alat peraga sistem pengisian baterai dari energi surya
TRANSCRIPT
Alat Peraga Sistem Pengisian Baterai dari Energi Surya dengan Tipe PWM
Oleh
Jimmi Saputra
NIM: 612011038
Skripsi
Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Januari 2018
INTISARI
Matahari merupakan salah satu sumber energi yang menghasilkan energi panas
yang dapat dikonversi menjadi energi listrik dengan menggunakan panel surya. Namun
energi listrik yang dihasilkan tidak stabil bergantung dengan kondisi cuaca, sehingga
tidak dapat dimanfaatkan secara langsung. Untuk mengatasi masalah tersebut diperlukan
sebuah sistem yang dapat menyalurkan energi listrik hasil keluaran panel surya untuk
melakukan pengisian baterai. Akan tetapi pengisian baterai harus dilakukan secara baik
dan benar agar tidak merusak baterai. Dengan demikian maka diperlukan sebuah alat yag
bisa mengontrol sistem pengisian baterai yang menggunakan sumber energi matahari.
Untuk mewujudkan sistem pengisian baterai tersebut, pada skripsi ini digunakan
Arduino nano 328 yang menghasilkan sinyal PWM (Pulse Width Modulation) untuk
mengendalikan MOSFET yang berfungsi untuk membatasi pengisian baterai serta
menghidupkan port beban berdasarkan nilai tegangan baterai yang diperoleh dari
pembacaan sensor tegangan. Pada perancangan sistem ini juga terdapat buck-boost
converter untuk menstabilkan tegangan keluaran panel surya yang digunakan untuk
pengisian baterai.
Dari pengujian yang telah dilakukan, alat dapat melakukan pengisian baterai secara
otomatis dengan sumber energi matahari dari tegangan baterai 12,22V-13,85V selama 90
menit. Kemudian alat berhasil menghentikan pengisian baterai lalu menghidupkan port
beban hingga tegangan baterai 12,5V dan kembali melakukan pengisian baterai. Siklus
pengisian baterai akan terus dilakukan selama arus dari panel surya memadai. Sistem
juga dapat menampilkan Tegangan, Arus dan duty cycle sistem.
ABSTRACT
The sun is one source of energy that produces heat energy that can be converted
into electrical energy by using solar panels. However, the resulting electrical energy is
unstable depending on weather conditions, so it can not be used directly. To overcome
this problem required a system that can distribute electrical energy from the output of
solar panels to conduct charging the battery. However, charging the battery should be
done properly and correctly so as not to damage the battery. Thus it is necessary a tool
yag can control the battery charging system that uses solar energy source.
To realize the battery charging system, this paper is used Arduino nano 328
which produces PWM (Pulse Width Modulation) signal to control the MOSFET which
serves to limit the charging of the battery and turn on the load port based on the battery
voltage value obtained from the reading of the voltage sensor. In the design of this system
there is also a buck-boost converter to stabilize the output voltage of solar panels used for
charging the battery.
From the tests that have been done, the tool can perform battery charging
automatically with solar energy source from battery voltage 12,22V-13,85V for 90
minutes. Then the device successfully stops charging the battery and then switches the
load port up to 12.5V battery voltage and re-charging the battery. The battery charging
cycle will continue as long as the current from the solar panel is adequate. The system
can also display the Voltage, Flow and duty cycle systems.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada kehadirat Allah SWT Puji atas rahmat dan
petunjuk-Nya yang selalu menyertai dan membimbing penulis selama menempuh
pendidikan sampai sekarang sehingga penulis dapat menyelesaikan perancangan serta
penulisan tugas akhir sebagai syarat kelulusan di Fakultas Teknik Elektronika dan
Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.
Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada
berbagai pihak yang baik secara langsung maupun tidak telah membantu penulis dalam
menyelesaikan skripsi ini :
1. Allah SWT yang telah memberikan kasih-Nya dalam proses penyelesaian tugas
akhir ini.
2. Orang tua penulis yang selalu mendukung, memotivasi dan mendoakan penulis
dalam segala hal.
3. Chorintan Prabelia, S.T yang selalu mendukung dan mendoakan penulis untuk
tetap semangat menyelesaikan tugas akhir ini.
4. Bapak Deddy Susilo, M.Eng selaku pembimbing I yang sudah memberikan
waktunya untuk memberi bimbingan yang luar biasa dan saran kepada penulis
selama mengerjakan skripsi ini.
5. Bapak F. Dalu Setiaji, M.T selaku pembimbing II, terima kasih atas bimbingan
yang tidak kalah luar biasanya, juga tambahan ide yang diberikan untuk topik
skripsi saya.
