diperlukan untuk membagi solar cells dalam beberapa kelompok. Berikut diagram kerja controller seperti ditunjukkan pada Gambar 2.14.

Gambar 2.14 Diagram Kerja Controller

2.5.1 Jenis PV Controller Ada 4 jenis controller : a. Shunt PV Controller

Shunt PV controller diciptakan untuk sistem yang sangat kecil. Mereka menghindari pengisian ulang yang berlebihan dengan shunting atau sirkuit/lingkaran pende saat mengalihkan arus dari solar cells melalui power transistor saat nilai pre-set tegangan tercapai. Transistor bertindak sebagai resistant dan mengubah arus dari solar cells menjadi panas. Shunt controller memiliki heat sinks untuk membantu menghilangkan produksi panas. Shunt controller juga memiliki blocking diode untuk menghindari arus dari arus balik dari

b. Single Stage Controller

Single stage controller menghindari pengisian baterai secara berlebihan dengan mematikan sakelar dari

ditentukan. Di luar dari nilai tersebut, arus dari solar cells akan mengisi Single stage controller menggunakan relay atau transistor untuk memutuskan aliran arus pada saat pengisi muatan yang lebih besar dari tipe shunt. controller.

c. Diversion Controller

Controller ini otomatis mengatur arus yang mengalir ke tegangan baterai yang sedang diisi, arus yang berlebih dialihkan ke resistor load. Arus dari penuh, controller mengalihkan sebagaian arus ke muatan resistors.

d. Pulse Width Modulation (PWM) Controller

PWM controller adalah pengontrol yang saat ini tersedia di pasaran. seperti namanya menggunakan 'lebar' pulse dari on dan off elektrikal, sehingga menciptakan seakan-akan sine wave electrical form. Lamanya arus pulse yang sedang diisi ulang secara perlahan-lahan berkurang sebagaimana tegangan dalam baterai.

2.6 Inverter

Inverter adalah perangkat elektrika yang digunakan untuk mengubah arus listrik searah (DC) menjadi arus listrik bolak balik (AC). Inverter mengkonversi DC dari perangkat seperti batere, accu, panel surya / solar cell menjadi AC. Tujuan dasar dari sistem inverter panel surya adalah untuk mengubah listrik arus searah dari modul PV (saat terhubung dengan utilitas grid) dan baterai (berdiri sendiri atau diikat dengan baterai cadangan) untuk listrik arus alternating,

dan untuk daya beban arus bolak balik. Berikut ini adalah skema rangkaian sederhana 12V DC to 220V AC seperti ditunjukkan pada Gambar 2.15.

Gambar 2.15 Skema Rangkaian Inverter

2.7 Lampu LED ( Light Emitting Diode)

LED (Light Emitting Diode) adalah dioda semi konduktor dan dapat menyala jika mendapat arus, biasanya LED ditambahkan dengan reflektor yang berguna sebagai dari pantulan dari LED tersebut, warna cahaya yang dipancarkan tergantung pada material semikondukting yang digunakan, dapat kita lihat didalam dioda terdapat Anode dan katoda.

Lampu LED (Light Emitting Diode) pada saat ini tidak hanya ditemui sebagai lampu indikator-indikator peralatan elektronika. Karena lampu LED bisa seterang lampu pijar bahkan neon dapat saya contohkan lampu Ostar Lighting LED buatan Osram yang siap dipasarkan dapat memancarkan cahaya 1000 lumens sehingga cukup untuk menerangi ruangan dari ketinggian sekitar 2 meter. Lumen merupakan satuan yang menunjukkan kekuatan cahaya yang dipancarkan. Sebagai gambaran, sebuah lampu pijar 60 watt dapat memancarkan cahaya 730 lumen dan lampu halogen 50 watt memancarkan 900 lumen. Gambar 2.16 menunjukkan contoh lampu LED yang dipakai dalam system penerangan tenaga surya.

Gambar 2.16 Lampu LED

Sebagai pengganti lampu, LED sangat potensial. Selain ukurannya kecil, LED juga hemat daya sebab efisiensinya tinggi. Ostar Lighting LED saja menghasilkan 75 lumen per watt dengan arus kerja 350 miliampere. Rasio perubahan energi listrik menjadi cahaya jauh lebih besar daripada lampu pijar. Selain itu, untuk membuat LED tidak dibutuhkan logam beracun timbal atau merkuri sehingga lebih ramah lingkungan. Daya tahannya juga mencapai 10 kali lipat daripada lampu halogen dan 50 kali lipat dibandingkan lampu pijar sehingga secara kesleuruhan lebih murah. Namun, selama bertahun-tahun LED belum digunakan sebagai sumber penerangan ruangan karena tidak dapat menghasilkan cahaya yang terang. Berbagai jenis LED telah dibuat dan dipakai sebagai lampu latar pada layar ponsel, lampu indikator berbagai alat elektronik, atau lampu papan reklame.

BAB III

TEKNIK DAN PERENCANAAN SISTEM PENERANGAN

3.1 Teknik Penerangan

Cahaya adalah suatu gejala fisis. Sumber cahaya memancarkan energi yang sebagian energi tersebut menjadi cahaya tampak. Perambatan cahaya di ruang bebas dilakukan oleh gelombang-gelombang elektromagnetik. Jadi cahaya itu merupakan suatu gejala getaran.

3.1.1 Satuan Penerangan Sistem Internasional

a. 1 watt cahaya adalah energi yang dipancarkan oleh suatu sumber cahaya sebesar 1 watt dengan panjang gelombang 555 mµ

b. 1 watt cahaya = 680 lumen

c. Flux cahaya (lumen) adalah jumlah seluruh cahaya yang dipancarkan oleh suatu sumber cahaya dalam satu detik.

d. Flux cahaya spesifik = lumen/watt

e. Steradian. Misalkan dari permukaan sebuah bola (gambar 3.1) dengan jari-jari r ditentukan suatu bidang dengan luas r2. Kalau ujung suatu jari-jari kemudian menjalani tepi bidang itu, maka sudut ruang yang dipotong dari bola oleh jari-jari ini disebut satu steradian. Karena luas permukaan bola sama dengan 4πr2, maka di sekitar titik tengah bola dapat diletakkan 4π sudut ruang yang masing-masing sama dengan satu steradian. f. Intensitas cahaya (candela) = flux cahaya persatuan sudut ruang (steradian) yang

dipancarkan ke suatu arah tertentu. Intensitas cahaya diketahui melalui Persamaan 3.1 di bawah ini.

