Rancang Bangun Charger Baterai dan Autom
Jurnal
Elektro
PENS
www.jurnalpa.eepis-its.edu
Teknik Elektro Industri
Vol.2, No.2, 2014
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
Rancang Bangun Charger Baterai dan Automatic Transfer Switch
(ATS) Panel Surya – PLN Untuk Sumber Daya Tempat Sampah
Otomatis
Mughni Syahid [1], Drs. Irianto, MT [2], Epyk Sunarno, S.ST, MT [3]
[1] Mahasiswa
[2] Dosen Pembimbing 1
[3] Dosen Pembimbing 2
Program Studi D3 Teknik Elektro Industri
Departemen Teknik Elektro
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
Kampus PENS, Jalan Raya ITS Sukolilo, Surabaya 60111
Tel: (031) 594 7280; Fax: (031) 594 6114
Email:[email protected], [email protected], [email protected]
Abstrak
Panel Surya adalah pembangkit listrik yang sangat tergantung cahaya matahari. Pada sistem solar charger
dengan sumber hanya panel surya maka charger baterai tidak akan mengisi baterai ketika cuaca mendung sehingga
waktu pengisian menjadi lama. Pada proyek akhir ini dibuat charger baterai yang dilengkapi dengan Automatic
Transfer Switch (ATS) sumber panel surya dan PLN agar ketika cuaca mendung sumber charger baterai berasal dari
PLN. Baterai ini nantinya akan digunakan untuk sumber daya peralatan elektronik tempat sampah otomatis. Metode
charger yang dipakai adalah metode arus konstan setpoint 1,44 Ampere dan tegangan konstan setpoint 14,4 Volt yang
bekerja secara sekuensial. Untuk mejaga agar kondisi konstan sesuai setpoint maka output buck converter dipasang
sensor arus dan tegangan untuk umpan balik ke mikrokontroller yang terdapat program kontrol propotional integral
(PI) agar merubah nilai duty cycle converter secara otomatis. Kontrol PI dapat menstabilkan tegangan output sesuai
dengan setpoint 14,4 Volt dengan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai steady state adalah 1,1 detik. Pada charger
baterai ini untuk mengisi baterai membutuhkan waktu 6 sampai dengan 6,5 jam.
Kata kunci : panel surya, ATS, sensor LDR, buck converter, sensor arus, sensor tegangan, kontrol PI.
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.2, No.2, 2014
1. Pendahuluan
Saat ini, penggunaan panel surya sebagai
energi terbarukan memang sudah berkembang pesat.
Panel surya menghasilkan energi gratis dengan
mengkonversi cahaya matahari menjadi energi listrik
yang dapat disimpan ke dalam baterai sehingga dapat
digunakan kapan pun baik siang maupun malam.
Permasalahan yang terjadi jika menggunakan panel
surya sebaga sumber energi listrik adalah ketika cuaca
mendung. Ketika cuaca mendung panel surya tidak
dapat menangkap cahaya matahari secara maksimal
sehingga tidak dapat mengkonversi secara maksimal
ke energi listrik dan daya yang dihasilkan rendah. Jika
digunakan untuk mencharger baterai maka pengisian
baterai menjadi lambat dan lama atau bahkan tidak
terjadi pengisian karena tegangan terlalu kecil. Pada
Proyek Akhir ini dibuat charger baterai yang
dilengkapis dengan automatic transfer switch (ATS)
untuk sumber dari panel surya dan sumber PLN.
Sensor LDR digunakan untuk mengetahui kondisi
cerah atau mendung sehingga sumber charger dapat
dipilih secara otomatis. Diharapkan dengan metode
charger ini pengisian baterai tidak terkendala saat
cuaca mendung dan baterai dapat diisi dengan
maksimal. Gambar 1.1 menunukkan blog diagram
sistem secara keseluruhan.
Untuk menyempurnakan tujuan diatas maka
digunakan beberapa referensi yaitu “Rancang Bangun
Solar Charger Untuk Keperluan Daerah Pendakian
dan Perkemahan Menggunakan Metode PI
Controller” ditulis oleh A. Arif Gunawan Amri [1],
“Rancang Bangun Sistem Pedal Power Sebagai Energi
Alternatif” ditulis oleh M. Thanthawi Yahya [2],
“Disain Prototype DC–DC Konverter Untuk Topologi
Baru Pemanfaatan Photovoltaic Pada LED Sebagai
Sumber Penerangan Dalam Rumah Standart” ditulis
oleh Achmad Mufid [3].
2. Metode
2.1 Panel Surya
Panel surya adalah pembangkit listrik yang
mengubah cahaya matahari menjadi listrik. Panel
surya juga sering disebut dengan solar cell. Efisiensi
dari panel surya sangat tergantung dari intensitas
cahaya matahari, semakin cerah cahaya matahari maka
semakin bagus efisiensinya. Pada sistem ini
menggunakan panel surya 2 x 30 Wp sehingga
menghasilkan daya 60 Wp. Gambar 2.1 menunjukkan
bentuk fisik dari panel surya.
Gambar 2.1. Bentuk Fisik dari Panel Surya
2.2 Buck Converter
Buck converter adalah converter DC-DC yang
berfungsi menurunkan tegangan DC menjadi lebih
rendah dari inputnya dengan cara mengatur duty cycle.
Gambar 2.2 menunjukkan rangkaian buck vonverter.