6. G’de Victory Wicaksono selaku ketua angkatan yang selalu memberi semangat
serta membantu penulis dalam penyelesaian tugas akhir dan sebagai teman
seperjuangan selama mengampu studi di FTEK UKSW.
7. Listyo S.T(Yoyok), Benhardi S.T(Unyil), Nugrahaning (Ridho), Sulistya Adi
(Bandoet), Karista (Gogo), Markus (Kuskus), Dicky (Bocil), Kevin (Kepo),
Herman (K-),terima kasih atas segala bantuan moral & kebersamaan yang telah
diberikan selama berkuliah di FTEK UKSW.
8. Angkatan 2011 sebagai angkatan yang selalu ada dalam susah maupun senang.
9. Kepada Mas Wawa FTEK 04’ yang telah memberi saran & ide” nya.
10. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK yang memfasilitasi penulis
selama belajar di FTEK UKSW.
11. Teman-teman FTEK, teman-teman dari fakultas lain, teman-teman “Bal-Bal
an”, dan seterusnya.
12. Berbagai pihak yang tidak dapat dituliskan satu persatu, penulis mengucapkan
terima kasih.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata “sempurna”, oleh karena
itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga
skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika.
Salatiga, Januari 2018
Penulis
DAFTAR ISI
INTISARI .......................................................................................................................i
ABSTRACT.................................................................................................................. ii
KATA PENGANTAR ................................................................................................. iii
DAFTAR ISI.................................................................................................................. v
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. vii
DAFTAR TABEL.........................................................................................................ix
BAB I PENDAHULUAN .............................................................................................. 1
1.1. Tujuan ............................................................................................................. 1
1.2. Latar Belakang ................................................................................................ 1
1.3. Batasan Masalah ............................................................................................. 2
1.4. Sistematika Penulisan ..................................................................................... 3
BAB II DASAR TEORI ................................................................................................ 4
2.1. Panel Surya ..................................................................................................... 4
2.2. Buck-Boost Converter .................................................................................... 6
2.3. Sensor Arus ACS712 ...................................................................................... 7
2.4. Sensor Tegangan ............................................................................................. 7
2.5. MOSFET ........................................................................................................ 8
2.6. Arduino Nano AT-Mega 328.......................................................................... 9
2.7. Baterai .......................................................................................................... 10
2.8. PWM (Pulse Width Modulation) .................................................................. 12
2.9. LCD Display 20x4 ......................................................................................... 13
2.10. I2C (Inter Integrated Circuit ). ...................................................................... 15
BAB III PERANCANGAN SISTEM .......................................................................... 16
3.1. Gambaran Alat .............................................................................................. 16
3.2. Perancangan Perangkat Keras ....................................................................... 17
3.3. Perancangan Elektronika ............................................................................. 19
3.3.1. Pengendali Utama ................................................................................... 19
3.3.2. Sensor Arus ............................................................................................. 20
3.3.3. Sensor Tegangan ..................................................................................... 21
3.3.4. Buck-Boost Converter ............................................................................ 22
3.3.4.1. Pemilihan nilai komponen ................................................................... 23
3.3.4.2. Duty Cycle ........................................................................................... 24
3.3.5. Charge Controller ................................................................................... 24
3.3.6. LCD 20x4 ............................................................................................... 26
3.3.7. I2C (Inter Integrated Circuit ) ................................................................. 26
3.4. Perancangan Perangkat Lunak ..................................................................... 27
3.4.1. Program Mikrokontroler Arduino Nano AT-Mega 328 ......................... 27
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS .................................................................... 29
4.1. Pengujian sensor tegangan ............................................................................ 29
4.2. Pengujian sensor Arus ACS712 .................................................................... 30
4.3. Pengujian keluaran sistem dengan tegangan masukan power supply........... 30
4.4. Pengujian pengisian baterai dengan tegangan masukan panel surya ............ 32
4.5. Pengujian pengisian baterai dengan tegangan masukan power supply ........ 36
4.6. Pengujian ON-OFF port beban ..................................................................... 38
4.7. Pengujian Duty Cycle ................................................................................... 39
4.8. Pengujian Tampilan LCD ............................................................................. 41
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................................... 43
