BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

Transkripsi

1 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Metode Penelitian Metode penelitian yang digunakan adalah research and development, dimana metode tersebut biasa dipakai untuk menghasilkan sebuah produk inovasi yang belum ada ataupun yang ingin dikembangkan seperti penelitian kali ini yang berjudul prototipe BCR berbasis Arduino Mega 2560 sebagai controling dan monitoring PLTS. Beberapa hal yang diperhatikan dalam metode tersebut adalah cara ilmiah, data, tujuan dan kegunaan dari BCR. 3.2 Prosedur Penelitian Prosedur penelitian yang dilakukan untuk pembuatan alat BCR berbasis Arduino Mega ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini: 36

2 Mulai Perakitan rangkaian utama : Mikon,sensor, regulator,lcd Rangkaian Berfungsi baik Tidak Perbaiki rangkaian Ya Pembuatan alat Pemrograman arduino Evaluasi dan uji coba program Pengujian alat Berjalan sesuai rancangan Tidak Selesai Gambar 3.1 Alur Penelitian 37

3 3.3 Rancangan Penelitian Perancangan penelitian merupakan suatu tahapan yang harus dilakukan dalam sebuah penelitian sesuai kaidah keilmiahan. Hal ini dilakukan agar penelitian berjalan dengan baik, arah penelitian, tujuan penelitian serta keefektifannya harus dilakukan dengan benar. Adapun hal yang direncanakan dalam pembuatan prototipe BCR berbasis Arduino Mega 2560 adalah: Menentukan Beban PLTS Sebuah PLTS umumnya bekerja pada tegangan DC volt, komponen pengubah tegangan DC menjadi AC digunakan pada PLTS yang menggunakan beban AC.Namun beberapa waktu ini perkembangan teknologi DC sudah cukup tepat, salah satunya lampu LED yang bekerja pada tegangan DC memiliki lifetime yang lebih panjang dan hemat energi. Perkembangan teknologi DC tersebut membuat beberapa PLTS tidak meginverterkan tegangannya Menentukan Jenis dan Kapasitas Panel Surya Modul panel surya yang digunakan dalam penelitian ini adalah jenis Mono Crystaline Cell dari golongan Crystalin Silicon Cell dengan kemampuan menghasilkan daya 20 Wp, jenis tersebut selain dihitung cukup untuk menjalankan sistem dan juga melihat ketersediaannya. 38

4 Gambar 3.2 Modul Panel Surya 20 Wp Menentukan Kapasitas Baterai Menentukan kapasitas baterai pada PLTS haruslah menggunakan perhitungan perkiraan kebutuhan daya beban.hal tersebut menyangkut penjumlahan besar daya yang digunakan, jumlah beban dan lama waktu. Baiknya sebuah baterai pada PLTS mampu melayani beban selama 2x24 jam tanpa penyinaran matahari untuk menyiapkan keadaan buruk apabila tidak dapat penyinaran selama 2 hari. Namun pengujian kali ini baterai yang digunakan Accumulator 12 volt dengan kapasitas lebih kecil. Mengingat harga baterai dengan kapasitas besar yang harganya mahal. Dengan menggunakan baterai tersebut simulasi diperkirakan tetap dapat berjalan dengan baik dan identik dengan kondisi aslinya Rancang Bangun Alat BCR Berbasis Arduino Mega 2560 Rancang bangun ini menggunakan bahan akrilik dengan tebal 5 mm sebagai box untuk meletakan komponen-komponen. Ukuran box yang di rancang 200 mm x 200mm x 100 mm. 39

5 3.3.5 Rancangan Perangkat Keras DC to DC Converter Buck DC to DC Converter merupakan perangkat elektronik yang dipakai untuk menaikan (Boost) ataupun menurunkan (Buck) tegangan DC. Pada alat BCR ini DC to DC Converter Buck dipakai untuk menurunkan tegangan panel surya yang relative tidak stabil berkisar antara volt menjadi 14 volt konstan (Tegangan Sistem). Prinsip kerja DC to DC adalah dengan metode switching yang mengkonversi satu tingkat tegangan DC ke yang lain, dengan menyimpan energi input sementara dan kemudian melepaskan energi ke output pada tegangan yang berbeda. Penyimpanan energi tersebut bisa berada dalam komponen penyimpanan medan magnet ( induktor, transformator ) atau komponen penyimpanan medan listrik ( kapasitor ). Metode konversi daya yang lebih efisien ( sekitar 98% ). Dalam rangkaian kontrol tersebut terdapat sebuah resistor variable yang dapat disetting untuk mendapatkan nilai tegangan yang diinginkan, tentunya nominal tegangan harus sama dengan atau dibawah tegangan input. Gambar 3.3 DC to DC Converter 40

