DRAFT PAPER EEA ITB 2009

PERANCANGAN SISTEM PENCAHAYAAN HEMAT ENERGI MENGGUNAKAN SERAT OPTIK DAN

ULTRABRIGHT LED

NAMA TIM : EL-KANDELA

ANGGOTA TIM : 1. AHMAD FUAD HALIMI

2. ASRUL YANUAR

3. HENRI SUKMAJAYA

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA

2009

1

DAFTAR ISI

Cover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . i

Daftar isi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii

Abstrak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Latar Belakang Pembuatan Karya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Manfaat Karya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Dasar Teori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

I. Definisi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

II. Sistem Pencahayaan Hemat Energi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

II.1Sistem Pencahayaan Alami Menggunakan Medium Serat Optik . . . . . . 6

II.2Karakteristik Radiasi Matahari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

II.2.1 Desain Kolektor Cahaya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

II.2.2 Serat Optik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

II.2.3 Ultrabright LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Deskripsi Karya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Penutup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Daftar Pustaka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Lampiran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2

ABSTRAK

Penggunaan energi listrik untuk kebutuhan pencahayaan pada gedung-gedung

swasta maupun pemerintah memerlukan biaya operasional yang tinggi, terutama pada

gedung yang menggunakan pencahayaan pada siang hari seperti pusat perbelanjaan, tempat

parkir, perpustakaan, rumah sakit, dan lain-lain. Di sisi lain, letak geografis negara

Indonesia pada jalur khatulistiwa memberikan keuntungan akan melimpahnya sumber

cahaya matahari. Salah satu cara untuk menghemat penggunaan listrik untuk pencahayaan

ialah dengan memanfaatkan cahaya matahari. Cahaya matahari yang diterima dapat

digunakan sebagai pencahayaan ruangan secara langsung maupun tidak langsung yang

masih belum dimanfaatkan secara maksimal.

Sistem pencahayaan kombinasi yaitu penggabungan pencahayaan alami dan

buatan yang berpotensi sebagai alternatif penggunaan cahaya matahari untuk pencahayaan

ruangan secara langsung. Sistem pencahayaan kombinasi menggabungkan pencahayaan

berbasis sumber cahaya matahari dan sumber cahaya Ultrabright LED (Light Emitting

Diode). Cahaya matahari dipusatkan oleh parabola kolektor-cahaya yang berfungsi untuk

mengumpulkan cahaya pada satu titik kemudian cahaya tersebut dilewatkan melalui serat

optik untuk dipancarkan pada ruangan yang membutuhkan pencahayaan yang konstan.

Parabola kolektor-cahaya dapat mengikuti pergerakan matahari dengan pendeteksian sensor

dan pengaturan pergerakan motor stepper. Kebutuhan pencahayaan ruangan dengan cahaya

matahari dikompensasi oleh cahaya Ultrabright LED dengan mekanisme kontrol berbasis

PWM (Pulse Width Modulation) sehingga sistem pencahayaan pada ruangan tersebut

stabil.

Perancangan sistem pencahayaan kombinasi memanfaatkan sinar matahari secara

langsung sehingga lebih murah dan memberikan efisiensi energi. Sedangkan penggunaan

Ultrabright LED untuk mengkompensasi kebutuhan pencahayaan dinilai lebih hemat daya

dan memiliki masa pemakaian yang lama. Dengan demikian kombinasi pencahayaan

tersebut dapat memberikan efisiensi energi pada sistem pencahayaan suatu ruangan yang

membutuhkan penerangan pada siang hari.

Pemakaian sistem pencahayaan kombinasi sangat cocok digunakan sebagai alat

penerangan pada ruangan tertutup. Pemakaian lebih luas di berbagai tempat seperti fasilitas

umum dan gedung perkantoran akan memberikan efisiensi energi yang lebih besar.

Pembuatan sistem pencahayaan kombinasi yang diusulkan dalam lomba EEE ITB 2009 ini

diharapkan dapat memberikan manfaat secara langsung kepada masyarakat sebagai solusi

penghematan energi yang tepat guna.