I = (cd) (3.1)

dimana :

I = Intensitas cahaya (cd) = Flux cahaya (Lm) = Sudut ruang (steradian)

g. Tingkat/kuat penerangan (Iliminasi – Lux), didefinisikan sebagai sejumlah arus cahaya yang jatuh pada suatu permukaan seluas 1 (satu) meter persegi sejauh 1 (satu) meter dari sumber cahaya 1 (satu) lumen.

Intensitas penerangan atau iluminasi (E) = flux cahaya persatuan luas permukaan A (m2), seperti ditunjukkan pada Persamaan 3.2 berikut ini.

Erata-rata = lux (3.2)

Intensitas penerangan di suatu bidang dapat dihitung melalui Persamaan 3.3 di bawah ini:

Ep = lux (3.3)

dimana:

Ep = intensitas penerangan di suatu titik P dari bidang yang diterangi (lux)

I = intensitas sumber cahaya (cd)

3.1.2 Diagram Polar Intensitas Cahaya

Diagram polar intensitas cahaya adalah suatu karakteristik untuk pembagian cahaya sebuah lampu atau armatur. Diagram ini umumnya diberikan untuk lampu 1000 lumen. Gambar 3.1 menunjukkan diagram polar intensitas cahaya dan armatur.

Gambar 3.1 Diagram Polar Intensitas Cahaya dan Armatur

Diagram polar intensitas cahaya digunakan untuk melindungi intensitas penerangan suatu titik menurut persamaan 3.4 berikut :

Ep = lux (3.4)

Persamaan 3.5 menunjukkan intensitas penerangan E’ di bidang a’ – b’ tegak lurus pada arah I menurut hukum kuadrat :

E’ = lux (3.5)

Intensitas penerangan E di bidang horizontal a – b, ialah proyeksi dari E’ pada garis tegak lurus pada bidang a – b di titik P. Jadi :

E = E’ cos α (3.6)

Dari persamaan (3.5) dan (3.6) diperoleh :

E = cos α lux (3.7)

Rumus ini dikenal sebagai Hukum Cosinus.

3.1.3 Sistem Penerangan dan Armatur

Penyebaran cahaya dari suatu sumber cahaya tergantung pada : 1. Konstruksi sumber cahaya

2. Konstruksi armature yang digunakan

Konstruksi armature yang digunakan antara lain ditentukan oleh :

• Cara pemasangannya pada dinding atau langit-langit

• Cara pemasangan fiting atau fiting-fiting di dalam armature

• Perlindungan sumber cahaya

• Penyesuaian bentuknya dengan lingkungan

Berdasarkan pembagian flux cahayanya oleh sumber cahaya dan armature yang digunakan, dapat dibedakan sistem-sistem penerangan seperti ditunjukkan pada tabel 3.1 di bawah ini.

Table 3.1 Pembagian flux cahaya terhadap bidang kerja

Sistem Penerangan Langsung ke bidang kerja

a. Penerangan langsung 90 – 100 %

b. Terutama penerangan langsung 60 – 90 % c. Penerengan campuran atau penerangan baur 40 – 60 % d. Terutama penerangan tidak langsung 10 – 40 % e. Penerangan tidak langsung 0 – 10 %

Faktor-faktor yang mempengaruhi pemilihan sistem penerangan adalah : a. Intensitas penerangannya di bidang kerja

b. Intensitas penerangan umumnya dalam ruangan c. Biaya instalasinya

d. Biaya pemakaian energinya dan biaya pemeliharaan

Perbandingan antara intensitas penerangan minimum dan maksimum di bidang kerja sekurang-kurangnya = 0,7. Perbandingan dengan sekelilingnya sekurang-sekurang-kurangnya = 0,3

Intensitas penerangan ditentukan oleh :

a. Tempat dimana pekerjaan akan dilakukan b. Sifat pekerjaan

3.1.4 Efisiensi Penerangan

Efisiensi penerangan dapat ditentukan melalui persamaan 3.7 di bawah ini.

η = (3.8)

dimana :

∅o = flux cahaya yang dipancarkan oleh semua sumber cahaya yang ada dalam ruangan

∅g = flux cahaya berguna yang mencapai bidang kerja, langsung atau tidak langsung setelah

dipantulkan oleh dinding dan langit-langit.

dan ∅g = E x A (3.9)

dari persamaan (3.7) dan (3.8) diperoleh rumus flux cahaya

∅o =

Lm

(3.10)

dimana :

E = intensitas penerangan yang diperlukan di bidang kerja (lux) A = luas bidang kerja (m2)

Untuk menentukan efisiensi penerangannya harus diperhitungkan : a. Efisiensi armaturnya (v)

b. Faktor refleksi dinding (rw), faktor refleksi langit-langit (rp) dan faktor refleksi bidang

pengukurannya (rm).

Faktor-faktor refleksi ditentukan berdasarkan warna dinding dan langit-langit ruangan : - warna putih dan warna sangat muda = 0,7

- warna muda = 0,5 - warna sedang = 0,3 - warna gelap = 0,1

khusus faktor refleksi bidang pengukurannya (rm) ditetapkan = 0,1

c. Indeks ruangan atau indeks bentuk (k) ditentukan dengan persamaan 3.10 berikut.

k =

(3.11)

dimana :

p = panjang ruangan (m) l = lebar ruangan (m)

h = tinggi sumber cahaya di atas bidang kerja (m)

Bidang kerja umumnya diambil 80 cm – 90 cm di atas lantai.

3.1.5 Penentuan Jumlah Lampu atau Armatur Jumlah lampu :

nL =

=

(3.12)

atau,

nA =

=

(3.13)

dimana :

nL = jumlah lampu

nA = jumlah armatur

∅L = flux cahaya lampu

∅a = flux cahaya armatur

E = intensitas penerangan yang diperlukan A = luas bidang kerja

η = efisiensi penerangan d = faktor depresiasi

3.2 Sistem Penerangan Luar

Lampu penerangan jalan adalah bagian dari bangunan pelengkap jalan yang dapat diletakkan/dipasang di kiri/kanan jalan dan atau di tengah (di bagian median jalan) yang digunakan untuk menerangi jalan maupun ling kungan di sekitar jalan yang diperlukan termasuk persimpangan jalan (intersection), jalan layang (interchange, overpass, fly over), jembatan dan jalan di bawah tanah (underpass, terowongan).

Lampu penerangan yang dimaksud adalah suatu unit lengkap yang terdiri dari sumber cahaya (lampu/luminer), elemen-elemen optik (pemantul/reflector, pembias/refractor, penyebar/diffuser). Elemen-elemen elektrik (konektor ke sumber tenaga/power supply. dll.), struktur penopang yang terdiri dari lengan penopang, tiang penopang vertikal dan pondasi tiang lampu.