6 Gambar 3.4 Skematik DC to DC Converter Sensor Tegangan Sensor tegangan pada alat BCR ini menggunakan modul yang dapat membaca nilai tegangan dengan range 0-25 volt dan membutuhkan suplai 5 vdc untuk bekerja. Pada modul tersebut terdapat komponen pembagi tegangan yang akan mengirimkan data analog yang nantinya akan dibaca oleh mikrokontroler arduino mega 2560 dan diartikan sebagai sebuah nilai tegangan. Pada alat prototipe BCR ini menggunakan dua buah sensor tegangan, sensor pertama bekerja untuk mendeteksi tegangan sumber dan sensor kedua berfungsi sebagai pembaca level baterai. Gambar 3.5 Modul Sensor Tegangan 41

7 Gambar 3.6 Rangkaian Skematik Sensor Tegangan Sensor Arus Sensor arus yang digunakan pada prototipe ini adalah INA 219. Sensor INA219 merupakan sensor sistem bi-directional menggunakan tahanan shunt. Pada alat prototipe BCR ini menggunakan dua buah sensor arus INA 219, sensor pertama bekerja untuk mendeteksi pemakaian arus dari Modul surya dan sensor kedua berfungsi pembacaan dari pemakaian beban baterai dan pengisian baterai. Gambar 3.7 Modul Sensor Arus INA

8 LCD LCD (Liquid Cristal Display) merupakan komponen output yang dapat menampilkan karakter-karakter gambar atau tulisan berbasis dot/monokrom.lcd biasa digunakan untuk menampilkan informasi yang relative sederhana.pada rancangan alat BCR ini digunakan LCD 2x16 karakter (16 data horizontal dan berjumlah 2 tingkat) yang nantinya akan dipakai untuk menampilkan data sumber tegangan, nilai tegangan, kapasitas baterai, persentase baterai, daya yang mengalir dan waktu remaining. Gambar 3.8 LCD Dotmatrik 2x16 Sistem kerjanya adalah tiap karakter memiliki 7x5 dot yang dapat diprogram sehingga dapat menampilkan karakter huruf, angka atau bahkan gambar Driver Relay Driver Relay merupakan sebuah komponen elektronik yang dipakai sebagai saklar bantu dalam menggerakan beban. Dalam aplikasinya mikrokontroler arduino mega hanya dapat mengeluarkan data output ( high ) 5 volt, sedangkan beban yang ingin digerakan umumnya bisa lebih dari 5 volt dan 43

9 kebutuhan arus yang besar. Oleh karena itu relay dibutuhkan dalam mengontrol beban tersebut. Driver Relay pada alat BCR ini dipakai untuk menggerakan saklar-saklar pengatur aliran listrik. Berjumlah 4 buah diantaranya untuk mengatur sumber panel surya, mengatur sumber baterai, mengatur pengisian baterai dan pemilihan sumber tegangan. Gambar 3.9 Modul Driver Relay Gambar 3.10 Rangkaian Driver Relay 44

