Perencanaan Perhitungan Daya Solar Cell Battery Charger

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 ‐ Lampu LED 10 W x 4 = 40 Watt ‐ 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 dibandingkandicompare dengan tegangan pada kaki potentiometer 100-ohm. Pada saat drop tegangan ini lebih besar dari pengaturan pada potentiometer akan menyebabkan keluaran I C 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 1K2Kpot 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 sd 506.54 mV. Pada cara ini besar arus pengisian dapat diatur nilai arusnya antara 0.1A sd 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 I 2 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 penyanggabuffer 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. Sehingga didapat: η = x 100 = x 100 = 77.7777 Effisiensi Rangkaian Battery Charger pada Proyek Akhir ini adalahsebesar 77.77 .

3.3.5 Sensor Cahaya