3.2.1 Fungsi Penerangan Jalan

Penerangan jalan di kawasan perkotaan mempunyai fungsi antara lain : a. Menghasilkan kekontrasan antara obyek dan permukaan jalan; b. Sebagai alat bantu navigasi pengguna jalan;

c. Meningkatkan keselamatan dan kenyamanan pengguna jalan, khususnya pada malam hari;

d. Mendukung keamanan lingkungan; e. Memberikan keindahan lingkungan jalan.

3.2.2 Acuan Normatif

Spesifikasi penerangan jalan di kawasan perkotaan ini merujuk pada acuan sebagai berikut: a. Undang Undang RI Nomor 14 Tahun 1992 tentang Lalu Lintas dan Angkutan Jalan; b. Undang Undang RI Nomor 38 Tahun 2004 tentang Jalan;

c. Peraturan Pemerintah RI Nomor 26 Tahun 1985 tentang Jalan;

d. Peraturan Pemerintah RI Nomor 43 Tahun 1993 tentang Prasarana dan Lalu Lintas Jalan; e. SNI No. 03-2447-1991, Spesifikasi Trotoar;

f. SNI No. 04-6262-2000, Rekomendasi untuk pencahayaan kendaraan bermotor dan pejalan kaki;

g. AASHTO, 1984, An Informational Guide for Roadway Lighting.

3.2.3 Perbandingan Kemerataan Pencahayaan (Uniformity Ratio)

Uniformity Ratio adalah perbandingan harga antara nilai minimum dengan nilai rata-rata atau nilai maksimumnya dari suatu besaran kuat penerangan atau luminasi pada suatu

permukaan jalan. Uniformity Ratio 3 : 1 berarti rata-rata nilai kuat penerangan/luminasi adalah 3 (tiga) kali nilai kuat penerangan/luminasi pada suatu titik dari penerangan minimum pada permukaan/perkerasan jalan.

Rasio maksimum antara kemerataan pencahayaan maksimum dan minimum menurut lokasi penempatan tertentu adalah seperti yang ditentukan pada Tabel 3.2.

Tabel 3.2 Rasio kemerataan pencahayaan

Lokasi Penempatan Rasio Maksimum Jalur lalu lintas :

- di daerah permukiman

- di daerah komersil/pusat kota

6 : 1 3 : 1 Jalur pejalan kaki :

- di daerah permukiman

- di daerah komersil/pusat kota

10 : 1 4 : 1 Tempat-tempat peristirahatan (rest area) 6 : 1

Terowongan 3 : 1

3.2.4 Pandangan Silau dan Pandangan Silhoutte

a. Pandangan Silau adalah pandangan yang terjadi ketika suatu cahaya/sinar terang masuk di dalam area pandangan/penglihatan pengendara yang dapat mengakibatkan ketidak nyamanan pandangan bahkan ketidak mampuan pandangan jika cahaya tersebut datang secara tiba-tiba.

b. Pandangan Silhoutte adalah pandangan yang terjadi pada suatu kondisi dimana obvek yang gelap berada di latar belakang yang sangat terang, seperti pada kondisi lengkung alinvemen vertikal yang cembung, persimpangan yang luas, pantulan dari perkerasan yang basah, dll.

Kedua pandangan ini harus diperhatikan dalam perencanaan penempatan/pemasangan lampu penerangan jalan kota.

3.2.5 Sistem Penempatan Lampu Penerangan Jalan

Sistem penempatan lampu penerangan adalah susunan penempatan/penataan lampu yang satu terhadap lampu yang lain. Sistem penempatan ada 2 (dua) sistem, yaitu :

a. Sistem Penempatan Menerus

Sistem penempatan menerus adalah sistem penempatan lampu penerangan jalan yang menerus/kontinyu di sepanjang jalan/jembatan.

b. Sistem Penempatan Parsial (setempat)

Sistem penempatan parsial adalah sistem penempatan lampu penerangan jalan pada suatu daerah-daerah tertentu atau pada suatu panjang jarak tertentu sesuai dengan keperluannya.

3.2.6 Dasar Perencanaan Penerangan Jalan

a. Perencanaan penerangan jalan terkait dengan hal-hal berikut ini :

- Volume lalu-lintas, baik kendaraan maupun lingkungan yang bersinggungan seperti pejalan kaki, pengayuh sepeda, dll;

- Geometri jalan, seperti alinyemen horisontal, alinyemen vertikal, dll;

- Tekstur perkerasan dan jenis perkerasan yang mempengaruhi pantulan cahaya lampu penerangan;

- Pemilihan jenis dan kualitas sumber cahaya/lampu, data fotometrik lampu dan lokasi sumber listrik;

- Tingkat kebutuhan, biaya operasi, biaya pemeliharaan, dan lain-lain, agar perencanaan sistem lampu penerangan efektif dan ekonomis;

- Rencana jangka panjang pengembangan jalan dan pengembangan daerah sekitarnya; - Data kecelakaan dan kerawanan di lokasi.

b. Beberapa tempat yang memerlukan perhatian khusus dalam perencanaan penerangan jalan antara lain sebagai berikut :

- Lebar ruang milik jalan yang bervariasi dalam satu ruas jalan;

- Tempat-tempat dimana kondisi lengkung horisontal (tikungan) tajam; - Tempat yang luas seperti persimpangan, interchange, tempat parkir, dll; - Jalan-jalan berpohon;

- Jalan-jalan dengan lebar median yang sempit, terutama untuk pemasangan lampu di bagian median;

- Jembatan sempit/panjang, jalan layang dan jalan bawah tanah (terowongan);

- Tempat-tempat lain dimana lingkungan jalan banyak berinterferensi dengan jalannya.

3.3 Perencanaan dan Perancangan Sistem Penerangan Tenaga Surya

Sel surya adalah salah satu energi alternatif yang terbarukan, dapat secara langsung mengkonversi energi matahari menjadi energi listrik. Secara umum cara penggunaan energi

matahari ini dibagi dua yaitu aktif dan pasif. Penggunaan secara aktif yaitu menggunakan teknologi panel surya untuk mengumpulkan energi listrik. Sementara cara penggunaan secara pasif adalah dengan cara mengatur arah bangunan, menggunakan material yang menyerap panas dan desain bangunan yang secara alami memperlancar sirkulasi udara didalam bangunan.

3.3.1 Konfigurasi Sistem

Pada perencanaan dan pembuatan perangkat keras baterai charge dan lampu LED sebagai sumber lampu untuk kebutuhan bebanPenerangan Jalan Umum (PJU) megacu pada blok diagram yang ditunjukan pada Gambar 3.3. Sebelum tegangan keluaran dari Solar Cell masuk ke dalam Battery terlebih dulu diatur didalam Rangkaian Battery Charger.

