RANCANG BANGUN SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA MENGGUNAKAN MODUL SURYA 50 WP SEBAGAI ENERGI CADANGAN PADA RUMAH TINGGAL

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA MENGGUNAKAN MODUL SURYA 50 WP SEBAGAI ENERGI CADANGAN PADA RUMAH TINGGAL LAPORAN AKHIR Disusun Untuk Memenuhi Syarat Menyelesaikan Pendidikan Diploma III Pada Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Sriwijaya Oleh : RINALDI POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA PALEMBANG 2014

2 RANCANG BANGUN SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA MENGGUNAKAN MODUL SURYA 50 WP SEBAGAI ENERGI CADANGAN PADA RUMAH TINGGAL LAPORAN AKHIR Disusun Untuk Memenuhi Syarat Menyelesaikan Pendidikan Diploma III Pada Jurusan Teknik Program Studi Teknik Politeknik Negeri Sriwijaya Oleh : Rinaldi Pembimbing I Menyetujui, Palembang, Agustus 2014 Pembimbing II Ir. Siswandi, M.T. NIP Sudirman Yahya, S.T., M.T. NIP Mengetahui, Ketua Jurusan Ketua Program Studi Ir. Ali Nurdin, M.T. Herman Yani, S.T., M. Eng. NIP NIP ii

3 HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HALAMAN PERSEMBAHAN Ini Saya Persembahkan Untuk : 1. Ibu dan Bapak saya yang selalu mendo akan dan mendukung saya selama ini. 2. Adik saya eni, iya, rikka dan kakak saya ani yang selalu menyanyangi saya. 3. Bapak Ir. Siswandi, M.T. sebagai dosen pengajar sekaligus dosen pembimbing pertama. 4. Bapak Sudirman Yahya, S.T., M.T. sebagai dosen pengajar sekaligus dosen pembimbing kedua. 5. Teman-teman saya di Jurusan Teknik Listrik Angkatan 2011 umumnya dan khususnya kepada kelas ELB yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan perkuliahan di Politeknik Negeri Sriwijaya. MOTTO MANUSIA HANYA BISA MERENCAKAN TETAPI TUHANLAH YANG MENENTUKAN iii

4 ABSTRAK RANCANG BANGUN SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA MENGGUNAKAN MODUL SURYA 50 WP SEBAGAI ENERGI CADANGAN PADA RUMAH TINGGAL Oleh : Rinaldi ( ) Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Sriwijaya Kebutuhan akan listrik baik untuk kalangan industri, perkantoran, maupun masyarakat umum dan perorangan sangat meningkat. Peningkatan kebutuhan ini tidak diiringi oleh penambahan pasokan listrik untuk konsumen sehingga sering terjadi pemadaman listrik. Berdasarkan permasalahan tersebut, energi surya dipilih sebagai energi alternatif untuk menghasilkan energi listrik. Alat yang digunakan disini adalah sel surya dengan tegangan open circuit 21,1 V dan arus hubung singkat 4,23 A. Agar energi surya dapat digunakan pada malam hari, maka pada siang hari energi listrik yang dihasilkan disimpan terlebih dahulu ke batere yang dikontrol oleh regulator dengan tegangan masukan dari solar cell 18 V dan keluaran regulator 13,8 V. Kemudian dapat langsung dihubungkan dengan beban DC. Sedangkan untuk beban AC kita dapat mengkonversikannya dengan menggunakan inverter. Dari simulasi PLTS yang dibuat, menghasilkan tegangan nominal sebesar 12 V dan daya maksimum sebesar 60 W Kata kunci : Sel Surya, Batere, Regulator, Inverter iv

5 KATA PENGANTAR Puji syukur kita panjatkan kehadirat Allah yang maha Esa atas berkat rahmat dan ridhonya penulis dapat menyelesaikan laporan akhir ini tepat pada waktunya. Mengenai bahan dan sumber laporan ini penulis sajikan berdasarkan hasil rancang bangun yang telah penulis laksanakan serta ditambah dengan berbagai teori yang penulis ambil dari beberapa buku tentang PLTS, internet serta wawancara langsung dengan ahli dibidangnya. Pada saat perancangan peralatan maupun dalam tahap penulisan laporan ini, penulis telah mendapat segala bantuan yang dibutuhkan baik berupa saran -saran maupun pemikiran dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada: 1. Bapak RD. Kusumanto, S.T., M.M. sebagai Direktur Politeknik Negeri Sriwijaya. 2. Bapak Ir. Ali Nurdin, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Sriwijaya. 3. Bapak Ir. Siswandi, M.T., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Sriwijaya. 4. Bapak Herman, S.T., M.Eng. selaku Ketua Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Sriwijaya. 5. Bapak Ir. Siswandi, M.T. selaku dosen pengajar dan pembimbing satu. 6. Bapak Sudirman Yahya, S.T., M.T. selaku dosen pengajar dan pembimbing dua. 7. Orang tua yang selalu memberi support agar selalu bersemangat dalam menyelesaikan laporan akhir ini. 8. Rekan Hmj Elektro yang telah ikut berpartisipasi dalam menyelasikan laporan akhir ini. 9. Teman-teman kelas 6 ELB yang setia memberikan masukan dan saran dalam menyelesaikan laporan akhir ini 10. Serta semua pihak yang secara langsung maupun tidak langsung yang telah membantu menyelesaikan laporan akhir ini v