3

LATAR BELAKANG PEMBUATAN KARYA

Penggunaan energi listrik untuk pencahayaan pada gedung-gedung swasta atau

pemerintah memerlukan biaya operasional yang tinggi, terutama pada gedung-gedung yang

membutuhkan pencahayaan pada siang hari seperti tempat parkir, perpustakaan, rumah

sakit, dan lain-lain. Di sisi lain, letak geografis negara Indonesia pada jalur khatulistiwa

memberikan keuntungan akan melimpahnya sumber cahaya matahari. Salah satu cara untuk

menghemat penggunaan energi listrik untuk kebutuhan pencahayaan adalah dengan

memanfaatkan sumber cahaya matahari.

Sumber cahaya matahari bisa dimanfaatkan untuk kebutuhan pencahayaan dengan

menggabungkan sumber energi lain yang dikenal dengan sistem pencahayaan hemat

energy/system pencahayaan hybrid. Sistem pencahayaan hemat energi yang memanfaatkan

sinar matahari dan sumber cahaya berbasis solid state/semikonduktor akan memberikan

penghematan energi.

Sistem pencahayaan hybrid merupakan system pencahayaan yang menggabungkan

dua atau lebih sumber cahaya untuk satu sistem pencahayaan. Sistem pencahayaan hemat

energi membutuhkan pencahayaan buatan beberapa saat ketika cahaya matahari tidak

bersinar sepenuhnya sehingga tidak mampu memberikan pencahayaan yang cukup pada

ruangan . Prototype sistem pencahayaan hemat energi yang telah ada menggunakan

adjustable ballast, fluorenscent yang memiliki efisiensi yang tinggi untuk tujuan tersebut.

Ultrabright LED memungkinkan digunakan untuk system ini (sebagai pencahayaan buatan

pada system pencahayaan hemat energi) karena LED mudah dikontrol dalam hal intensitas

dan warna keluaran LED sehingga dapat disesuaikan dengan karakteristik komponen sistem

pencahayaan hemat energi (Cates 2003).

Terdapat beberapa perkembangan yang sangat signifikan dalam perkembangan

light emitting diodes (LED) beberapa tahun terakhir. LED dengan tingkat kecerahan yang

tinggi sekarang telah tersedia dalam beberapa pilihan warna dan nilai effisiensinya yang

telah ditingkatkan. Penggunaan LED sebagai single-color lighting telah banyak digunakan

diberbagai aplikasi seperti pada traffic light, aviation light, out door color leds sekarang

telah tersedia dan performansinya terus ditingkatkan dari tahun ketahun(Yoshi ohno, 2006).

Penggunaan sinar matahari dinilai lebih murah dan memberikan efisiensi energi.

Sedangkan penggunaan sumber cahaya berbasis solid state dinilai lebih hemat daya dan

mempunyai umur pemakaian yang lebih lama dibandingkan dengan lampu listrik.

4

MANFAAT KARYA

Hasil dari karya ini diharapkan :

1. Dapat menjadi solusi untuk pencahayaan hemat energi.

2. Menjadi bahan untuk pengembangan sistem pencahayaan hemat energi khususnya

bagi mahasiswa yang tertarik pada bidang sistem pencahayaan hemat energi.

5

DASAR TEORI

I. Definisi

Sistem pencahayaan hybrid merupakan sistem pencahayaan yang menghubungkan

dua atau lebih sumber cahaya untuk satu sistem pencahayaan. Pada sistem pencahayaan

hybrid/sistem pencahayaan hemat energi, sumber cahaya yang digunakan ada dua jenis,

natural dan buatan. Paper “ Design and analysis of hybrid solar lighting and full-spectrum

solar energy ” oleh Jeff Muhs, Oak Ridge National Laboratory menyatakan bahwa system

pencahayaan hybrid terdiri dari lima komponen utama (1) Sumber cahaya (alami dan

buatan), (2) Kolektor cahaya matahari, (3) sistem distribusi cahaya, (4) sistem kontrol dan

(5) Hybrid luminaire.

Gambar 1.1 sistem pencahayaan hybrid

Sistem pencahayaan hemat energi membutuhkan artificial lighting beberapa saat

ketika cahaya matahari tidak bersinar sepenuhnya atau tidak mampu memberikan

pencahayaan yang cukup pada ruangan. Prototipe system pencahayaan hemat energi yang

telah ada menggunakan adjustable ballast, flurescent yang memiliki efisiensi yang tinggi

untuk tujuan tersebut. Sistem pencahayaan hybrid yang ada didesain untuk bekerja dengan

pencahayaan fluorescent dan incandescent dan telah tersedia untuk kebutuhan komersial.