10 Rangakaian Regulator + Tombol Input BCR Regulator digunakan untuk meregulasi tegangan sumber dari baterai Li- Ion yang bertegangan 9 Vdc menjadi tegangan kerja komponen yaitu 5 Vdc. Dengan menggunakan IC Rangkain regulator digunakan untuk memberi catu daya pada rangkaian driver relay. Rangkaian input ini merupakan yang disebut dengan Pull Down dan atau Pull Up. Fungsinya agar arduino hanya membaca data 0 atau 1 (tidak keadaan mengambang). Rangkaian input ini dipakai untuk menggeser karakter informasi pada lcd, menaikan dan menurunkan nilai baterai serta mereset alat apabila terjadi gangguan. Gambar 3.11 Modul Regulator dan Tombol Input Rangkaian Fuse dan Pengaman Beban Arus Balik Peran fuse dan dioda pada sistem BCR sangat penting, namun sering dilupakan pada saat pemasangan. Hal ini di karenakan banyak faktor, mulai dari perencanaan desain yang kurang matang hingga kesalahan manusia ( Human error ). Pada panel surya, dioda memiliki peran sebagai dioda penyearah atau 45

11 pemutus ( blocking dioda dan bypass dioda ). Hal ini penting untuk melindungi sistem PLTS. Peran dioda pada instalasi panel surya sebagai blocking. Ketika tegangan baterai lebih besar dari modul surya kemungkinan baterai akan mengirimkan tegangannya kembali ke modul surya. Disinilah fungsi blocking dioda untuk melindungi baterai habis. Pada prototipe BCR ini menggunakan blocking dioda, berikut rangkaian modulnya di bawah ini. Gambar 3.12 Modul Fuse dan Pengaman Arus Beban Balik Indikator Indikator terdiri dari lampu led dan satu buah buzzer. Indikator lampu dimaksudkan apabila terjadi gangguan pada sistem LCD ataupun ketidak jelasan pengguna dalam membaca informasi LCD. Sedangkan buzzer adalah untuk 46

12 memberikan informasi kepada pengguna ketika sipengguna berada jauh dari alat BCR ini. Gambar 3.13 Modul Indikator Led Gambar 3.14 Komponen Buzzer 47

13 Rangkaian Kontrol BCR Gambar 3.15 Dagram Wiring BCR Arduino Mega

14 3.3.6 Perancangan Program Perancangan program Arduino Mega 2560 menggunakan softwear IDE Arduino Perancangan program dibuat berdasarkan sistem kerja dari BCR berbasis Arduino Mega Terdapat perangkat input yang ditunjukan pada tabel 3.1, perangkat output yang ditunjukan pada tabel 3.2. Pada proses pemrograman,unit komputer yang menjalankan pemrograman harus melakukan setting koneksi terhadap port Arduino agar dapat melakukan uploading program. a) Pin Perangkat Input Tabel 3.1 Pin Perangkat Input INPUT FUNGSI PIN ARDUINO Sensor Tegangan 1 Baca Tegangan Sumber A0 Sensor Tegangan 2 Baca Tegangan Baterai A1 Sensor Arus 1 Baca Arus Baterai SCL - SDA Sensor Arus 2 Baca Arus Beban SCL -SDA Tombol Enter Tombol Ok / Next D11 Tombol Down Tombol geset bawah D10 Tombol Up Tombol geser atas D9 Tombol Esc Tombol kembali D8 Tombol +/Reset Tambah nilai Ah & reset A4 49

15 Tombol -/Reset Kurang nilai Ah & reset A5 Dioda Blocking Pengaman PLTS A6 Dioda Blocking Pengaman Baterai A7 b) Pin Perangkat Output Tabel 3.2 Pin Perangkat Output INPUT FUNGSI PIN ARDUINO Relay 1 On/Off Sumber 1 D46 Relay 2 On/Off Sumber 2 D48 Relay 3 On/Off Pengisian Baterai D50 Relay 4 Pemilihan Sumber 1/2 D52 Led 1 (R,G) Indikator PLTS D26,28 Led 2 (R,G) Indikator Baterai D34,36 Led 3 (R,G) Indikator Saklar PLTS D30,32 Led 4 (R,G) Indikator Saklar Baterai D38,40 Led 5 Indikator Alarm D44 Buzzer Indikator Suara D42 LCD Layar Informasi D2-7 50