6 Penulis menyadari bahwa laporan akhir yang disajikan masih belum begitu sempurna. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun dari semua pihak demi kesempurnaan laporan ini di masa mendatang. Atas perhatian serta partisipasi dari semua pihak, akhir kata penulis mengucapkan terima kasih. Palembang, Juli 2014 Penulis vi

7 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii MOTTO... iii ABSTRAK... iv KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vii DAFTAR TABEL... x DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR GRAFIK...xiv DAFTAR LAMPIRAN... xv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tujuan dan Manfaat Tujuan Manfaat Rumusan Masalah Batasan Masalah Metode Penulisan Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Teori Semikonduktor Teori Dasar PLTS... 5 vii

8 2.2.1 Prinsip Kerja Sel Surya Karakteristik Modul Fhotovoltaik Hubungan Sel Surya Secara Seri Dan Paralel Jenis-jenis Sel Surya Baterai Charge Regulator Inverter Prinsip Kerja Inverter Akumulator Jenis-jenis akumulator Cara Kerja akumulator Kapasitas Batere Hubungan Batere Kabel Tracker Komponen Elektronik Dioda kapasitor Resistor Hubungan Pada Resitor Transistor IC (Integrated Circuit) Transformator Induktor Macam-macam Induktor Prinsip Kerja Induktor Cara Menghitung Induktansi BAB III RANCANG BANGUN SISTEM PLTS 3.1 Tujuan Perancangan Diagram Blok Rancangan Sistem PLTS Perhitungan Kebutuhan PLTS viii

9 3.2.2 Tahapan Perancangan Proses Perancangan elektronik Regulator Proses Perancangan Mekanik Regulator Proses Perancangan Elektronik Inverter Proses Perancangan Mekanik Inverter Tracker Beban Langkah-langkah Pengujian Pengujian Regulator Pengujian Inverter Pengukuran Besaran Arus Dan Tegangan Pengukuran Regulator Pengukuran Inverter Pengujian PLTS BAB IV PEMBAHASAN 4.1 Hasil Data Pengujian Regulator Data Pengujian Inverter Data Pengujian PLTS Pembahasan BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN DAFTAR TABEL ix

10 Halaman Tabel 2.1 Kode Warna Pada Resistor Tabel 2.2 Kode Warna Kapasitor Tabel 3.1 Perhitungan Beban PLTS Tabel 3.2 Alat-alat yang digunakan Tabel 3.3 Daftar Bahan Komponen Yang Digunakan Tabel 3.4 Daftar Bahan komponen pada Box Panel Tabel 3.5 Daftar alat-alat yang digunakan Tabel 3.6 Daftar Bahan Komponen Yang Digunakan Tabel 3.7 Daftar Bahan komponen pada Box Panel Tabel 4.1 Pengukuran Regulator tanpa Batere dan beban Tabel 4.2 Pengukuran Regulator dengan Batere Terhubung Tabel 4.3 Pengukuran Regulator dengan Batere Terhubung dan Beban Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Rangkaian Inverter Tabel 4.5 Pengukuran PLTS Hari pertama Tabel 4.6 Pengukuran PLTS Hari kedua Tabel 4.7 Pengukuran PLTS Hari ketiga Tabel 4.8 Pengukuran PLTS Beban LED 10 W Tabel 4.9 Pengukuran PLTS Beban Pijar 10 W DAFTAR GAMBAR x