Gambar 3.3 Block Diagram Sistem penerangan dengan Solar Cell

3.3.2 Instalasi Solar Cell

Solar cells panel terdiri dari silikon, silikon mengubah intensitas sinar matahari menjadi energi listrik, saat intensitas cahaya berkurang (berawan, hujan, mendung) energi listrik yang dihasilkan juga akan berkurang. Dengan menambah solar cells panel (memperluas) berarti menambah konversi tenaga surya. Sel silikon di dalam solar cells panel yang disinari matahari/

surya, membuat photon bergerak menuju electron dan menghasilkan arus dan tegangan listrik. Arus listrik yang dihasilkan adalah listrik dengan arus searah (DC) sebesar 3,5 A. Besar tegangan yang dihasilkan adalah 0,4-0,5V. Jadi sebuah panel surya 12 Volt terdiri dari kurang lebih 36 sel surya (untuk menghasilkan 17 Volt tegangan maksimum). Listrik yang dihasilkan oleh panel surya dapat langsung digunakan atau disimpan lebih dahulu ke dalam baterei kering. Tergantung dari kebutuhannya, didapatkan perhitungan berapa jumlah solar cells panel dan baterai yang dibutuhkan.

Perhitungan Teknis :

Daya yang dihasilkan oleh panel surya maksimum diukur dengan besaran Wattpeak (Wp), yang konversinya terhadap Watthour (Wh) tergantung intensitas cahaya matahari yang mengenai permukaan panel. Selanjutnya daya yang dikeluarkan oleh panel surya adalah daya panel dikalikan lama penyinaran.

Misalnya sebuah panel surya berkapasitas 50 Wp disinari matahari dengan intensitas maksimum selama 8 jam maka daya yang dihasilkan adalah 50 kali 8 Wh atau 400 Wh. Daya sebanyak ini dapat digunakan untuk menyalakan 4 buah lampu 25 Watt selama 4 jam atau sebuah televisi hitam putih 40 Watt selama 10 jam.

Di Indonesia, daya (Wh) yang dihasilkan perhari biasanya sekitar 3-5 kali daya panel maksimum (Wp), 3 kali untuk cuaca mendung, dan 5 kali untuk kondisi panas terik. Misalnya untuk sebuah panel surya berdaya maksimum 50 Wp, daya yang dihasilkan pada cuaca mendung perhari adalah 3 kali 50 Wp atau 150 Wp, dan pada cuaca cerah adalah 5 kali 50 Wp atau 250 Wp.

Panel-panel surya dapat disusun secara seri atau paralel. Rangkaian paralel digunakan pada panel panel dengan tegangan output yang sama untuk memperoleh penjumlahan arus

keluaran. Tegangan yang lebih tinggi diperoleh dengan merangkai panel-panel dengan arus keluaran yang sama secara seri. Misalnya untuk memperoleh keluaran sebesar 12 Volt dan arus 12 A, kita dapat merangkai 4 buah panel masing-masing dengan keluaran 12 Volt dan 3 A secara paralel. Sementara kalau keempat panel tersebut dirangkai secara seri akan diperoleh keluaran tegangan sebesar 48 Volt dan arus 3 A.

Berikut ini merupakan peralatan yang dibutuhkan dalam instalasi Lampu listrik tenaga surya :

g. Modul Solar Cell Mono/Polycrystalline h. Lampu LED/CFL + Cobra Head Lamp i. Charge Controller Automatic Timer

j. Battery SLA/VLRA Deep Cycle Free Maintenance k. Battery Box

l. Solar Panel Support m. Various Brackets n. Wiring Harnesses

Gambar 3.4 menunjukkan rangkaian instalasi penerangan secara umum dengan menggunakan teknologi tenaga surya.

3.3.3 Tipe-tipe Pemasangan Sel Surya

Dalam pemasangannya, sel surya dapat dibedakan menjadi :

a. Tipe stand-alone, dimana tipe ini biasanya digunakan untuk beban listrik terisolasi atau di daerah terpencil, kapasitas kecil.

b. Tipe isolated grid , tipe ini biasanya digunakan untuk beban listrik besar terisolasi dan terkonsentrasi, bisa dikombinasikan dengan sumber energi lain dalam operasi hybrid. c. Tipe grid connected , tipe ini digunakan pada daerah yang telah memiliki sistem jaringan

listrik komersial, dan sistem langsung output energi surya ke dalam jaringan listrik. Untuk daerah perkotaan yang sudah terjangkau aliran listrik PLN, biasanya sel surya dipasang secara grid connected. Revolusi aplikasi sel surya pada bangunan arsitektur telah mengalami perkembangan yang pesat, mulai dari teknologi biasa sampai teknologi tinggi pada generasi ke-3, yaitu :

a. Generasi Pertama (tahun 1980 an), panel-panel/deretan sel surya modul dengan rangka besi hanya diletakkan (mounting) pada bidang atap datar bangunan dengan alat penyangga (tracking).

b. Generasi Kedua (tahun 1990 an), sel surya dikembangkan lebih menyatu menjadi bagian material bangunan yaitu : bahan atap (genting, sirap).

c. Generasi Ketiga (tahun 1997), sel surya dikembangkan menjadi kesatuan integrasi bangunan arsitektur dalam berbagai materi bangunan dan aplikasi canggih.

Pemasangan sel surya secara grid connected dengan jaringan listrik PLN, dapat digunakan sebagai :

a. Sebagai catu-daya back-up, dimana :

- Meningkatkan kualitas pelayanan daya listrik pada sistem yanglemah. b. Sebagai sarana Load Shaving , dimana :

- Energi surya disimpan dalam battery storage dan digunakan padasaat beban tinggi.

- Energi yang tersimpan dalam battery tersebut dapat digunakanuntuk membantu mengurangi beban puncak.

c. Sebagai Peak Cliping :

- Pada aplikasi grid-connected bisa terjadi koinsidensi beban puncak dan radiasi puncak - Pada kondisi ini energi surya dapat langsung berdampak pada penurunan konsumsi untuk beban puncak dari jaringan listrik.

Untuk mendapatkan keluaran energi Iistrik yang optimum di Indonesia, maka cukup dilakukan dengan memiringkan modul surya tersebut ke suatu arah dengan sudut kemiringan sebesar lintang lokasi solar cell tersebut berada. Sebagai contoh apabila lokasi tersebut berada di sebelah utara khatulistiwa maka modul surya tersebut dihadapkan ke selatan, dan sebaliknya bila diselatan khatulistiwa maka modul surya dihadapkan ke utara.

