Diajukan untuk memenuh salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro OLEH :

Transkripsi

1 PERENCANAAN SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM DAN TAMAN DI AREAL KAMPUS USU DENGAN MENGGUNAKAN TEKNOLOGI TENAGA SURYA (APLIKASI PENDOPO DAN LAPANGAN PARKIR) Diajukan untuk memenuh salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro OLEH : DONNY T B SIHOMBING NIM : DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

2 LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR PERENCANAAN SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM DAN TAMAN DI AREAL KAMPUS USU DENGAN MENGGUNAKAN TEKNOLOGI TENAGA SURYA (APLIKASI PENDOPO DAN LAPANGAN PARKIR) Disusun Oleh Donny T B Sihombing NIM : DISETUJUI DAN DISAHKAN OLEH : PEMBIMBING TUGAS AKHIR Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si NIP : DIKETAHUI OLEH : KETUA DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK USU Ir. Surya Tarmizi Kasim, MSi NIP : DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

3 ABSTRAK Sistem penerangan jalan umum adalah pelayanan yang menerangi jalan umum dimana penerangan ini lampu hanya dinyalakan pada malam hari, penerangan jalan umum menggunakan lampu merkuri dan memakan daya yang besar dalam menerangi jalanan selama malam hari hingga waktu menjelang pagi, sehingga tidak efisien dalam penggunaan daya. Pemanfaatan energi matahari merupakan satu diantara sumber energi yang dapat dimanfaatkan untuk penerangan jalan di perkotaan maupun pedesaan. Lampu penerangan jalan (PJU) tenaga matahari berbasis LED jenis hi-power yang sangat terang, hemat energi dan tahan lama menggunakan panel surya / solar cell sebagai sumber yang berfungsi menerima cahaya (sinar) matahari yang kemudian diubah menjadi listrik melalui proses photovoltaic. Lampu Jalan Tenaga Surya ( PJU Tenaga Surya) secara otomatis dapat mulai menyala pada sore hari dan padam pada pagi hari dengan perawatan yang mudah dan efisien selama bertahun-tahun. Secara keseluruhan sistem ini dirancang untuk penyediaan cahaya penerangan umum dengan sumber energi terbarukan, bebas biaya perawatan dan berumur ekonomis lama. Dengan sistem pemasangan yang cepat dan mudah, PJU LED Tenaga Surya dapat menjadi solusi yang cepat dalam mengatasi kebutuhan penerangan jalan umum. Kata Kunci : Solar Cell, Modul Surya, Lampu LED, Baterai, Controller, Lampu Penerangan Jalan Umum i

4 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus yang oleh karena kasihnya, penulis dimampukan menyelesaikan tugas akhir ini. Adapun tugas akhir ini berjudul PERENCANAAN SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM DAN TAMAN DI AREAL KAMPUS USU DENGAN MENGGUNAKAN TEKNOLOGI TENAGA SURYA (APLIKASI PENDOPO DAN LAPANGAN PARKIR), yang disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam kurikulum pembelajaran di Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik. Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis tidak terlepas dari bantuan banyak pihak. Untuk itulah penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada : 1. Kedua orang tua saya (D. S Sihombing dan R. Silalahi), Kakak dan adik adikku, yang selalu memperhatikanku dan yang terbanyak memberiku motivasi, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan. 2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah banyak memberikan sumbangan ilmu dan waktunya. 3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rachmat Fauzi ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU. 4. Bapak Rachmat Fauzi ST, MT selaku dosen wali. 5. Seluruh staff pengajar / dosen departemen Teknik Elektro FT. USU. 6. Seluruh staff tata usaha departemen Teknik Elektro FT. USU. ii

5 7. Teman teman stambuk 2007 Ekstensi yang nama namanya tak dapat disebutkan satu persatu. 8. Istri saya tercinta Betty Panggabean yang mendukung penulis sepenuhnya untuk menyelesaikan tugas akhir ini. Penulis menyadari bahwa penyusunan karya ilmiah ini masih belum sempurna. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang bisa membangun tugas akhir ini menjadi lebih baik lagi. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan tugas akhir ini dapat berguna memberikan ilmu pengetahuan bagi kita semua. Medan, 11 Januari 2013 Penulis Donny T B Sihombing iii

6 DAFTAR ISI ABSTRAK... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... i ii iv vii ix BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan dan Manfaat Penulisan Batasan Masalah Metode Penulisan Sistematika Penulisan... 4 BAB II LAMPU PENERANGAN JALAN UMUM TENAGA SURYA 2.1 Umum Solar Cell (Panel Surya) Modul Surya Jenis jenis Solar Cell Prinsip Kerja Solar Cell Faktor Pengoperasian Solar Cell Baterai (Battery) Battery Charger iv

