PEMANFAATAN ENERGI MATAHARI MENGGUNAKAN SOLAR CELL SEBAGAI ENERGI ALTERNATIF UNTUK MENGGERAKKAN KONVEYOR M. Helmi F. A. P. 1, Epyk Sunarno 2, Endro Wahjono 2 Mahasiswa Teknik Elektro Industri 1, Dosen Elektro Industri PENS-ITS 2 Teknik Elektro Industri, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Kampus ITS Sukolilo Surabaya 60111 Telp (+62) 031-59447280.Fax (+62) 031-5946114 Email: eby_thog@yahoo.com ABSTRAK Energi surya merupakan sumber energi terbarukan yang ketersediaannya tidak terbatas. Untuk mendapatkan energi listrik yang berasal dari matahari diperlukan panel surya sehingga energi cahaya dari matahari dapat berubah menjadi energi listrik. Energi surya yang dihasilkan oleh panel surya 50 WP berkisar antara 17 Volt 24 Volt. Agar bisa mendapatkan tegangan yang diperlukan untuk mengisi accu 48 Volt diperlukan accu 4 buah dengan tegangan 12 volt 36 AH dan 3 buah solar cell untuk dapat mengisi penuh accu yang tersedia. Untuk mendapatkan tegangan penggerak konveyor digunakan trafo step-up untuk menaikkan tegangan menjadi 220 Volt yang sudah diubah menjadi tegangan AC melalui inverter 1 phasa, tujuan dari proyek akhir ini adalah merancang sistem pengendalian pengaturan kecepatan melalui input dari keypad berbasis mikrokontroler ATMEGA16. Pengaturan kecepatan ini memiliki batasan tegangan masukan dari trafo step-up dengan tujuan untuk mengantisipasi energi alternatif jika tidak dapat menjalankan sistem akan langsung mendapatkan tegangan masukan dari PLN untuk menjalakan sistem. Kata kunci: solar cell, accu, inverter, ATMEGA16 1. PENDAHULUAN Pertumbuhan penduduk yang terus meningkat mengakibatkan kebutuhan energi pun terus bertambah. Hal ini bertolak belakang dengan ketersediaan energi fosil yang selama ini menjadi bahan bakar utama yang semakin menipis, energi fosil ini sendiri adalah energi yang tidak dapat diperbaharui karena membutukan waktu yang sangat lama dalam pembentukkannya. Untuk memenuhi kebutuhan energi yang terus meningkat, pemerintah terus mengembangkan berbagai energi alternatif, di antaranya energi terbarukan. Potensi energi terbarukan, seperti biomassa, panas bumi, energi surya, energi air, dan energi angin sampai saat ini belum banyak dimanfaatkan, padahal potensi energi terbarukan di Indonesia sangat besar. Terkait dengan energi surya, sebagai negara tropis Indonesia mempunyai potensi energi surya yang cukup besar. Berdasarkan data penyinaran matahari yang dihimpun dari 18 lokasi di Indonesia, radiasi surya di Indonesia dapat diklasifikasikan berturut-turut sebagai berikut: untuk kawasan barat dan timur Indonesia dengan distribusi penyinaran 1 di Kawasan Barat Indonesia (KBI) sekitar 4,5 kwh/m 2 /hari dengan variasi bulanan sekitar 10%; dan di Kawasan Timur Indonesia (KTI) sekitar 5,1 kwh/m 2 /hari dengan variasi bulanan sekitar 9%. Dengan demikian, potensi angin rata-rata di Indonesia sekitar 4,8 kwh/m 2 /hari dengan variasi bulanan sekitar 9% 1. Dalam proyek akhir ini, energi matahari dimanfaatkan sebagai energi alternatif pada konveyor. Energi matahari akan diubah menjadi energi listrik menggunakan sel surya untuk selanjutnya disimpan dalam battery atau accu. Energi dari accu digunakan dalam inverter yang berfungsi mengubah tegangan DC menjadi gelombang sinus untuk selanjutnya tegangan akan dinaikkan dengan trafo step-up untuk menggerakkan konveyor. 1.1. Tujuan Tujuan dari proyek akhir ini adalah memanfaatkan energy maatahari dalam sistem sel surya yang digunakan sebagai tenaga alternatif untuk menggerakkan konveyor sehingga bisa diketahui penghematan daya yang dipakai jika dibandingkan dengan menggunakan daya dari PLN. 1 http://www.esdm.go.id/news-archives/56-artikel/3347- pemanfaatan-energi-surya-di-indonesia.html