6

Pada aplikasi sistem pencahayaan hybrid (fiber solar lighting) akan bernilai komersial

apabila digunakan pada gedung yang memiliki karakteristik antara lain :

1. Terletak di daerah sunbelt

2. Digunakan setiap hari, meskipun pada hari libur, dan

3. membutuhkan kualitas pencahayaan yang bagus (color rendering)

Dinyatakan bahwa penggunaan sistem pencahayaan hybrid, sistem pencahayaan yang

menggabungkan pencahayaan alami dan buatan, mampu memberikan efisiensi yang jauh

lebih tinggi dibandingkan menggunakan pencahayaan buatan yang telah ada (incandescent

dan fluorenscent). Perbandingan efisiensi ketiga tipe pencahayaan dapat dilihat pada table

1.1

Tabel 1.1 perbandingan efisiensi sistem pencahayaan hybrid solar lighting dengan sistem

Tipe pencahayaan Efisiensi energi (lm/W)Incandescent 15Fluorescent 75Hybrid solar 200

Perbandingan kualitas pencahayaan (dari sudut pandang spektrum yang dihasilkan oleh

sumber cahaya) oleh sistem pencahayaan hybrid dengan sistem pencahayaan buatan

menunjukkan sistem pencahayaan hybrid memberikan kualitas yang lebih baik karena

spektrum yang dihasilkan merata pada daerah tampak. Gambar 2.2 menunjukkan

perbandingan spektrum antara sinar matahari di luar ruangan dengan sinar matahari yang

telah melewati serat optik pada sistem pencahayaan hybrid solar lighting. Spektrum

cahaya matahari memiliki intensitas panjang gelombang yang hampir merata pada daerah

cahaya tampak. Peak dari spektrum matahari setelah melewati serat optik terjadi pada range

500 nm. Terdapat loss absorsi pada panjang gelombang 625 nm setelah melewati serat

optik.

7

pencahayaan konfensional

Gambar 1.2. Perbandingan spektrum cahaya matahari dengan cahaya distribusi keluaran

serat optik.

Spektrum fluorescent terjadi peak pada panjang gelombang 575 nm terlihat pada gambar

1.3 di bawah ini :

Gambar 1.3. spektrum cahaya keluaran fluorescent pada 4000K

II. Sistem Pencahayaan Hemat Energi

2.1 Sistem Pencahayaan Alami Menggunakan Medium Serat Optik

Sistem pencahayaan alami merupakan sistem pencahayaan alami dengan

menghadirkan cahaya matahari ke dalam ruangan menggunakan serat optik sebagai alat

distribusi cahaya. Sistem pencahayaan alami menggunakan medium serat optik secara

umum terdiri dari sumber cahaya (matahari), kolektor cahaya matahari, dan sistem

distribusi cahaya yang menggunakan serat optik.

2.2 Karakteristik Radiasi Matahari

Radiasi matahari adalah energi yang diradiasikan oleh matahari dari reaksi

nuclear fusion yang menghasilkan energi body dengan tenperature sekitar 5800 k.

Setengah dari radiasinya adalah cahaya visible dari spektrum elektromagnetik dan yang

lain. Daerah near infrared dan daerah UV (lebih banyak near infrared).

Gambar 2.1 menunjukkan distribusi spektrum dari radiasi langsung sinar

matahari untuk tiga kondisi. Kurva tertinggi merupakan radiasi matahari pada bagian

terluar atmosfir bumi, dua kurva dibawahnya merupakan radiasi matahari pada

permukaan bumi saat langit cerah pada level air laut.

8

Gambar 2.1. kurva spektrum radiasi matahari pada permukaan atmosfir bumi dan

permukaan bumi

Sinar cahaya matahari memberikan pencahayaan yang lebih baik dari pada

cool white atau fluorescent yang memiliki efisiensi tinggi karena daylight memiliki

spektrum yang dekat dengan visual respon dari mata manusia (franta dan anstead,

1994). Rata-rata manusia memilih cahaya matahari sebagai pencahayaan karena

memiliki spektrum yang seimbang (limberman 1991). Cahaya matahari merupakan level

tertinggi dari cahaya yang dibutuhkan oleh tubuh untuk kebutuhan biologis.