Gambar 1.1. Blok Diagram Sistem Keseluruhan.
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.2, No.2, 2014
2.5 Sensor Tegangan
Sensor tegangan menggunakan resistor
pembagi tegangan dipasang secara paralel dengan
output buck converter. Fungsi resistor ini adalah untuk
menurunkan tegangan dari tegangan sumber menjadi
tegangan yang dikehendaki. Gambar 2.5 menunjukkan
gambar rangkaian sensor tegangan dengan resistor
pembagi tegangan.
Gambar 2.2. Rangkaian buck coverter
Output Buck converter dapat dirumuskan:
( 2.1 )
Dimana:
: Tegangan output (Volt)
Vout
D
: Duty cycle
Vin
: Tegangan input (Volt)
Gambar 2.5. Rangkaian Sensor Tegangan.
2.3 Totempole
Rangkaian totemplole digunakan untuk
mengurangi atau meminimalkan power losses pada
switching elektronik. Gambar 2.3 menunjukkan
rangkaian totempole.
Dari rangkaian di atas dapat dihitung bahwa
tegangan keluaran pada R2 adalah:
( 2.2)
Dimana:
Vs
:
Tegangan input / V out buck
(Volt)
Vo
R1
R2
Gambar 2.3. Rangkaian Totempole
2.4 Pembangkitan PWM (Pulse Widht Modulation)
Pembangkitan PWM untuk sistem switching
mosfet adalah dengan mengatur duty cycle PWM agar
output tegangan
buck converter dapat berubah.
Pembangkitan
PWM
pada
mikrokontroller
memanfaatkan Timer 1 dengan variabel untuk
mengatur PWM adalah OCR1A. Gambar 2.4
menunjukkan pembangkitan sinyal PWM dengan
mikrokontroller.
:
:
:
Tegangan output / ADC 0 (Volt)
Resistor 1 (Ohm)
Resistor 2 (Ohm)
2.6 Sensor Arus ACS 712
Sensor arus ACS 712 adalah salah satu solusi
ekonomis dan presisi dalam pengukuran arus AC
maupun DC. Sensor srus ini bekerja dengan prinsip
medan magnet atau hall effect. Sensor arus yang
digunakan dalah berkapasits maksimal 5 Ampere.
Gambar 2.6 menunjukkan rangkaian dari sensor arus
ACS ACS 712.
t
0
255
OCR1A
0
255
OCR1A
0
255
OCR1A
0
255
OCR1A
0
Gambar 2.4. Pembangkitan Sinyal PWM dengan
Mikrokontroller
Gambar 2.6. Rangkaian Sensor Arus ACS712.
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.2, No.2, 2014
2.7 Sensor LDR
Sensor cahaya light dependent resistor (LDR)
dipakai untuk mendeteksi intensitas cahaya. Jika
intensitas cahaya tinggi maka resistansi LDR akan
kecil begitu sebaliknya. Gambar 2.7 menunjukkan
rangkain sensor LDR.
dan sensor arus. Rangkain regulator dengan ic
LM2576 seperti ditunjukkan pad gambar 2.10.
Gambar 3.10. Rangkain Regulator (LM2576)
2.11 Sensor PLN
Rangkain sensor PLN ini digunakan untuk
mendeteksi ada tidaknya tegangan PLN. Output dari
rangkain ini adalah high/low atau 1/0. Rangkain sensor
PLN seperti ditunjukkan pad gambar 2.11.
Gambar 2.7. Rangkaian Sensor LDR
2.8 Relay
Relay adalah sebuah saklar elektronik yang
dapat dikendalikan dari rangkaian elektronik lainnya
yaitu bagian colinya. Relay standart memiliki kontak
No dan NC. Gambar 2.8 menunjukkan rangkaian
relay.
Gambar 3.11. Rangkain Sensor PLN
2.12 Minimum sistem ATMega 16
Mikrokontroller adalah otak untuk mengontrol
kerja dari sistem ATS dan charger baterai buck
converter. Pada proyek akhir ini digunakan
mikrokontroler jenis ATmega16 yang memiliki 4 port
yang masing-masing 8 bit serta fasilitas lainnya seperti
ADC untuk sensor dan timer untu PWM. Gambar 2.12
menunjukkan rangkain minimum sistem Atmega 16.
Gambar 2.8. Rangkain Relay
2.9 Penyearah AC ke DC
Rangkaian penyearah ini menggunakan dioda
untuk menyearahkan tegangan AC dari output
transformator menjadi tegangan DC. Sistem penyearah
ini adalah gelombang penuh menggunakan 2 buah
dioda sehingga menggunakan transformator CT.
Gambar 2.9 menunukkan rangkaian penyearah
gelombang penuh dua dioda.
Gambar 2.12. Minimum Sistem Mikrokontroler
ATMega 16.
3. Hasil Pengujian
Gambar 2.9. Rangkain Penyarah
2.10 Regulator 5 V
Regulator 5 volt ini menggunakan ic LM2576
untuk mnyuplay tegangan mikrokontroller, lcd, relay
3.1 Pengujian Kontrol PI
Pengujiann kontrol PI dilakukan pula dengan
memberikan gangguan pada tegangan output buck
converter sehingga diketahui apakah tegangan output
yang mengalami perubahan karena gangguan tersebut
akan kembali seperti sebelumnya sesuai dengan
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.2, No.2, 2014
setpoint. Gangguan dilakukan dengan memberikan
beban tambahan pada output buck converter tersebut..