Selain pengaruh arah dari modul surya, temperatur juga dapat mempengaruhi energi listrik yang dihasilkannya. Semakin tinggi temperatur modul surya jenis silikon kristal, maka akan semakin berkurang tegangan yang dihasilkannya yaitu sebesar 0,04V sampai 0,10V per ºC. Oleh karena itu, dalam pemasangan modul surya diusahakan tidak dipasang langsung di atas atap, tetapi diberikan jarak antara 30 sampai 50cm, hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya akumulasi panas di bagian bawah modul surya.

Output standar setiap modul surya umumnya dicantumkan pada label yang di lekatkan di bagian belakang dari modul surya. Output tersebut di ukur pada STC (Standard Test Condition 1 kW/m2 pada distribusi spectral AM 1,5 dan Temperatur cell 25°C). Sedangkan output harian yang dihasilkan oleh modul surya sangat tergantung pada tingkat radiasi matahari yang menyinari modul surya.

3.3.4 Perencanaan Perhitungan Daya Solar Cell

Dalam penggunaan PJU yang dirancang memakai solar cell dengan daya sebesar 80 WP, dan solar yang akan dianalisa pada hal ini adalah solar cell dengan daya 50 WP dan 30 WP seperti terlihat pada Gambar 3.5 dan Gambar 3.6.

Gambar 3.5 Solar Cell 50 WP Gambar 3.6 Solar Cell 30 WP

- Max. Power : 50W - Max. Power : 30W - Voltage Pmax : 121V - Voltage Pmax : 90V - Current Pmax : 2,9A - Current Pmax : 2A

- Warranted Min.Pmax : 45W - Warranted Min.Pmax : 45W - Short circuit current : 2.9A - Short circuit current : 2,3A - Open circuit Voltage : 21,8V - Open circuit Voltage : 19V

Perencanaan Perhitungan Daya Solar Cell : a. Total Beban

‐ 1 Mikrokontroller 5 V = 2 Watt ‐ 1 relay 12V = 5 Watt

‐ RTC (Real Time Clock) = 2 Watt

‐Total daya keseluruhan diperkirakan = 50 Watt

b. Dengan perkiraan daya sebesar 50 Watt maka dibutuhkan Battery perkiraan arus sebagai berikut :

I =

I =

I = 4.2 A

Aki yang digunakan pada sitem ini adalah : Aki = Jam penggunaan x arus aki

= 12 x 4.2 = 50,4 Ah.

Pada perencanaan sistem memakai cadangan aki sebesar = 50,4 Ah, jika tidak adanya matahari untuk mencharger, jadi aki yang harus digunakan adalah 60Ah.

Diperoleh :

‐ Daya aki : lama pengecasan == 50,4 : 9 jam = 5,6

‐ Jadi solar cell yang diperlukan= 5.6 x 14.5 (tegangan charge) = 81.2Wp ‐ Jadi kita lebihkan menggunakan 100 Wp yang dibagi menjadi 2 = 50Wp x 2.

3.3.5 Battery Charger

Sumber Tegangan dari Keluaran Generator DC sebelum masuk ke dalam Battery terlebih dulu diatur dalam Rangkaian Regulator.Setelah diatur kemudian tegangan masuk ke dalam Rangkaian Comparator untuk diatur lagi pada tegangan nominal berapa Battery telah terisi penuh. Pada saat Tegangan pada Battery penuh maka Rangkaian Comparator akan memutuskan tegangan dan menurunkan arus pengisian secara otomatis, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Blok Diagram Sistem Kontrol Pada Battery Charger

Komponen Kontrol Battery Charger

Dalam Sistem ini akan menggunakan dua buah kontrol untuk mengatur pengisian battery pada rangkaian sistem pengisian battery charger, yang meliputi :

a. Regulator LM350

Rangkaian Regulator ini merupakan regulator pengatur tegangan yang mampu mengatur atau menjaga tegangan agar tetap berada pada nilai tegangan yang ditentukan. Konfigurasi dari Rangkaian dasar LM350 ditunjukkan pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Konfigurasi Rangkaian Dasar dari LM350

b. Comparator HA17458

Rangkaian Comparator ini berfungsi untuk mengontrol aliran arusyang mengalir dari battery charger ke battery. Gambar 3.9 menunjukkan Konfigurasi Pin dari HA17458.

Gambar 3.9 Konfigurasi Pin HA17458

Rangkaian Battery Charger

Battery Charger adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengisi battery dengan arus konstan hingga mencapai tegangan yang ditentukan. Bila level tegangan yang ditentukan itu telah tercapai, maka arus pengisian akan turun secara otomatis ke level yang aman tepatnya yang

telah ditentukan dan menahan arus pengisian hingga menjadi lebih lambat sehingga indicator menyala menandakan battery telah terisi penuh. Rangkaian Battery Charger ditunjukkan pada Gambar 3.10 di bawah ini.

Gambar 3.10 Rangkaian Battery Charger

Keterangan Gambar 3.10 :

Sumber tegangan battery charger berupa tegangan DC yang berasal dari tegangan keluaran Generator DC. LM350 adalah merupakan regulator pengatur tegangan yang mampu mengatur atau menjaga tegangan diantara titik C dan B agar berada pada 1.25 Volt. Dengan menambahkan resistor 1K diantara titik B dan gnd dapat meningkatkan tegangan keluaran. Untuk mengontrol tegangan keluaran yang lebih akurat lagi kita dapat menambahkan lagi resistor yang dirangkai secara seri, yaitu sebuah potensiometer 2K 10-turn yang dapat diatur. Secepatnya aki dihubungkan sehingga terjadi aliran arus, pengontrolan arusnya diatur menjadi dua oleh LM1458. Arus yangmengalir melalui resistor 0.1 ohm menyebabkan tegangan drop. Tegangan drop ini dibandingkan/dicompare dengan tegangan pada kaki potentiometer 100-ohm. Pada saat

drop tegangan ini lebih besar dari pengaturan pada potentiometer akan menyebabkan keluaran IC

LM1458 menjadi rendah dan arus start yang mengalir melalui diode menjadi kecildan hal ini pada dasarnya akan mengurangi arus yang mengalir melalui resistor - resistor yang diseri, yaitu resistor 1K + potentiometer 2K. Dengan ini arus distabilkan.