16 3.4 Kriteria Pengujian Alat Pada penelitian ini dan penelitian umumnya sesuai kaidah ilmiah, sebuah penelitian haruslah telah diuji secara teoritis agar dapat dikatakan sebagai karya ilmiah. Dan pengujiannya haruslah mempunyai kriteria agar sesuai dengan tujuannya. Kriteria tersebut harus mempunyai parameter yang jelas agar penelitian berjalan terarah. Adapun parameter dan kriteria yang diuji adalah sebagai berikut: 1. Sistem BCR akan memprioritaskan sumber tegangan dari panel surya jika tegangan panel surya mencapai tegangan kerja sistem dan jika tidak maka sistem akan memilih baterai dan menampilkannya di LCD. 2. Sistem BCR akan memutus saklar apabila sumber panel surya dan baterai tidak memiliki cukup tegangan kerja sistem dan menampilkannya di LCD. 3. Sistem BCR akan melakukan pengisian ketika kapasitas baterai dibawah 100% dan akan melakukan pemutusan pengisian ketika kapasitas baterai 100% dan menampilkannya di LCD. 4. Sistem BCR akan melakukan pemutusan apabila terjadi hubung singkat pada beban dan menampilkannya di LCD. 5. Sistem BCR akan menghitung besar daya yang dikeluarkan kebeban dan akan menampilkannya di LCD. 6. Sistem BCR akan menghitung dan memperkirakan waktu remaining sisa baterai dan menampilkannya di LCD Pengujian Pemilihan Sumber Tegangan Sesuai fungsinya, modul panel surya merupakan penghasil energi listrik utama setelah baterai. Oleh karena itu apabila sebuah modul panel surya masih dapat menghasilkan tegangan secara optimal maka sistem akan memilih panel 51

17 surya sebagai sumber tegangan utama. Hal tersebut dapat dilakukan dengan cara memberikan sensor tegangan di input panel surya BCR Pengujian Pemutusan Batas Bawah Kapasitas Baterai Baterai mempunyai kapasitas terbatas untuk dipakai, apabila telah mencapai kapasitas batas bawahnya sebuah baterai haruslah dihentikan pemakaiannya dan diisi ulang terlebih dahulu agar tidak merusak baterai atau memperpendek umur baterai Pengujian Penyambungan dan Pemutusan Pengisian Baterai Penghubungan pengisian baterai dilakukan oleh sistem pada saat kondisi baterai <100% dan tegangan panel surya mencapai tegangan optimal. Sedangkan pemutusan pengisian baterai dilakukan oleh sistem pada saat kapasitas baterai telah penuh yang ditandai dengan berhentinya aliran listrik yang mengalir ke baterai yang diukur menggunakan sensor arus Pengujian Pengamanan Hubung Singkat/Overload Sistem BCR akan melakukan pengamanan terhadap rangkaian panel surya maupun baterai apabila terjadi hubung singkat yang menyebabkan overload. Hubung singkat akan menyebabkan lonjakan nilai arus yang besar yang mengakibatkan panas pada komponen-komponen, untuk mencegah hal tersebut sistem akan mengantisipasi dengan cara memutus saklar 1 dan saklar 2 saat terjadi hubung singkat Pengujian Perhitungan Besar Daya Daya merupakan satuan kerja dari sebuah alat listrik, oleh karena itu penggunaanya pada sebuah pembangkit listrik yang menggunakan energi 52

18 alternative seperti PLTS baiknya di pantau agar pengguna dapat mengatur penggunaan energi sebaik mungkin. Nilai daya merupakan perkalian antara tegangan dan arus Pengujian Persentase Baterai Persentase baterai merupakan perlambangan nominal muatan dari sebuah baterai, dengan mengukur tegangannya sebuah baterai dapat dianggap bisa diukur muatannya. Setiap baterai memiliki karakteristik berbeda dalam melambangkan isi muatannya, namun pada umumnya nominal tegangan dapat melambangkannya. Pada pengukuran alat ini wilayah kerja baterai dari 0% - 100% dikondisikan sedemikian rupa agar baterai tidak bekerja dibatas bawahnya dan dibatas atasnya Pengujian Waktu Remaining Persentase baterai remaining merupakan sisa waktu yang dimiliki baterai untuk menyuplai energi listrik kebeban. Remaining merupakan aplikasi yang sangat membantu pengguna device elektronik dalam memperkirakan sisa waktu kerja baterai sampai baterai itu harus diisi ulang kembali. Perhitungan remaining didapatkan dari rumus: = % = 53