Gambar 3.1 menunjukkan gambar respon tegangan
output buck converter saat diberikan gangguan.
Respon tegangan output tersebut ditampilkan pada
oscilloscope dengan memperbesar nilai time/div.
Gambar 3.1. Respon Tegangan Output Buck
Converter saat Diberikan Gangguan Penambahan
Beban
Dari Gambar 3.1 respon tegangan output buck
converter tersebut diketahui waktu tunak (settling
time) yaitu ukuran waktu yang menyatakan respon
telah masuk ±5%, atau ±2%, atau ±0.5% dari keadaan
steady state sebesar 4,4 div x 250 ms = 1100ms.
Sehinggga waktu untuk tegangan output menjadi stabil
adalah 1,1 dekik.
05.30
06.00
06.30
V konstan
V konstan
V konstan
14,4 V
14,4 V
13,2 V
1,267
0,763
0,238
14,41
14,41
13,19
13,40
13,43
13,13
Dari pengujian charger baterai tersebut
diketahui bahwa charger dimulai saat tegangan baterai
adalah 10,48 Volt. Dengan metode arus konstan yaitu
arus 1,44 Ampere maka tegangan charger ketika
dihubungkan dengan baterai menjadi 11,75
Volt.Tegangan baterai akan mengalami kenaikan
begitu pula tegangan chargernya. Setelah tegangan
charger mengalami kenaikan mencapai 14,4 V maka
mode charger berganti ke mode tegangan konstan.
Gambar 3.2 menunjukkan grafik tegangan charger dan
tegangan baterai sumber PLN. Gambar 3.3
menunjukkan grafik arus charger sumber PLN.
Gambar 3.2. Grafik Tegangan Charger dan Tegangan
Baterai Sumber PLN
3.2 Pengujian Charger Sumber PLN
Pada pengujian ini adalah untuk mengetahui
nilai tegangan, arus dan waktu yang dibutuhkan untuk
mengisi baterai hingga penuh dengan sumber PLN.
Tabel 3.1 menunjukkan pengujian dari charger baterai
dengan sumber PLN.
Tabel 3.1. Pengujian Charger Baterai Sumber PLN
Waktu
(Timer)
Mode
Charger
Set
Point
00.00
00.30
01.00
01.30
02.00
02.30
03.00
03.30
04.00
04.30
05.00
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
I
Charger
(Amp)
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
V
Charger
(Volt)
11,75
12,00
12,18
12,37
12,54
12,67
12,83
13,02
13,19
13,46
14,05
V
Baterai
(Volt)
10,48
11,59
11,81
12,00
12,18
12,35
12,54
12,72
12,89
13,05
13,27
Gambar 3.3. Grafik Arus Charger Sumber PLN
3.3 Pengujian Charger Sumber Panel Surya
Pada pengujian ini adalah untuk mengetahui
nilai tegangan, arus dan waktu yang dibutuhkan untuk
mengisi baterai hingga penuh dengan sumber panel
surya. Tabel 3.2 menunjukkan pengujian dari charger
baterai dengan sumber panel surya.
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.2, No.2, 2014
Tabel 3.2. Pengujian Charger Baterai Sumber Panel
Surya
Waktu
(Jam)
Mode
Charger
Set
Point
09.30
10.00
10.30
11.00
11.30
12.00
12.30
13.00
13.30
14.00
14.30
15.00
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
V konstan
V konstan
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
14,4 V
13,2 V
I
Charger
(Amp)
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,003
0,295
V
Charger
(Volt)
11,71
12,18
12,46
12,68
12,84
13,02
13,16
13,28
13,32
13,84
14,41
13,19
V
Baterai
(Volt)
10,80
11,90
11,99
12,09
12,32
12,57
12,67
12,81
13,02
13,14
13,22
13,20
Dari pengujian charger baterai tersebut
diketahui bahwa charger dimulai saat tegangan baterai
adalah 10,80 Volt. Dengan metode arus konstan yaitu
arus 1,44 Ampere maka tegangan charger ketika
dihubungkan dengan baterai menjadi 11,90
Volt.Tegangan baterai akan mengalami kenaikan
begitu pula tegangan chargernya. Setelah tegangan
charger mengalami kenaikan mencapai 14,4 V maka
mode charger berganti ke mode tegangan konstan.
Gambar 3.4 menunjukkan grafik tegangan charger dan
tegangan baterai sumber panel surya. Gambar 3.5
menunjukkan grafik arus charger sumber panel surya.
Gambar 3.4. Grafik Tegangan Charger dan
Tegangan Baterai Sumber Panel Surya
Gambar 3.5. Grafik Arus Charger Sumber Panel
Surya
3.4 Kesesuaian sistem dengan perencanaan
Dari hasil pengujian alat dan dibandingkan
dengan perencanaan sebagian besar sudah sesuai
dengan perencanaan sehingga sistem dapat berkerja
dengan baik. Baterai yang digunakan mampu untuk
menyuplay beban. Panel surya mampu untuk
mencharger dari pengisian awal jam 9.30 sampai
dengan jam 15.00. Dari hasil konversi sensor tegangan
hasilnya sudah cukup bagus dengan error rata-rata
0,19 % sedangkan sensor arus ACS 712 5A memiliki
error rata-rata 2,95 %. Sensor LDR mampu membaca
ADC dan membedakan kondisi cerah dan mendung
sehingga sistem ATS bekerja dengan baik. Kontrol PI
dapat menstabilkan tegangan charger 14.4 Volt
dengan error 2,01% dengan tegangan input charger
minimal 15 Volt. Jika tegangan input semakin besar
maka error pun akan semakin kecil, error terkecil
terukur 0,07 %.