Titik diantara C dan B terdiri dari tiga resistor : 2.2 Ohm, potentiometer 100 Ohm, dan resistor 150 Ohm, 2.2 Ohm dan potentiometer 100 Ohm dihubungkan ke masukan noninverting (+) dari IC LM1458. Masukan Inverting (-) dihubungkan pada sambungan jalur (wiring) resistor 0.1 Ohm secara seri dengan keluaran. Selama drop tegangan, yang disebabkan oleh arus yang mengalir melalui resistor 0.1 Ohm lebih besar dari drop tegangan pada resistor 2.2 Ohm keluaran LM1458 akan tetap tinggi dan pada gilirannya menghalangi arus yangakan mengalir ke transistor BC558. Tetapi secepatnya arus pengisian turun di bawah nilai spesifik LM1458 dan mengaktifkan transistor yang mana menyebabkan LED menyala. Pada waktu yang sama arus kecil akan mengalir melewati resistor Rx', hal ini akan berakibat pada tegangan keluaran dari charger berubah turun hingga menjadi 13.6 Volt. Perubahan tegangan ini merupakan tegangan keluaran yang sangat aman, dan tidak menyebabkan pengisian yang berlebihan pada battery dan juga tidak menyebabkan pengisian yang berlebih (trickle).

Nilai Rx sebaiknya nilai yang bersifat percobaan yang telah ditentukan sebelumnya dan mungkin dapat dihitung secara matematika tetapi nilai eksaknya ditentukan oleh toleransi dari komponen-komponen spesifik dari rangkaian.

Perhitungan Rangkaian Gambar 3.10 :

Hitung tegangan diantara poin C dan B regulator LM350. Bila sebuah resistor dihubungkan diantara kedua poin ini, hanya arus mula yang mengalir, maka tegangan pada resistor ini terbaca

1.25 Volt. Dalam kasus ini, total resistor adalah 2.2 + 100 + 150 = 252.2 Ohm. Sebab kita berhubungan dengan perhitungan arus yang sangat kecil dalam satuan milliampere dan perhitungan resistansi dalam Kilo-Ohm. Dengan begitu, arus yang mengalir melalui resistor ini adalah 1.25 /0.2522 = 4.9564 mA. Arus yang sama juga mengalir melalui resistor 1K & 2K yang terangkai secara seri. Tegangan keluaran yang kita inginkan harus terbaca terbaca 14.1 Volt, berarti drop tegangan pada resistor yang terangkai secara seri ini harus 14.1 - 1.25 = 12.85 Volt. Dengan demikian, total nilai resistansi harus 12.85 / 4.9564 = 2.5926 Ohm. Untuk menentukan tegangan keluaran sebesar 14.1 V kita harus melakukan penyesuaian agar dapat memperoleh nilai tegangan tersebut, salah satu dari resistor dipilih sebagai 10-turn trimpot (trimmer potentiometer). Bersamaan dengan Resistor 1K yang dirangkai secara seri (total resistansinya menjadi 3K) kita dapat melakukan pengaturan pada trimpot untuk mendapatkan nilai tegangan sebesar 14.1 V ini.

Nilai Rx dihitung dengan cara ini. Dalam Proyek Akhir ini, kita menghendaki tegangan keluaran Battery Charger sebesar 14 Volt, dengan kata lain, tegangan pada titik hubungan antara 1K/2Kpot harus menunjukkan nilai tegangan 14 - 1.25 = 12.75 Volt. Hal ini berarti bahwa arus yang mengalir melalui pembagi tegangan adalah 12.75 /2.5926 = 4.9178 mA dan arus lebihnya terbaca 4.9564 - 4.9718 = 0.386mA yang mengalir melalui Rx dan juga menyebabkan drop tegangan sebesar 12.35 - 2.78 = 9.57 Volt. Pengukuran ini nilainya dihitung pada basis dari transistor BC558 yaitu sebesar 2.78 Volt setelah keluaran LM1458 telah menjadi rendah. Dengan arus 0.1929 mA maka nilai Rx sebesar 9.47 / 0.386 = 24.531 Kilo-Ohm. Cukup menggunakan sebuah resistor sebesar 47K. Tentu saja kita dapat juga menggunakan sebuah trimpot 50K untuk melakukan pengaturan dengan nilai yang lebih teliti lagi. 1K5 (1500 Ohm) yang dirangkai secara

seri dengan LED hal ini dilakukan untuk membatasi arus yang mengalir melalui LED supaya di bawah 20 mA.

Satu-satunya perhitungan yang tertinggal adalah menghitung nilai resistor yang dirangkai secara seri yang ditentukan dari perubahan kondisi pengisian ke kondisi float. Ini terjadi bila drop tegangan pada (sambungan jalur) resistor 0.1 Ohm pada sisi kaki positifnya lebih kecil daripada yang melalui resistor 2.2 Ohm. Nilainya adalah 2.2 x 4.9564 = 10.9 mV.

Nilai resistansi dari resistor yang dirangkai secara seri dengan keluaran sebesar 0.1 ohm, untuk mendapatkan drop tegangan sebesar 10.9 mV pada resistor ini maka arusnya harus 10.9 x 0.1 = 109 mA. Selanjutnya arus pengisian ini menjadi lebih kecil dari 109 mA, LM1458 mentrigger pada kondisi float .

Pengaturan pada trimpot 100-Ohm berfungsi untuk menentukan arus pengisian maksimum. Tegangan pada kaki trimpot ini bervariasi antara 10.9 mV s/d 506.54 mV. Pada cara ini besar arus pengisian dapat diatur nilai arusnya antara 0.1A s/d 5A, tetapi kita seharusnya tidak berpikir terlalu jauh sebab LM350 tidak dapat mengendalikan arus diatas 3 Ampere. Jika kita memilih suatu trimpot yang mempunyai nilai resistansi sebesar 50 ohm, tetapi 3A tidak bisa diperoleh. Kalau begitu, penyetelan yang saksama adalah cara yang terbaik. Dengan arus pengisian maksimum yang telah diketahui dengan jelas yaitu sebesar 3 Ampere, maka menghitung nilai disipasi dari resistor merupakan suatu pekerjaan yang mudah. Dengan kata lain, hasil dari resistansi dikalikan dengan arus (I2 x R).

Satu-satunya resistor yang sulit dalam mencari nilai disipasinya adalah resistor 0.1 ohm, akan tetapi nilai disipasinya tidak begitu besar,yaitu 3 x 3 x 0.1 = 0.9 Watt.