5.1. Kesimpulan ................................................................................................... 43
5.2. Saran Pengembangan .................................................................................... 44
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................. 45
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Panel surya Sunrise Solartech SRM-50D. .............................................. 5
Gambar 2.2. Rangkaian buck-boost Konverter ............................................................ 6
Gambar 2.3. Rangkaian buck-boost dengan Analisa Tertutup .................................... 6
Gambar 2.4. Rangkaian buck-boost dengan Analisa Terbuka. .................................... 7
Gambar 2.5. Sensor Tegangan ..................................................................................... 8
Gambar 2.6. Simbol MOSFET .................................................................................... 9
Gambar 2.7. Arduino Nano 328................................................................................... 9
Gambar 2.8. Baterai Panasonic 12 Volt 7 Ah ............................................................ 11
Gambar 2.9. Pulsa keluaran PWM saat pengisian baterai ...................................... 12
Gambar 2.10. LCD 20x4 ............................................................................................ 13
Gambar 2.11. Modul I2C.............................................................................................. 15
Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem ............................................................................ 16
Gambar 3.2. Desain perangkat keras sistem. ............................................................. 17
Gambar 3.3. Realisasi perancangan alat tampak atas. ............................................... 18
Gambar 3.4. Realisasi perancangan alat tampak samping. ........................................ 18
Gambar 3.5. Wiring Modul ACS712 ......................................................................... 20
Gambar 3.6. . Rangkaian sensor tegangan ................................................................... 21
Gambar 3.7. Rangkaian Buck-Boost Converter. ........................................................ 22
Gambar 3.8. Rangkaian Charge Controller. .............................................................. 25
Gambar 3.9. Wiring I2C& LCD ................................................................................. 26
Gambar 3.10. Diagram alir .......................................................................................... 28
Gambar 4.1. Diagram pengujian pengisian baterai dengan tegangan masukan
power supply ......................................................................................... 30
Gambar 4.2. Pengujian keluaran sistem dengan tegangan masukan power supply ... 31
Gambar 4.3. Diagram pengujian pengisian baterai dengan tegangan masukan
Panel surya ............................................................................................ 32
Gambar 4.4. Pengujian pengisian baterai dengan tegangan masukan panel surya. ... 33
Gambar 4.5. Diagram pengujian pengisian baterai dengan tegangan masukan
power supply ......................................................................................... 36
Gambar 4.6. Pengujian pengisian baterai dengan tegangan masukan power supply. 36
Gambar 4.7. Diagram pengujian kondisi port beban saat OFF. ................................ 38
Gambar 4.8. Pengujian kondisi port beban saat OFF. ............................................... 38
Gambar 4.9. Diagram pengujian kondisi port beban saat ON ................................... 38
Gambar 4.10. Pengujian kondisi port beban saat ON ................................................ 39
Gambar 4.11. Kondisi duty cycle 96%. ..................................................................... 40
Gambar 4.12. Kondisi duty cycle 60% ...................................................................... 40
Gambar 4.13. Kondisi duty cycle 0%. ....................................................................... 40
Gambar 4.14. Tampilan LCD .................................................................................... 41
Gambar 4.15. Tampilan multimeter arus ................................................................... 41
Gambar 4.16. Tampilan multimeter tegangan ........................................................... 41
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Spesifikasi Panel Surya................................................................................. 5
Tabel 2.2 Spesifikasi Arduino Nano ............................................................................ 10
Tabel 2.3. Spesifikasi Baterai Panasonic 12Volt 7Ah ................................................. 11
Tabel 2.4. Pin LCD 20x4 beserta fungsinya ................................................................ 14
Tabel 3.1. Konfigurasi pin mikrokontroler Arduino Nano 328 yang digunakan ........ 20
Tabel 3.2. Tabel konfigurasi sensor tegangan panel surya dan arduino ...................... 21
Tabel 3.3. Tabel konfigurasi sensor tegangan baterai dan arduino ............................. 21
Tabel 3.4. Konfigurasi rangkaian Buck-Boost Converter dan Arduino ....................... 22
Tabel 3.5. Konfigurasi pin rangkaian Charge Controller dan Arduino ...................... 25
Tabel 4.1. Pengujian sensor tegangan .......................................................................... 29
Tabel 4.2. Pengujian sensor arus ACS712 ................................................................... 30
Tabel 4.3. Pengujian keluaran sistem dengan tegangan masukan power supply ......... 31
Tabel 4.4. Pengujian pengisian baterai dengan tegangan masukan panel surya .......... 33
Tabel 4.5. Pengujian sistem pengisian baterai dengan tegangan masukan
power supply 20V ....................................................................................... 37
Tabel 4.6. Pengujian sistem pengisian baterai dengan tegangan masukan
power supply 8V ......................................................................................... 37
Tabel 4.7. Tabel pengujian ON/OFF port beban ......................................................... 39