Yang kurang sesuai dengan
perencanaan adalah waktu charger yang direncanakan
5 jam dalam pengujian menjadi 6 sampai 6.5 jam.
4. Diskusi
Dari data pengujian Buck converter dapat
diketahui bahwa buck converter sudah berfungsi
dengan baik dengan menurunkan tegangan input saat
duty cycle di set 55% seperti pada tabel 3.1. Sensor
tegangan berfungsi dengan baik dengan menurunkan
dari tegangan input menjadi teganan output yang lebih
kecil dengan error terbesar 0,28 ditunjukkan pada
tabel 3.2. Sensor arus juga bekerja dengan baik dengan
merubah arus yang di sensing menjadi tegangan
dengan error terbesar 0,36 ditunjukkan dengan tabel
3.3. Dari data pengujian charging baterai sumber PLN
diketahui bahwa charging dimulai dari tegangan 11,75
Volt sampai dengan 14,4 Volt dengan arus konstan
dan charger berganti ke mode tegangan konstan
sterlah tegangan charger mencapai 14,4 Volt sehingga
arus turun seperti ditunjukkan pada gambar 3.4.
Waktu yang dibutuhkan untuk mengisi baterai hingga
penuh adalah 6 jam lebih 30 menit. Pada pengujian
charger panel surya sistem charger sama yaitu
tegangan dimulai dari 11,71 hingga mencapai 14,4
dengan arus konstan kemudian mode berganti ke
tegangan konstan setelah tegangangan charger
mencapai 14,4 Volt sehingga arus turun. Waktu yang
dibutuhkan untuk mengisi baterai adalah 5 jam lebih
30 menit. Gambar 3.6 menunjukkan foto sistem
charger dan ATS sedangkan Gambar 3.6 menunjukkan
foto sistem charger dan ATS yang diintegrasikan
dengan beban tempat sampah otomatis.
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.2, No.2, 2014
Ucapan terima kasih
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Gambar 3.6. Foto Sistem Charger dan ATS
7.
8.
9.
10.
Kedua orang tua yang selalu mendo’akan,
memberi dukungan dan motivasi.
Bapak Dr. Zainal Arief, ST.MT. selaku Direktur
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya.
Bapak Ir. Sutedjo, MT. selaku Ketua Program
Studi D3 Teknik Elektro Industri.
Bapak Drs. Irianto, MT. selaku dosen
pembimbing satu.
Bapak Epyk Sunarno, SST, MT. selaku dosen
pembimbing dua.
Dosen Penguji yang telah memberikan
pertanyaan dan saran dalam peyempurnaan
proyek akhir ini.
Dosen Teknik Elektro Industri yang telah
memberikan bantuan dan saran.
Abel Ichsan A. selaku partner proyek akhir,
terima kasih atas kerjasama dan dukungannya.
Teman-teman Jurusan Teknik Elektro Industri
khususnya kelas 3 D3 ELIN B serta teman-teman
di Lab Robot PENS khususnya tim KRPAI
Beroda.
Semua pihak yang telah membantu yang tidak
dapat disebutkan satu per satu sehingga
terselesaikannya proyek akhir ini.
Referensi
Gambar 3.7. Foto Sistem Charger dan ATS
Terintegrasi dengan Tempat Sampah Otomatis
5. Kesimpulan
1. Error rata-rata sensor tegangan 0,19 % sedangkan
error rata-rata sensor arus ACS 712 5A 2,95 %
sehingga hasil pembacaan kedua sensor tersebut
cukup baik.
2. Kontrol PI dapat menstabilkan tegangan output
sesuai dengan set point 14,4 Volt dengan waktu
yang dibutuhkan untuk mencapai steady state
adalah 1,1 detik.
3. Waktu yang dibutuhkan untuk mencharger baterai
6 sampai dengan 6,5 jam.
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
Amri, A. Arif Gunawan (2010). Rancang Bangun Solar
Charger Untuk Keperluan Daerah Pendakian dan Perkemahan
Menggunakan Metode PI Controller. Teknik Elektro Industri,
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya-ITS. Surabaya.
Yahya, M. Thanthawi (2010). Rancang Bangun Sistem Pedal
Power Sebagai Energi Alternatif. Teknik Elektro Industri,
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya-ITS. Surabaya.
Mufid, Achmad (2010). Disain Prototype DC–DC Konverter
Untuk Topologi Baru Pemanfaatan Photovoltaic Pada LED
Sebagai Sumber Penerangan Dalam Rumah Standart. Teknik
Elektro Industri, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya –
ITS. Surabaya.
Widowati,Ambar (2009). Rancang Bangun DC House Dengan
Memanfaatkan Energi Matahari. Teknik Elektro Industri,
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya-ITS. Surabaya.