7 2.4.1 Metode Charge Discharge Solar PV Controller Jenis PV Controller Inverter Lampu LED ( Light Emitting Diode) BAB III TEKNIK DAN PERENCANAAN SISTEM PENERANGAN Teknik Penerangan Satuan Penerangan Sistem Internasional Diagram Polar Intensitas Cahaya Sistem Penerangan dan Armatur Efisiensi Penerangan Penentuan Jumlah Lampu atau Armatur Sistem Penerangan Luar Fungsi Penerangan Jalan Acuan Normatif Perbandingan Kemerataan Pencahayaan Pandangan Silau dan Pandangan Silhoutte Sistem Penempatan Lampu Penerangan Jalan Dasar Perencanaan Penerangan Jalan Perencanaan dan Perancangan Sistem Penerangan Tenaga Surya Konfigurasi Sistem Instalasi Solar Cell Tipe-tipe Pemasangan Sel Surya v

8 3.3.4 Perencanaan Perhitungan Daya Solar Cell Battery Charger Sensor Cahaya Sensor Tegangan Lampu LED (Light Emighthing Diode) Perbandingan Lampu Jalan AC Dengan Lampu DC LED BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA Perhitungan Daya Total Lampu Penerangan Terpasang di Areal Kampus USU Aplikasi Penerangan Umum Tenaga Surya di Area Pendopo dan Lapangan Parkir Pengujian dan Analisa Perangkat Pengujian Solar Cell Pengujian Baterai Charger Pengujian Lampu LED Perhitungan Pengunaan Energi PLN BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vi

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Lampu Penerangan Jalan Tenaga Matahari (PJU-TS)... 7 Gambar 2.2 Panel Surya (Solar Cell) Gambar 2.3 Modul Surya dan Penampang Lintang Modul Surya Gambar 2.4 Spektrum Radiasi Sinar Matahari Gambar 2.5 Grafik kurva I-V Gambar 2.6 Baterai Gambar 2.7 Rangkaian Baterai Charger Gambar 2.8 Proses Charge dengan Arus Konstan Gambar 2.9 Proses Discharge dengan Arus Konstan Gambar 2.10 Proses Charge dengan Daya Konstan Gambar 2.11 Proses Discharge dengan Daya Konstan Gambar 2.12 Proses Charge dengan arus konstan / tegangan konstan Gambar 2.13 Proses Charge dengan resistansi konstan Gambar 2.14 Diagram Kerja Controller Gambar 2.15 Skema Rangkaian Inverter Gambar 2.16 Lampu LED Gambar 3.1 Diagram Polar Intensitas Cahaya dan Armatur Gambar 3.2 Diagram vektor intensitas penerangan Gambar 3.3 Block Diagram Sistem penerangan dengan Solar Cell Gambar 3.4 Rangkaian Instalasi Solar Cell Gambar 3.5 Solar Cell 50 WP vii

10 Gambar 3.6 Solar Cell 30 WP Gambar 3.7 Blok Diagram Sistem Kontrol Pada Battery Charger Gambar 3.8 Konfigurasi Rangkaian Dasar dari LM Gambar 3.9 Konfigurasi Pin HA Gambar 3.10 Rangkaian Battery Charger Gambar 3.11 Rangkaian LDR Gambar 3.12 Rangkaian LDR Gambar 3.13 Rangkaian Sensor Cahaya Gambar 3.14 Rangkaian Pembagi Tegangan Gambar 3.15 Lampu LED 10 Watt Gambar 3.16 Diagram Rangkaian Lampu LED Yang Dipararel viii

11 DAFTAR TABEL Table 3.1 Pembagian flux cahaya terhadap bidang kerja Tabel 3.2 Rasio kemerataan pencahayaan Tabel 3.3 Pengukuran Lampu LED (4 Lampu Dengan Daya 40 Watt) dengan Reflector Alumunium Dengan Tambahan Kaca Tabel 3.4 Pengukuran Lampu Jalan AC mercury (Daya 200 Watt) dengan Reflector Alumunium Dengan Tambahan Kaca Tabel 4.1 Total Daya LPJU di Areal Kampus USU Tabel 4.2 Data Pengujian Solar Cell 50Wp Tabel 4.3 Data Pengujian Solar Cell 50Wp Tabel 4.4 Pengujian Baterai Charge Dengan Solar Cell 50 Wp Tabel 4.5 Pengujian Baterai Charge Dengan Solar Cell 30 Wp Tabel 4.6 Data Hasil Pengujian Pengatur Tegangan Keluaran Battery Charge Tabel 4.7 Pengukuran Lampu LED (1 Lampu Dengan Daya 3 Watt) Tanpa Reflektor Tabel 4.8 Pengukuran Lampu Led (1 Lampu Dengan Daya 10 Watt) Tanpa Reflektor Tabel 4.9 Pengukuran Lampu Led (4 Lampu Dengan Daya 40 Watt) Tanpa Reflektor Tabel 4.10 Pengukuran Lampu Led (4 Lampu Dengan Daya 40 Watt) Dengan Reflector ix

12 Tabel 4.11 Pengukuran Lampu Led (4 Lampu Dengan Daya 40 Watt) Dengan Reflector Alumunium Dengan Tambahan Kaca Tabel 4.12 Data Sampling Lampu Penerangan AC di Kompleks USU x