2.2.1 Desain Kolektor Cahaya

Kolektor cahaya pada dasarnya adalah penggunaan reflektor yang besar untuk

mengkonsentrasikan cahaya matahari ke suatu penerima dengan permukaan yang lebih

kecil.

Untuk menggambarkan jumlah energi cahaya yang dapat dikumpulkan oleh

kolektor cahaya digunakan persamaan concentration ratio. Untuk mendapatkan rasio

konsentrasi yang tinggi, digunakan curve mirror atau lensa. Pada sistem hybrid dalam

karya ini akan menggunakan curve mirror berbentuk paraboloid sebagai kolektor

cahaya. Penampang potongan paraboloid berupa parabola, yakni himpunan titik-titik

yang berjarak sama terhadap suatu garis dan titik yang tetap. Garis yang dimaksud

dinamakan directrix dan titik yang dimaksud dinamakan titik F, seperti yang terlihat

pada gambar 2.2 dibawah ini.

9

2. ParabolaGambar 2.

10

Bentuk parabola banyak digunakan sebagai konsentrator cahaya karena

aapabila kita buat garis garis singgung pada parabola dititik R kemudian dibuat garis

normal terhadap garis singgung parabola, sudut yang dibentuk garis yang sejajar

terhadap sumbu parabola yang melewati titik R terhadap garis normal akan sama dengan

sudut garis RF terhadap garis normal. Jika dihubungkan dengan hukum snell maka

cahaya yang datang sejajar sumbu parabola akan dipantulkan menuju titik fokus.

Permukaan yang dibentuk dengan merotasikan kurva parabola terhadap

sumbunya dinamakan paraboloid. Konsentrator matahari dengan permukaan yang

reflektif dinamakan parabolic dish concentrator. Bentuk ini yang digunakan sebagai

konsentrator cahaya.

Gambar 2.3. Parabola

11

2.2.2 Serat optik

Prinsip pemanduan cahaya pada serat optik adalah total internal reflection.

Total internal reflection dapat terjadi apabila cahaya datang dari suatu medium yang

memiliki indek bias lebih tinggi ke medium yang memiliki indek bias lebih rendah dan

dengan sudut datang lebih besar dari pada sudut kritisnya.

Dari gambar 2.8, besar sudut kritis dapat dinyatakan sebagai:

=

1

2

nnarcSincθ ...................................................................................................(2.5)

Sinar 1,2 dan 3 mengalami refraksi karena sudut datangnya lebih kecil dari pada sudut

kritis, sedangkan sinar 4 dan 5 dipantulkan karena sudut datangnya lebih besar dari pada

sudut kritisnya.

Gambar 2.4 Sifat Pemantulan Cahaya

Dengan prinsip tersebut, serat optik pada umumnya terdiri dari dua jenis material yang

memiliki indek bias yang berbeda. Core memiliki indek bias n1 lebih tinggi dari pada

cladding n2.

Cahaya yang ditransmisikan melalui serat optik tidak lepas dengan adanya loss

daya. Terdapat beberapa faktor yang menyebabkan adanya loss pada serat optik. Faktor

– faktor tersebut antara lain:

• Bahan penyusun serat optik

Jenis loss dikarenakan oleh bahan penyusun serat optik antara lain absorbsi dan

scatering. Serat optik berbahan baku plastik memiliki loss yang lebih tinggi

dibandingkan dengan silika/kaca. Solusi untuk mengreduksi jenis loss ini yaitu dengan

pemilihan bahan baku yang digunakan dalam pembuatan serat optik.

12

• Sudut penerimaan

Setiap serat optik memiliki spesifikasi tentang Numerical Aperature (NA).

Numerical Aperature erat hubungannya dengan sudut penerimaan dalam serat optik.

Besar nilai NA ditentukan oleh besar indek bias pada core n1 dan indek bias pada

cladding n2 sesuai p[ada persamaan dibawah ini :

[ ] 21

22

21 nnNA −= ...................................................................................................(2.6)

Cahaya dapat terpadu dalam serat optik menggunakan prinsip total internal

reflection, sudut sinar datang harus lebih besar dari pada sudut kritisnya. Sudut

acceptance angle merupakan sudut penerimaan pada serat optik sehingga sinar datang

dengan sudut sama atau lebih kecil dari sudut tersebut dapat masuk dan terpadu dalam

serat optik. Hubungan NA dan sudut penerimaan pada serat optik dapat dirumuskan

sebagai

max,0Θ= SinnNA ...................................................................................................(2.7)

Dengan n indek bias lingkungan luar (udara).