“Datasheet ACS 712” diunduh 5 Oktober 2013 dari internet:
www.allegromicro.com/~/media/Files/Datasheets/ACS712Datasheet.ashx
Elektro
PENS
www.jurnalpa.eepis-its.edu
Teknik Elektro Industri
Vol.2, No.2, 2014
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
Rancang Bangun Charger Baterai dan Automatic Transfer Switch
(ATS) Panel Surya – PLN Untuk Sumber Daya Tempat Sampah
Otomatis
Mughni Syahid [1], Drs. Irianto, MT [2], Epyk Sunarno, S.ST, MT [3]
[1] Mahasiswa
[2] Dosen Pembimbing 1
[3] Dosen Pembimbing 2
Program Studi D3 Teknik Elektro Industri
Departemen Teknik Elektro
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
Kampus PENS, Jalan Raya ITS Sukolilo, Surabaya 60111
Tel: (031) 594 7280; Fax: (031) 594 6114
Email:[email protected], [email protected], [email protected]
Abstrak
Panel Surya adalah pembangkit listrik yang sangat tergantung cahaya matahari. Pada sistem solar charger
dengan sumber hanya panel surya maka charger baterai tidak akan mengisi baterai ketika cuaca mendung sehingga
waktu pengisian menjadi lama. Pada proyek akhir ini dibuat charger baterai yang dilengkapi dengan Automatic
Transfer Switch (ATS) sumber panel surya dan PLN agar ketika cuaca mendung sumber charger baterai berasal dari
PLN. Baterai ini nantinya akan digunakan untuk sumber daya peralatan elektronik tempat sampah otomatis. Metode
charger yang dipakai adalah metode arus konstan setpoint 1,44 Ampere dan tegangan konstan setpoint 14,4 Volt yang
bekerja secara sekuensial. Untuk mejaga agar kondisi konstan sesuai setpoint maka output buck converter dipasang
sensor arus dan tegangan untuk umpan balik ke mikrokontroller yang terdapat program kontrol propotional integral
(PI) agar merubah nilai duty cycle converter secara otomatis. Kontrol PI dapat menstabilkan tegangan output sesuai
dengan setpoint 14,4 Volt dengan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai steady state adalah 1,1 detik. Pada charger
baterai ini untuk mengisi baterai membutuhkan waktu 6 sampai dengan 6,5 jam.
Kata kunci : panel surya, ATS, sensor LDR, buck converter, sensor arus, sensor tegangan, kontrol PI.
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.2, No.2, 2014
1. Pendahuluan
Saat ini, penggunaan panel surya sebagai
energi terbarukan memang sudah berkembang pesat.
Panel surya menghasilkan energi gratis dengan
mengkonversi cahaya matahari menjadi energi listrik
yang dapat disimpan ke dalam baterai sehingga dapat
digunakan kapan pun baik siang maupun malam.
Permasalahan yang terjadi jika menggunakan panel
surya sebaga sumber energi listrik adalah ketika cuaca
mendung. Ketika cuaca mendung panel surya tidak
dapat menangkap cahaya matahari secara maksimal
sehingga tidak dapat mengkonversi secara maksimal
ke energi listrik dan daya yang dihasilkan rendah. Jika
digunakan untuk mencharger baterai maka pengisian
baterai menjadi lambat dan lama atau bahkan tidak
terjadi pengisian karena tegangan terlalu kecil. Pada
Proyek Akhir ini dibuat charger baterai yang
dilengkapis dengan automatic transfer switch (ATS)
untuk sumber dari panel surya dan sumber PLN.
Sensor LDR digunakan untuk mengetahui kondisi
cerah atau mendung sehingga sumber charger dapat
dipilih secara otomatis. Diharapkan dengan metode
charger ini pengisian baterai tidak terkendala saat
cuaca mendung dan baterai dapat diisi dengan
maksimal. Gambar 1.1 menunukkan blog diagram
sistem secara keseluruhan.
Untuk menyempurnakan tujuan diatas maka
digunakan beberapa referensi yaitu “Rancang Bangun
Solar Charger Untuk Keperluan Daerah Pendakian
dan Perkemahan Menggunakan Metode PI
Controller” ditulis oleh A. Arif Gunawan Amri [1],
“Rancang Bangun Sistem Pedal Power Sebagai Energi
Alternatif” ditulis oleh M. Thanthawi Yahya [2],
“Disain Prototype DC–DC Konverter Untuk Topologi
Baru Pemanfaatan Photovoltaic Pada LED Sebagai
Sumber Penerangan Dalam Rumah Standart” ditulis
oleh Achmad Mufid [3].
2. Metode
2.1 Panel Surya
Panel surya adalah pembangkit listrik yang
mengubah cahaya matahari menjadi listrik. Panel
surya juga sering disebut dengan solar cell. Efisiensi
dari panel surya sangat tergantung dari intensitas
cahaya matahari, semakin cerah cahaya matahari maka
semakin bagus efisiensinya. Pada sistem ini
menggunakan panel surya 2 x 30 Wp sehingga
menghasilkan daya 60 Wp. Gambar 2.1 menunjukkan
bentuk fisik dari panel surya.
Gambar 2.1. Bentuk Fisik dari Panel Surya
2.2 Buck Converter
Buck converter adalah converter DC-DC yang
berfungsi menurunkan tegangan DC menjadi lebih
rendah dari inputnya dengan cara mengatur duty cycle.
Gambar 2.2 menunjukkan rangkaian buck vonverter.