Daya 0.9 Watt adalah nilai disipasi dari resistor 0.1 Ohm. Untuk itu kita harus menambahkan beberapa tegangan. Kita mempunyai tegangan masukan 14.1 Volt, maka drop tegangan pada

resistor, 0.1 x 3= 0.33 Volt, dan tegangan minimum 3 Volt pada LM1458 sesuai dengan fungsinya, total 17.43 Volt. Nilai baku dari kapasitor pada sisi masukan adalah sebesar 4700 uF dengan nilai tegangan minimum sekitar 35-40Volt. Mengganti kapasitor pada sisi masukan dengan nilai yang tidak sesuai dengan ketentuan yang berlaku tidak begitu berbahaya dan hanya menghilangkan tegangan spikes kecil yang dapat mempengaruhi pengoperasian dari charger ini begitu juga sebaliknya. Kapasitor penyangga/buffer yang terletak pada poin C LM350 bernilai kira-kira 25Volt accros. Kapasitor buffer ini tidak digunakan untuk menstabilkan tegangan masukan, tetapi berfungsi untuk meningkatkan respon transient.

Setelah kita melakukan perhitungan nilai-nilai pada setiap komponen maka dapat dihitung Effisiensinya. Kita mempunyai tegangan masukan sebesar 18 V dan arus masukan sebesar 0.51 A, sehingga didapat Daya Masukan, 18 x 1.5 = 27 Watt . Sedangkan kita juga mempunyai tegangan keluaran sebesar 14 V dan arus keluaran sebesar 0.51 A, sehingga didapat Daya Keluaran, 14 x 1.5 = 21 Watt. Maka Effisiensi Rangkaian Battery Charger dapat diketahui dengan persamaan (3.13).

η =

x 100%

(3.13)

dengan :

η = Effisiensi;

Pout = Daya Keluaran (Watt);

Pin = Daya Masukan (Watt).

η =

x 100%

=

x 100%

= 77.7777 %

Effisiensi Rangkaian Battery Charger pada Proyek Akhir ini adalahsebesar 77.77 %.

3.3.5 Sensor Cahaya

Pada aplikasinya PJU terdapat sensor cahaya (LDR), dimana sensor cahaya (LDR) tersebut ada yang bertegangan ac dan dc, yang berfungsi sebagai hidup / mati dari lampu tersebut digunakan output dari sensor cahaya (LDR) . Penggunaan LDR sebagai sensor cahaya yang berfungsi pada malam hari, pada alat ini hasil dari sensor yang sangat sensitif dan presisi. Pada perancangan sistem penerangan ini menggunakan satu sensor cahaya (LDR) yang ditempatkan diantara solar cell.

Gambar 3.11 Rangkaian LDR 1 Gambar 3.12 Rangkaian LDR 2

Dari Gambar 3.11 rangkaian LDR 1 maka dapat kita lihat jika LDR tersebut terkena matahari akan mengeluarkan tegangan low (0) dan ketika sensor tidak terkena sinar matahari

akan mengeluarkan tegengan high (1), dan pada Gambar 3.12 Rangkaian LDR 2 dapat kita lihat jika LDR tersebut terkena matahari akan mengeluarkan tegangan high (1) dan ketika sensor tidak terkena sensor matahari akan mengeluarkan tegengan low (0). Pada Gambar 3.13 menunjukan gambar rangkaian LDR dengan op-amp.

Untuk mengetahui Vout dapat mengetahui dengan menghitung :

Vout =

x V

in (3.14)

Gambar 3.13 Rangkaian Sensor Cahaya

3.3.6 Sensor Tegangan

Sensor tegangan ini akan mensensor tegangan aki pada malam hari. Fungsinya digunakan jika aki kurang charge dari solar cell dikarenakan pada hari tersebut mendung dan tidak cahaya matahari. Sedangkan pada ADC, hanya mampu menerima tegangan dc maksimal 5 volt.

Maka dari itu, dalam perancangan sensor tegangan ini, akan digunakan rangkaian pembagi tegangan (voltage divider). Diharapkan dari tegangan aki 14.7 volt dapat diturunkan

menjadi + 4,5 volt, yaitudengan cara memberi dua buah resistor (voltage divider) yang dipasang seri. Nilai dari resistor tersebut dapat dicari dengan rumus sebagai berikut :

Vout =

x V

in (3.15)

dimana; Vout = Tegangan output dari resistor (V)

Vin = Tegangan sumber (V)

R1 dan R2 = Resistor (Ω)

Dari perumusan tersebut, apabila nilai Vin = 14.7 volt dan Vout = 4.47 volt, maka dapat ditentukan nilai dari resistor, yaitu sebesar 1 kΩ dan nilai resistor 470 Ω. Pada resistor 500 Ω, dihasilkan tegangan sebesar 4,47 volt. Setelah itu, tegangan tersebut disambungkan pada mikro. Tegangan inilah yang akan masuk ke ADC yang ditunjukan Gambar 3.14.

Gambar 3.14 Rangkaian Pembagi Tegangan

Dari rangkaian diatas tegangan dari accu di turunkan dengan pembagi tegangan yang terdiri dari resistor 1 kΩ dan 470 Ω sesuai dengan persamaan diatas, sehingga didapatkan:

Vout =

x V

in

Vout =

x 14,7 V

Vout = 4,47 V

Jadi tegangan yang keluar pada resistor 470Ω sebesar 4.47V. Dan setela h output dari sensor tegangan 4.47V dimasukan dalam ADC mikro yang berarti jika nilai ADC sebesar 4.47 maka baterai tersebut dikatakan penuh.

3.3.7 Lampu LED (Light Emighthing Diode)

Dalam perencanaan ini lampu led yang akan dipakai mempunyai daya sebesar 10 watt dengan tegangan 12 volt yang akandipararel sebanyak 4x sehingga akan mendapatkan jumlah daya sebesar sebesar 40 watt yang ditunjukan Gambar 3.15 lampu LED 10 Watt.

Gambar 3.15 Lampu LED 10 Watt

Jika perlampu LED yang dipakai mempunyai lumen sebesar 300 lumen, maka akan didapat 4x nilai lumen. Dan penerangan lampu LED juga dipengaruhi oleh reflektor yang berfungsi memantulkan cahaya lampu tersebut, dengan begitudengan adanya reflektor dapat mempengaruhi hasil lumen dari lampu.