Gambar 2.5 Sudut penerimaan pada serat optik

Selain mempertimbangkan sudut penerimaan pada serat optik, sudut divergensi dari

source juga mempengaruhi besar loss pada proses power coupling. Sudut divergensi

dari source harus sesuai dengan sudut penerimaan serat optik. Sudut penerimaan serat

optik tergantung pada indek bias core dan cladding. Agar sudut divergensi source dan

sudut penerimaan pada serat optik sesuai, salah satunya dengan merekayasa sudut

divergensi dari emisi source.

Terdapat beberapa perbedaan dari karakteristik serat optik sesuai dengan

aplikasinya. Tabel 2.2 merupakan perbandingan antara serat optik untuk pencahayaan,

komunukasi dan kebutuhan komersial dalam hal material dan karakteristiknya.

color-mixing.

13

Dimension,

Properties

Illumination Commercial Communication

Diameter, µm 100 - 5000 250 - 2000 500 - 1000Diameter tolerance 25% < 10% < 10%Cladding Not critical Critical Very criticalNA Not critical 0.3 – 0.65 0.5Attenuation 3 – 5 dB/m 0.5 dB/m 0.25 dB/mHeat resistance 60oC 70oC 85oC

Serat optik untuk pencahayaan memiliki spesifikasi yang lebih rendah

dibandingkan dengan serat optik untuk kebutuhan yang lain. Aplikasi pencahayaan tidak

membutuhkan jarak distribusi yang jauh (internal dalam gedung).

Beberapa pilihan fiber yang dapat digunakan untuk distribusi cahaya dalam ruangan.

Tabel 2.2 Struktur dan properti fiber untuk beberapa aplikasi

• Large core optical fiber wave guide, serat optik yang memiliki diameter core yang

besar, biasanya terbuat dari bahan yang fleksibel seperti polimer padat, gel dan cairan.

• Fiber optic bundels, sebuah serat optik yang terdiri dari gabungan beberapa serat optik

yang dibungkus menjadi satu seperti fiber optik berdiameter besar. Transmisi

maksimum dari serat optik jenis ini hanya 50 – 60 % (Fiber optic technology, 2001).

• Hollow core, serat optik yang memiliki rongga pada core, berbentuk silindris dan

dilapisi dengan bahan berindek bias tinggi dengan tujuan memberikan efek pemantulan

yang berulang-ulang.

Dari ketiga jenis serat optik yang dapat digunakan untuk sistem distribusi cahaya

tersebut, large core optical fiber memiliki spesifikasi yang lebih baik karena

fleksibilitasnya, harga, performansi dan kemudahan dalam instalasi.

Dari sudut padang emisi cahayanya, serat optik untuk aplikasi pencahayaan dibagi tiga :

end emitting, side emitting, dan series source emitting.

2.2.3 Ultrabright LED

Sumber cahaya untuk pencahayaan hybrid terdiri dari sumber cahaya alami dan

buatan. Sumber cahaya alami diperoleh dari cahaya matahari yang difokuskan oleh

parabola kolektor-cahaya yang selanjutnya disalurkan melalui fiber optik. Sedangkan

sumber cahaya buatan diperoleh dari ultrabright LED.

Ultrabright LED merupakan device semikonduktor yang dapat memancarkan

cahaya dengan memberikan bias tegangan pada sambungan p-n semikonduktor.

Ultrabright LED memancarkan cahaya putih yang lebih cerah dan cocok untuk aplikasi

pencahayaan dibandingkan LED biasa. Untuk menghasilkan cahaya putih dari

ultrabright LED terdapat dua metode yaitu metode phosphor-conversion LEDs (pc-

LEDs) dan metode

14

DESKRIPSI KARYA

1. Perancangan sistem pencahayaan hemat energi

Sistem pencahayaan hemat energi yang dibuat adalah sistem pencahayaan yang

menggabungkan fiber optik dan ultrabright LED seperti tampak pada gambar berikut.