Gambar 1.1. Blok Diagram Sistem Keseluruhan.
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.2, No.2, 2014
2.5 Sensor Tegangan
Sensor tegangan menggunakan resistor
pembagi tegangan dipasang secara paralel dengan
output buck converter. Fungsi resistor ini adalah untuk
menurunkan tegangan dari tegangan sumber menjadi
tegangan yang dikehendaki. Gambar 2.5 menunjukkan
gambar rangkaian sensor tegangan dengan resistor
pembagi tegangan.
Gambar 2.2. Rangkaian buck coverter
Output Buck converter dapat dirumuskan:
( 2.1 )
Dimana:
: Tegangan output (Volt)
Vout
D
: Duty cycle
Vin
: Tegangan input (Volt)
Gambar 2.5. Rangkaian Sensor Tegangan.
2.3 Totempole
Rangkaian totemplole digunakan untuk
mengurangi atau meminimalkan power losses pada
switching elektronik. Gambar 2.3 menunjukkan
rangkaian totempole.
Dari rangkaian di atas dapat dihitung bahwa
tegangan keluaran pada R2 adalah:
( 2.2)
Dimana:
Vs
:
Tegangan input / V out buck
(Volt)
Vo
R1
R2
Gambar 2.3. Rangkaian Totempole
2.4 Pembangkitan PWM (Pulse Widht Modulation)
Pembangkitan PWM untuk sistem switching
mosfet adalah dengan mengatur duty cycle PWM agar
output tegangan
buck converter dapat berubah.
Pembangkitan
PWM
pada
mikrokontroller
memanfaatkan Timer 1 dengan variabel untuk
mengatur PWM adalah OCR1A. Gambar 2.4
menunjukkan pembangkitan sinyal PWM dengan
mikrokontroller.
:
:
:
Tegangan output / ADC 0 (Volt)
Resistor 1 (Ohm)
Resistor 2 (Ohm)
2.6 Sensor Arus ACS 712
Sensor arus ACS 712 adalah salah satu solusi
ekonomis dan presisi dalam pengukuran arus AC
maupun DC. Sensor srus ini bekerja dengan prinsip
medan magnet atau hall effect. Sensor arus yang
digunakan dalah berkapasits maksimal 5 Ampere.
Gambar 2.6 menunjukkan rangkaian dari sensor arus
ACS ACS 712.
t
0
255
OCR1A
0
255
OCR1A
0
255
OCR1A
0
255
OCR1A
0
Gambar 2.4. Pembangkitan Sinyal PWM dengan
Mikrokontroller
Gambar 2.6. Rangkaian Sensor Arus ACS712.
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.2, No.2, 2014
2.7 Sensor LDR
Sensor cahaya light dependent resistor (LDR)
dipakai untuk mendeteksi intensitas cahaya. Jika
intensitas cahaya tinggi maka resistansi LDR akan
kecil begitu sebaliknya. Gambar 2.7 menunjukkan
rangkain sensor LDR.
dan sensor arus. Rangkain regulator dengan ic
LM2576 seperti ditunjukkan pad gambar 2.10.
Gambar 3.10. Rangkain Regulator (LM2576)
2.11 Sensor PLN
Rangkain sensor PLN ini digunakan untuk
mendeteksi ada tidaknya tegangan PLN. Output dari
rangkain ini adalah high/low atau 1/0. Rangkain sensor
PLN seperti ditunjukkan pad gambar 2.11.
Gambar 2.7. Rangkaian Sensor LDR
2.8 Relay
Relay adalah sebuah saklar elektronik yang
dapat dikendalikan dari rangkaian elektronik lainnya
yaitu bagian colinya. Relay standart memiliki kontak
No dan NC. Gambar 2.8 menunjukkan rangkaian
relay.
Gambar 3.11. Rangkain Sensor PLN
2.12 Minimum sistem ATMega 16
Mikrokontroller adalah otak untuk mengontrol
kerja dari sistem ATS dan charger baterai buck
converter. Pada proyek akhir ini digunakan
mikrokontroler jenis ATmega16 yang memiliki 4 port
yang masing-masing 8 bit serta fasilitas lainnya seperti
ADC untuk sensor dan timer untu PWM. Gambar 2.12
menunjukkan rangkain minimum sistem Atmega 16.
Gambar 2.8. Rangkain Relay
2.9 Penyearah AC ke DC
Rangkaian penyearah ini menggunakan dioda
untuk menyearahkan tegangan AC dari output
transformator menjadi tegangan DC. Sistem penyearah
ini adalah gelombang penuh menggunakan 2 buah
dioda sehingga menggunakan transformator CT.
Gambar 2.9 menunukkan rangkaian penyearah
gelombang penuh dua dioda.
Gambar 2.12. Minimum Sistem Mikrokontroler
ATMega 16.
3. Hasil Pengujian
Gambar 2.9. Rangkain Penyarah
2.10 Regulator 5 V
Regulator 5 volt ini menggunakan ic LM2576
untuk mnyuplay tegangan mikrokontroller, lcd, relay
3.1 Pengujian Kontrol PI
Pengujiann kontrol PI dilakukan pula dengan
memberikan gangguan pada tegangan output buck
converter sehingga diketahui apakah tegangan output
yang mengalami perubahan karena gangguan tersebut
akan kembali seperti sebelumnya sesuai dengan
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.2, No.2, 2014
setpoint. Gangguan dilakukan dengan memberikan
beban tambahan pada output buck converter tersebut..