11 Halaman Gambar 2.1 Foto Sel dan batere aki... 6 Gambar 2.2 Simbol Yang Diberikan Untuk Photovoltaik... 7 Gambar 2.3 Semikonduktor Tipe-P dan Tipe-N belum disambung... 9 Gambar 2.4 Semikonduktor Tipe-P dan Tipe-N disambung... 9 Gambar 2.5 Semikonduktor Tipe-P dan Tipe-N Bersatu Gambar 2.6 Perbedaan Muatan Semikonduktor Tipe-P dan Tipe-N Gambar 2.7 Konversi Cahaya Pada Semikonduktor tipe P-N Gambar 2.8 Terbentuknya Pasangan Elektron dan Hole Gambar 2.9 Arus Listrik Akibat Elektron Lampu Menyala Gambar 2.10 Kurva Arus-Tegangan Dari Sebuah Modul Surya Gambar 2.11 Karakteristik photovoltaic Gambar 2.12 Konfigurasi Modul Photovoltaik Gambar 2.13 Rangkain Seri Paralel Photovoltaik Gambar 2.14 Sel Surya Single Kristal Gambar 2.15 Sel Surya Polikristal Gambar 2.16 Sel Surya Polikristal Dengan Metode EFG Gambar 2.17 Amorphos Silicon Gambar 2.18 Prinsip Kerja Rangkaian Inverter Gambar 2.19 Susunan Dan Konstruksi Akkumulator Timah Gambar 2.20 Letak Geografis Indonesia Gambar 2.21 Simbol Sirkit Untuk Dioda Gambar 2.22 Resistor Pembatas Arus Pada LED Gambar 2.23 Karakteristik Dioda Gambar 2.24 Simbol Sirkit Untuk Kapasitor Nonelektrolis Gambar 2.25 Simbol Sirkit Untuk Kapasitor Elektrolitis Gambar 2.26 Resistor Gambar 2.27 Resistor Dirangkai Seri Gambar 2.28 Resistor Dirangkai Secara Pararel Gambar 2.29 Simbol Sirkit Transistor Gambar 2.30 Rangkaian Regulator Variabel LM xi

12 Gambar 2.31 Rangkaian Regulator 12 Volt DC 5 Amper Gambar 2.32 Transformator Gambar 2.33 Skema Transformator Step-Up Gambar 2.34 Skema Transformator Step-Down Gambar 2.35 Induktor Dengan Inti Udara Gambar 2.36 Induktor Dengan Inti Besi Gambar 2.37 Induktor Dengan Inti Ferit Gambar 2.38 Induktor Dengan Perubahan Inti Gambar 2.39 Simbol Induktor Gambar 2.40 Cara Menghitung Induktansi Gambar 2.41 Kumparan Lapisan Tunggal Gambar 2.42 Kumparan Lapisan Jamak Gambar 2.43 Kumparan Spiral Gambar 3.1 Diagram Blok Perancangan Sistem PLTS Gambar 3.2 Line Diagram Rangkaian Regulator Gambar 3.3 Rangkaian Indikator Merah Gambar 3.4 Rangkaian Pengatur Tegangan Dan Arus Gambar 3.5 Rangkaian Proteksi Gambar 3.6 Rangkaian Proteksi Arus Balik Gambar 3.7 Rangkaian Pembanding Tegangan Gambar 3.8 Lay Out Rangkaian Gambar 3.9 Tata Letak Komponen Gambar 3.10 Box Panel Tampak Secara Keseluruhan Gambar 3.11 Box Panel Tampak Depan Gambar 3.12 Box Panel Tampak Belakang Gambar 3.13 Line Diagram Rangkaian Inverter Gambar 3.14 Rangkaian Indikator Hijau Gambar 3.15 Rangkaian Astabil Multivibrator Gambar 3.16 Rangkaian Proteksi Inverter Gambar 3.17 Penentuan Nilai Induktor Gambar 3.18 Lay Out Rangkaian xii

13 Gambar 3.19 Tata Letak Komponen Gambar 3.20 Box Panel Tampak Secara Keseluruhan Gambar 3.21 Box Panel Tampak Depan Gambar 3.22 Box Panel Tampak Belakang Gambar 3.23 Desain Trackers Gambar 3.24 Pengujian Regulator Dengan Power Suplly Gambar 3.25 Pengujian Inverter Dengan Batere Gambar 3.26 Pengukuran PLTS DAFTAR GRAFIK Halaman Grafik 4.1 Konsumsi Arus Regulator Grafik 4.2 Konsumsi Arus Regulator pada saat menggunakan batere xiii

14 Grafik 4.3 Konsumsi Arus regulato Saat Terbebani Grafik 4.4 Tegangan Keluaran Panel Surya Grafik 4.5 Konsumsi arus Regulator Pada Beban DC 10 W Grafik 4.6 Keluaran arus regulator terhadap waktu Grafik 4.7 Konsumsi arus pada Beban yang berbeda DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Lampiran 2 Rekomendasi Ujian Lembar Bimbingan Satu xiv

15 Lampiran 3 Lampiran 4 Lampiran 5 Lembar Bimbingan Dua Kesepakatan Bimbingan Satu Kesepakatan Bimbingan Dua xv