Gambar desain sistem pencahayaan hemat energi

Proses kontrol kecerahan/intensitas cahaya terjadi pada ruangan yaitu proses

mempertahankan intensitas cahaya dalam ruangan agar konstan sesuai dengan tingkat

kecerahan yang diinginkan. Intensitas cahaya yang dikendalikan adalah intensitas total

dalam ruangan, sedangkan variabel intensitas cahaya yang dimanipulasi adalah intensitas

cahaya keluaran dari pencahayaan buatan berupa ultrabright LED yang intensitas

cahayanya dikontrol menggunakan PWM. Perancangan sistem pencahayaan hemat energi

terdiri dari tiga komponen utama, yaitu sistem pencahayaan buatan (ultrabright LED),

sistem pencahayaan alami (fiber optik), dan sistem kontrol intensitas cahaya .

1.1 Sistem pencahayaan buatan (ultrabright LED)

Perancangan Sistem pencahayaan buatan yaitu dengan menyusun 30 buah

ultrabright LED dalam bentuk circular array seperti tampak pada gambar berikut.

Gambar desain ultrabright LED array

LED sebesar 53mA. Besar arus kemudi yang dibutuhkan

LED (30x53mA = 1,6A) sebesar 1,6A.

15

Berdasarkan karakteristik dari ultrabright LED, intensitas keluaran ultrabright

LED stabil pada range arus 30-60mA. Dari karakteristik ini kita menentukan arus kemudi

pada desain lampu ultrabright

untuk 30 buah ultrabright

1.2 Sistem pencahayaan alami (fiber optik)

Perancangan sistem pencahayaan alami dengan medium fiber optik terdiri dari

parabola kolektor-cahaya dan solar tracking otomatis. Sistem distribusi cahaya

menggunakan fiber optik. Parabola kolektor-cahaya berbentuk paraboloid/parabolic dish

concentrator yang merupakan kolektor utama. Jarak antara matahari dan bumi sangat jauh,

maka cahaya yang datang ke permukaan parabola dianggap sejajar terhadap sumbu. Cahaya

matahari yang datang sejajar dengan sumbu parabola dipantulkan ke titik fokus parabola.

Untuk tujuan kopling cahaya ke dalam serat optik, digunakan kolektor kedua

berupa cermin datar yang ditempatkan di bawah titik fokus dari parabolic dish

concentrator seperti tampak pada gambar di bawah ini.

Gambar parabola dish concentrator

Tracking otomatis

Serat optik

Kolektor kedua

Kolektor utama

Gambar parabola kolektor-cahaya matahari dilengkapi tracking otomatis

berupa LED (Light Emitting Diode). detector

16

Pulse Width Modulation 9

menggerakkan parabola. Satu buah motor DC digunakan untuk menggerakkan parabola

terhadap sumbu-x, sedangkan motor DC yang lain digunakan untuk menggerakkan

tergantung dari posisi matahari. Sistem tersebut terdiri dari dua buah motor DC untuk

Solar tracking otomatis digunakan untuk mengikuti arah pergerakan matahari,

sehingga parabola kolektor-cahaya akan mendapatkan intensitas cahaya matahari yang

konstan. Solar tracking otomatis bergerak secara horisontal dan vertikal (dua sumbu)

parabola terhadap sumbu-y.

1.3 Sistem kontrol intensitas cahaya

Sistem kontrol intensitas cahaya yang dibuat menggunakan sistem kompensasi

kekurangan cahaya dari sistem pencahayaan alami. Kekurangan tersebut akan

dikompensasi oleh sumber cahaya buatan berupa ultrabright LED. Besar keluaran cahaya

buatan didesain dengan nilai maksimum setara dengan nilai maksimum yang diberikan oleh

sistem pencahayaan alami.

Desain ini memungkinkan kedua sistem pencahayaan untuk bekerja secara mandiri

ataupun bersamaan, dimana pada saat siang hari sistem pencahayaan alami bekerja dengan

maksimal, sedangkan sistem pencahayaan buatan tidak bekerja. Kemudian pada saat malam

hari atau sistem pencahayaan alami tidak mampu memberikan pencahayaan dalam ruangan

maka pencahayaan buatan akan bekerja secara maksimal. Kedua sistem akan bekerja secara

bersama saat sistem pencahayaan alami tidak mampu memberikan pencahayaan ruangan

yang cukup maka kekurangan pencahayaan akan dikompensasi oleh sistem pencahayaan

buatan.