Gambar 3.1 menunjukkan gambar respon tegangan
output buck converter saat diberikan gangguan.
Respon tegangan output tersebut ditampilkan pada
oscilloscope dengan memperbesar nilai time/div.
Gambar 3.1. Respon Tegangan Output Buck
Converter saat Diberikan Gangguan Penambahan
Beban
Dari Gambar 3.1 respon tegangan output buck
converter tersebut diketahui waktu tunak (settling
time) yaitu ukuran waktu yang menyatakan respon
telah masuk ±5%, atau ±2%, atau ±0.5% dari keadaan
steady state sebesar 4,4 div x 250 ms = 1100ms.
Sehinggga waktu untuk tegangan output menjadi stabil
adalah 1,1 dekik.
05.30
06.00
06.30
V konstan
V konstan
V konstan
14,4 V
14,4 V
13,2 V
1,267
0,763
0,238
14,41
14,41
13,19
13,40
13,43
13,13
Dari pengujian charger baterai tersebut
diketahui bahwa charger dimulai saat tegangan baterai
adalah 10,48 Volt. Dengan metode arus konstan yaitu
arus 1,44 Ampere maka tegangan charger ketika
dihubungkan dengan baterai menjadi 11,75
Volt.Tegangan baterai akan mengalami kenaikan
begitu pula tegangan chargernya. Setelah tegangan
charger mengalami kenaikan mencapai 14,4 V maka
mode charger berganti ke mode tegangan konstan.
Gambar 3.2 menunjukkan grafik tegangan charger dan
tegangan baterai sumber PLN. Gambar 3.3
menunjukkan grafik arus charger sumber PLN.
Gambar 3.2. Grafik Tegangan Charger dan Tegangan
Baterai Sumber PLN
3.2 Pengujian Charger Sumber PLN
Pada pengujian ini adalah untuk mengetahui
nilai tegangan, arus dan waktu yang dibutuhkan untuk
mengisi baterai hingga penuh dengan sumber PLN.
Tabel 3.1 menunjukkan pengujian dari charger baterai
dengan sumber PLN.
Tabel 3.1. Pengujian Charger Baterai Sumber PLN
Waktu
(Timer)
Mode
Charger
Set
Point
00.00
00.30
01.00
01.30
02.00
02.30
03.00
03.30
04.00
04.30
05.00
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
I
Charger
(Amp)
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
V
Charger
(Volt)
11,75
12,00
12,18
12,37
12,54
12,67
12,83
13,02
13,19
13,46
14,05
V
Baterai
(Volt)
10,48
11,59
11,81
12,00
12,18
12,35
12,54
12,72
12,89
13,05
13,27
Gambar 3.3. Grafik Arus Charger Sumber PLN
3.3 Pengujian Charger Sumber Panel Surya
Pada pengujian ini adalah untuk mengetahui
nilai tegangan, arus dan waktu yang dibutuhkan untuk
mengisi baterai hingga penuh dengan sumber panel
surya. Tabel 3.2 menunjukkan pengujian dari charger
baterai dengan sumber panel surya.
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.2, No.2, 2014
Tabel 3.2. Pengujian Charger Baterai Sumber Panel
Surya
Waktu
(Jam)
Mode
Charger
Set
Point
09.30
10.00
10.30
11.00
11.30
12.00
12.30
13.00
13.30
14.00
14.30
15.00
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
V konstan
V konstan
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
1,44 A
14,4 V
13,2 V
I
Charger
(Amp)
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,425
1,003
0,295
V
Charger
(Volt)
11,71
12,18
12,46
12,68
12,84
13,02
13,16
13,28
13,32
13,84
14,41
13,19
V
Baterai
(Volt)
10,80
11,90
11,99
12,09
12,32
12,57
12,67
12,81
13,02
13,14
13,22
13,20
Dari pengujian charger baterai tersebut
diketahui bahwa charger dimulai saat tegangan baterai
adalah 10,80 Volt. Dengan metode arus konstan yaitu
arus 1,44 Ampere maka tegangan charger ketika
dihubungkan dengan baterai menjadi 11,90
Volt.Tegangan baterai akan mengalami kenaikan
begitu pula tegangan chargernya. Setelah tegangan
charger mengalami kenaikan mencapai 14,4 V maka
mode charger berganti ke mode tegangan konstan.
Gambar 3.4 menunjukkan grafik tegangan charger dan
tegangan baterai sumber panel surya. Gambar 3.5
menunjukkan grafik arus charger sumber panel surya.
Gambar 3.4. Grafik Tegangan Charger dan
Tegangan Baterai Sumber Panel Surya
Gambar 3.5. Grafik Arus Charger Sumber Panel
Surya
3.4 Kesesuaian sistem dengan perencanaan
Dari hasil pengujian alat dan dibandingkan
dengan perencanaan sebagian besar sudah sesuai
dengan perencanaan sehingga sistem dapat berkerja
dengan baik. Baterai yang digunakan mampu untuk
menyuplay beban. Panel surya mampu untuk
mencharger dari pengisian awal jam 9.30 sampai
dengan jam 15.00. Dari hasil konversi sensor tegangan
hasilnya sudah cukup bagus dengan error rata-rata
0,19 % sedangkan sensor arus ACS 712 5A memiliki
error rata-rata 2,95 %. Sensor LDR mampu membaca
ADC dan membedakan kondisi cerah dan mendung
sehingga sistem ATS bekerja dengan baik. Kontrol PI
dapat menstabilkan tegangan charger 14.4 Volt
dengan error 2,01% dengan tegangan input charger
minimal 15 Volt. Jika tegangan input semakin besar
maka error pun akan semakin kecil, error terkecil
terukur 0,07 %.