Diagram sirkuit rangkaian lampu LED yang dibuat dari beberapa lampu LED yang dipararel sebanyak 4x diatas yang ditunjukan pada Gambar 3.16 berikut :

Gambar 3.16 Diagram Rangkaian Lampu LED Yang Dipararel

3.3.8 Perbandingan Lampu Jalan AC Dengan Lampu DC LED

Dalam perencanaan ini akan dilakukan perbandingan antara lampu jalan AC dengan LED DC. Untuk lebih jelasnya dapat ditunjukan pada Tabel 3.3 dan Tabel 3.4

Tabel 3.3 Pengukuran Lampu LED (4 Lampu Dengan Daya 40 Watt) dengan Reflector Alumunium Dengan Tambahan Kaca

Tegangan Arus Jarak Lux

12 2,5 1 m 650

12 2,5 1,5 m 300

Tabel 3.4 Pengukuran Lampu Jalan AC mercury (Daya 200 Watt) Dengan Reflector Alumunium Dengan Tambahan Kaca

Tegangan Arus Jarak Lux

220 0,2 1,5 m 200

Setelah dilakukan perbandingan dari kedua tabel di atas maka dapat diketahui bahwa lampu LED dapat memenuhi lumen lampu jalan pada jarak 1.5 meter dan jarak selebihnya cahaya LED kurang menyebar.

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISA

4.1 Perhitungan Daya Total Lampu Penerangan Terpasang di Areal Kampus USU Berdasarkan lampiran gambar denah areal kampus USU, maka didapat total daya lampu yang terpasang pada tabel 4.1 sebagai berikut :

Tabel 4.1 Total Daya LPJU di Areal Kampus USU

No MAP Daya (per lampu : 250 Watt) Total Daya (Watt) Lengan I Lengan II Lampu Taman

1 A1 2500 1500 0 4000

2 A2 1000 1500 0 2500

3 A3 7000 1500 0 10000

4 A4 7500 1500 0 9000

5 A5 5500 2000 0 8000

6 B1 1750 500 3000 5250

7 B2 2750 500 3500 6750

8 B3 7000 0 0 7000

9 B4 8250 0 3500 11750

10 B5 8500 0 0 8500

11 C1 5250 0 3000 8250

12 C2 4500 500 3500 8500

13 C3 9500 0 0 9500

14 C4 7250 3000 5000 15250

15 C5 4500 0 0 4500

16 D1 6750 1500 0 8250

17 D2 4500 1500 0 6000

18 D3 9750 1500 0 11250

19 D4 8000 1500 0 9500

20 D5 4500 1500 0 6000

Total daya yang digunakan untuk lampu penerangan jalan umum (sumber PLN): P total lampu : 159.750 Watt

Jumlah total lampu : 639 bohlam Jumlah lampu menyala : 233 bohlam Jumlah lampu mati : 406 bohlam

Waktu beroperasi : 12 jam (nyala : pukul 18.00 WIB ; padam : pukul 06.00 WIB)

Perhitungan tarif listrik untuk penerangan umum di kampus USU (harga tarif : Rp. 290,-/KWh) : 159,75 KW x 12 jam : 1917 KWh

1917 KWh x Rp. 290 : Rp. 555.930,- Tarif listrik penerangan umum per bulan :

Rp. 555.930,- x 30 hari : Rp. 16.677.900,-

Fakultas Pertanian 7 13 20

Fakultas MIPA 16 17 33

Perpustakaan

Lampu Taman 0 34 34

Lampu Jalan 6 14 8

Fakultas Teknik

Sipil + Arsitek 0 22 22

Industri 1 2 3

Elektro 1 0 1

Mesin 0 6 6

Lapangan Parkir Teknik 1 5 6

BAB V PENUTUP

Pada bab ini akan dibahas mengenai hasil dan kelemahan dari sistem yang telah dibuat. Setelah melakukan perencanaan dan perancangan hingga pengujian sistem secara keseluruhan maka dapat diambil kesimpulan dan saran sebagai berikut.

5.1 Kesimpulan

Dari pengujian dan analisa perangkat yang telah dilakukan pada pembuatan system diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

a. Semakin besar radiasi matahari yang mengenai sel surya, maka semakin besar pula arus yang dihasilkan oleh sel surya tersebut. Sel surya akan selalu memproduksi energi listrik bila disinari oleh matahari. Oleh karenanya sel surya tidak akan pernah habis atau rusak dalam membangkitkan listrik. Biasanya kerusakan terjadi disebabkan karena sel surya tersebut pecah atau karena faktor lain, sehingga bila sel surya dilindungi dengan baik, maka usianya bisa mencapai dua puluh tahun.

b. Penerangan Jalan Umum dengan menggunakan tenaga surya (solar cell) dapat mengurangi konsumsi akan tenaga listrik dari PLN. Setiap hari dalam 12 jam, daya yang dikeluarkan PLN untuk penerangan umum adalah sebesar 76,66% sedangkan dengan menggunakan baterai accu 12 Ah adalah sebesar 23,3% .

c. Dari sistem yang ada yaitu baterai charge yang bisa memutuskan arus dengan sendirinya jika baterai penuh dengan memakai ic1458 sebagai swicth regulator dengan membandingkan keluaran tegangan pada rangkaian tersebut.

d. Selain dengan menggunakan control otomatis dari controller, kita dapat menggunakan LDR yang mana akan mengontrol on dan off nyala lampu dari perubahan pencahayaan di sekitar sistem.

5.2 Saran

Dari hasil studi penelitian yang dilakukan diambil beberapa saran untuk kesempurnaan penulisan tugas akhir ini diantaranya:

a. Lampu jalan tenaga surya ini bisa menggunakan lampu LED or mercury. Tapi lebih effisien menggunakan lampu LED. Karena dengan lampu LED yang 30 watt sama dengan lampu mercury 150 watt, sehingga effisiensi sangat tinggi.

b. Pengadaan lampu penerangan jalan umum dengan teknologi tenaga surya di kompleks USU perlu diterapkan namun karena menyangkut pembiayaan yang besar maka perlu koordinasi dari pihak-pihak terkait.

DAFTAR PUSTAKA

1. Jansen, Ted J. 1995. Teknologi Rekayasa Surya. Prof. Wiranto Arismunandar, Penterjemah. Jakarta: PT. Pradnya Paramita

2. Hu, Chenming dan White, Richard M. 1983. Solar Cells. University of California, Berkeley.

3. Sol, Wieder. An Introduction to Solar Energy for Scientists and Engineers. USA. 4. Buresch, Matthew. Photovoltaic Energy Systems. USA: McGraw-Hill Book Company. 5. Malvino, (1992), Prinsip-prinsip Elektronika, Erlangga.

6. Rashid, H.M., 1999, Power Electronics Circuits, Devices, and Applications, Prentice Hall, New Delhi

7. Kenjo,T.,1990, Power Electronics for The Microprocessor Age, Oxford University Press, New York.

8. Chapman, J.S.,1985, Fundamentals Power Electronic, McGraw-HillBook Company, Singapore.

9. www.energiterbarukanindonesia.com

10.

11. www.suaramerdeka.com 12. www.michrochip.com