Sistem kontrol intensitas cahaya pada sistem pencahayaan hemat energi secara

garis besar terdiri dari :

a. Sensor cahaya

Sensor cahaya menggunakan

LDR mempunyai karakteristik perubahan nilai resistansinya tidak linier

terhadap perubahan intensitas yang diterimanya. Penggunaan sensor pada

sistem kontrol ini hanya sebatas mendeteksi level intensitas cahaya dalam

ruangan sehingga ketidak-linieran dari sensor tidak begitu berpengaruh

dibandingkan untuk aplikasi pengukuran.

b.

Pengaturan besar intensitas cahaya keluaran dari ultrabright LED array

diatur dengan menggunakan PWM. Arus masukan pada LED tergantung pada

duty cycle dari PWM.

Keluaran PWM pada OCR0 dengan resolusi PWM 8 bit (255) secara

perhitungan didapatkan frekuensi PWM dengan clock eksternal (fosc) 12 MHz

dan skala clock N = 64

FPWM = fosc/N(1+TOP)

nilai frekuensi PWM yang akan dihasilkan sebesar 5.859,375 Hz, dengan periode

PWM

TPWM = 1/fPWM

Sehingga didapatkan satu periode PWM 170,666 us.

Mikrokontroller yang digunakan adalah ATmega 16 dan pemrogramannya

menggunakan bahasa C yang dikompilasi dengan Codevision AVR.

17

18

19

2. Sistem fiber solar lighting yang telah dibuat mampu mendistribusikan cahaya

matahari hingga 460 lux, yang diukur pada jarak 50 cm dari sumber cahaya.

3. sistem artificial lighting yang digunakan menghasilkan intensitas cahaya sebesar

460 lux yang diukur pada jarak 50 cm dari sumber cahaya. Untuk kebutuhan

kompensator pada sistem pencahayaan hybrid, penggunaan PWM (Pulse Width

Modulation) berfrekuensi 5,8 MHz sebagai metode kontrol intensitas pada

ultrabright LED array bekerja dengan baik.

4. Sistem pencahayaan hybrid yang telah dirancang mampu memberikan

pencahayaan ruangan yang konstan dengan rata-rata eror steady state sebesar 1,4

%. Perubahan level pencahayaan masih dalam batas yang dapat diterima.

DAFTAR PUSTAKA

20

Carsten D. Hansen, Birgitte Thestrup, Henrik Pederson, dan Paul Michael Petersen, “New LED light source and Lamp for general illumination”. Optics and plasma Research Departement Denmark. Riso-R1608(EN)

Erwin J.Purcell, Dale varberg, “Kalkulus dan geometri analitis jilid 2”

Jeff D Muhs, “Design and analysis of hybrid solar lighting and full spectrum solar energy system”. Oak Ridge National Laboratory. ASME paper no 33.2001.

Jeff D Muhs, March 2003. “Hibrid solar lighting doubles the efficiency and affordability of solar energy in commercial buildings”. Oak Ridge National Laboratory Newsletter no.4. 2000

Rivai, M. “ Diktat mata kuliah Divais Optoelektronika “. Jurusan Teknik Elektro ITS Surabaya, 2006.

LAMPIRAN

Lampiran 1

21

Berikut adalah gambar perangkat elektronik yang sudah dibuat :

Gambar circular array ultrabright LED

Gambar system pencahayaan buatan

Gambar power supply

22

Gambar minimum sistem mikrokontroler ATmega 16

Gambar skematik Ultrabright LED array

Lampiran 2

23

Biodata Anggota Tim EL-KANDELA

1. Ketua TimNama : Ahmad Fuad HalimiNRP : 2205100143Email : halim_e45@elect-eng.its.ac.idNo.HP : 085731964462Alamat : Jl. Setia Kawan No. 17 Sembayat Timur, Manyar,

Gresik 61151

2. Anggota 1Nama : Asrul YanuarNRP : 2205100179Email : asrultime@gmail.comNo.HP : 03172058097Alamat : Keputih 2c No.6 Keputih, Sukolilo-Surabaya

3. Anggota 2Nama : Henri SukmajayaNRP : 2205100148Email : henribagja@yahoo.co.idNo.HP : 085231570061Alamat : Keputih 2c No.6 Keputih, Sukolilo-Surabaya

24