Yang kurang sesuai dengan
perencanaan adalah waktu charger yang direncanakan
5 jam dalam pengujian menjadi 6 sampai 6.5 jam.
4. Diskusi
Dari data pengujian Buck converter dapat
diketahui bahwa buck converter sudah berfungsi
dengan baik dengan menurunkan tegangan input saat
duty cycle di set 55% seperti pada tabel 3.1. Sensor
tegangan berfungsi dengan baik dengan menurunkan
dari tegangan input menjadi teganan output yang lebih
kecil dengan error terbesar 0,28 ditunjukkan pada
tabel 3.2. Sensor arus juga bekerja dengan baik dengan
merubah arus yang di sensing menjadi tegangan
dengan error terbesar 0,36 ditunjukkan dengan tabel
3.3. Dari data pengujian charging baterai sumber PLN
diketahui bahwa charging dimulai dari tegangan 11,75
Volt sampai dengan 14,4 Volt dengan arus konstan
dan charger berganti ke mode tegangan konstan
sterlah tegangan charger mencapai 14,4 Volt sehingga
arus turun seperti ditunjukkan pada gambar 3.4.
Waktu yang dibutuhkan untuk mengisi baterai hingga
penuh adalah 6 jam lebih 30 menit. Pada pengujian
charger panel surya sistem charger sama yaitu
tegangan dimulai dari 11,71 hingga mencapai 14,4
dengan arus konstan kemudian mode berganti ke
tegangan konstan setelah tegangangan charger
mencapai 14,4 Volt sehingga arus turun. Waktu yang
dibutuhkan untuk mengisi baterai adalah 5 jam lebih
30 menit. Gambar 3.6 menunjukkan foto sistem
charger dan ATS sedangkan Gambar 3.6 menunjukkan
foto sistem charger dan ATS yang diintegrasikan
dengan beban tempat sampah otomatis.
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.2, No.2, 2014
Ucapan terima kasih
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Gambar 3.6. Foto Sistem Charger dan ATS
7.
8.
9.
10.
Kedua orang tua yang selalu mendo’akan,
memberi dukungan dan motivasi.
Bapak Dr. Zainal Arief, ST.MT. selaku Direktur
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya.
Bapak Ir. Sutedjo, MT. selaku Ketua Program
Studi D3 Teknik Elektro Industri.
Bapak Drs. Irianto, MT. selaku dosen
pembimbing satu.
Bapak Epyk Sunarno, SST, MT. selaku dosen
pembimbing dua.
Dosen Penguji yang telah memberikan
pertanyaan dan saran dalam peyempurnaan
proyek akhir ini.
Dosen Teknik Elektro Industri yang telah
memberikan bantuan dan saran.
Abel Ichsan A. selaku partner proyek akhir,
terima kasih atas kerjasama dan dukungannya.
Teman-teman Jurusan Teknik Elektro Industri
khususnya kelas 3 D3 ELIN B serta teman-teman
di Lab Robot PENS khususnya tim KRPAI
Beroda.
Semua pihak yang telah membantu yang tidak
dapat disebutkan satu per satu sehingga
terselesaikannya proyek akhir ini.
Referensi
Gambar 3.7. Foto Sistem Charger dan ATS
Terintegrasi dengan Tempat Sampah Otomatis
5. Kesimpulan
1. Error rata-rata sensor tegangan 0,19 % sedangkan
error rata-rata sensor arus ACS 712 5A 2,95 %
sehingga hasil pembacaan kedua sensor tersebut
cukup baik.
2. Kontrol PI dapat menstabilkan tegangan output
sesuai dengan set point 14,4 Volt dengan waktu
yang dibutuhkan untuk mencapai steady state
adalah 1,1 detik.
3. Waktu yang dibutuhkan untuk mencharger baterai
6 sampai dengan 6,5 jam.
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
Amri, A. Arif Gunawan (2010). Rancang Bangun Solar
Charger Untuk Keperluan Daerah Pendakian dan Perkemahan
Menggunakan Metode PI Controller. Teknik Elektro Industri,
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya-ITS. Surabaya.
Yahya, M. Thanthawi (2010). Rancang Bangun Sistem Pedal
Power Sebagai Energi Alternatif. Teknik Elektro Industri,
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya-ITS. Surabaya.
Mufid, Achmad (2010). Disain Prototype DC–DC Konverter
Untuk Topologi Baru Pemanfaatan Photovoltaic Pada LED
Sebagai Sumber Penerangan Dalam Rumah Standart. Teknik
Elektro Industri, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya –
ITS. Surabaya.
Widowati,Ambar (2009). Rancang Bangun DC House Dengan
Memanfaatkan Energi Matahari. Teknik Elektro Industri,
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya-ITS. Surabaya.
“Datasheet ACS 712” diunduh 5 Oktober 2013 dari internet:
www.allegromicro.com/~/media/Files/Datasheets/ACS712Datasheet.ashx