1.2. Batasan Masalah 1. Perancangan trafo step-up untuk menaikkan tegangan keluaran dari sel surya sebesar rata-rata 48 volt menjadi 220 volt dengan penyesuaian dari perhitungan lilitan dan besar diameter kawat. 2. Perancangan sensor tegangan yang digunakan sebagai umpan balik untuk menentukan pemakaian energy dari PLN 3. Perhitungan penghematan energi yang dipakai dengan pemanfaatan energy alternative dari solar sell. 2. PERANCANGAN SISTEM Perancangan sistem meliputi pembuatan blok diagram kerja sistem yang terdiri dari sel surya, boost converter, accu, dan beban pompa air kolam. Blok diagram seperti ditunjukkan pada gambar 1.1. Jenis transformator : Transformator step-up Parameter yang diketahui : Vp = 48 V Is = 2 A Vs = 220 V Efisiensi = 80 % Menentukan daya primer dan daya Pprimer = = = 550 W Menentukan arus primer dan arus Menentukan Inti Besi (KERN) Panjanginti (b) : 2.1. Sel Surya Gambar 1.1 Diagram blok sistem Pada proyek akhir ini dipilih sel surya dengan spesifikasi daya maksimum 150W 2.2. Boost Converter 3.2.1. Transformator Lebar/tinggiintibesi ( h ) : Luaspenampanginti (A) : Berat KERN Berat KERN (dalam gram) =1,5xDaya primerx7,8 = 1,5 x 550 x 7,8 = 6435 gram Gambar 3.5 Trafo step-up 48V- 220V350W 2
Menghitung jumlah lilitan primer dan Lilitan primer : Lilitan : Menentukan ukuran kawat tembaga (AWG) Diameter kawat primer ( ) : Diameter kawat ( ) : Maka ukuran kawat yang digunakan adalah 3 mm untuk lilitan primer dan 0,5 mm untuk lilitan Total kawat AWG yang diperlukan : Keliling Bobin Inti Induktor = 1729+864.5 = 2593.5 cm = 25,94 m 26 m Pulse Width Modulation dibangkitkan dengan cara membandingkan antara sinyal segitiga dengan sinyal dc. Pengelompokan sinyal dikerjakan dengan membandingkan sebuah sinyal referensi PWM dari summing amplifier, dengan amplitudo gelombang pembawa segitiga. Frekuensi sinyal pembawa menunjukkan frekuensi dasar tegangan output. Dalam membangkitkan teknik Switching Pulse Width Modulation, harus direncanakan dahulu kondisi ON dan OFF ( kondisi switching) sinyal drive mosfet tersebut. Untuk periode ON dan OFF adalah sama lamanya yaitu setengah dari periode untuk masing masing frekuensi. Dalam hal ini, untuk membangkitkan metode switching PWM untuk mengetahui kondisi high dan low switching pada mosfet. Kondisi penyulutan empat mosfet tersebut terlihat pada table 3.4. Tabel 3.10 Kondisi Penyulutan State Vout put Mosfet 1,4 ON dan Mosfet 2,3 OFF Mosfet 1,4 OFF dan Mosfet 2,3 ON Vs - Vs = = 13 cm JikaToleransiPanjangKawat = 50% Panjang Kawat Primer Gambar 3.22. Gelombang Drive Mosfet (Volt/div=5V;Time/div=10ms) = 10816+5408 cm = 16224 cm = 162,24 m 162 m Gambar simulasi dari rangkaian inverter 1 phasa adalah: 3
Dalam perhitungan Vin yang digunakan 220 volt AC dan Vout yang diharapkan adalah 4 volt AC, sehingga: Gambar 3.4 Keluaran Penyultan Mosfet 1 dan 4 Gambar 3.4 Keluaran Penyultan Mosfet 2 dan 3 Ditetapkan terlebih dahulu R1=680K, maka: Maka R2 yang digunakan adalah 10K dan 5 K karena keterbatasan variasi nilai komponen. Daya resistor pembagi tegangan: Gambar 3.4 Keluaran Inverter satu fasa jembatan penuh penuh 2.3 Sensor Tegangan Voltage divider ini digunakan sebagai sensor tegangan yang dimasukkan ke dalam ADC mikrokontroler. Dari tegangan keluaran trafo 220 Volt dibagi menjadi tegangan dengan nilai akhir 4 Volt DC. Sensor tegangan menggunakan resistor pembagi tegangan dipasang secara paralel antara phasa dengan netral. Penggunaan resistor tidak merubah harga beda. Secara umum rangkaian pembagi tegangan ditunjukkan oleh Gambar 3.14 berikut ini: Daya resistor yang digunakan watt. Gambar 3.6 Hardware sensor tegangan Gambar 3.14 Sensor tegangan dengan pembagi tegangan 3 4
3. PENUTUP 3.1 Kesimpulan Berdasarkan data-data yang diperoleh dari semua pengujian yang telah dilakukan dapat disimpulkan : 1. Keluaran tegangan dari system tidak bisa mencapai seperti yang diharapkan 220 V, keluaran tegangan maksimal system hanya 172V dikarenakan drop tegangan pada sisi trafo. 2. Pemilihan Beban motor pompa tidak tepat karena memiliki kecepatan yang baik tapi dengan torsi kecil sehingga mengakibatkan motor panas dan arus berlebih pada system. 3. Perbandigan gear 2:1 pada pengkopelan motor dengan konveyor masih kurang untuk meringankan putaran motor. 4. DAFTAR PUSTAKA 1. Afif, Salakhudin, Rancang Bangun Inverter Satu Fase Sebagai Daya Cadangan Rumah Tangga, Tugas Akhir, Teknik Elektro Industri, PENS-ITS, 2007 2. Umar Hisbullah, RANCANG BANGUN PENGUBAH DC KE AC (INVERTER) PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN (PLTA), Proyek Akhir, 2007 3. Bose,Bimal K., Modern power electronic and AC drives, Prentice Hall PTR, 2002 4. Muhammad H. Rhasid, POWER ELECTRONICS: CIRCUITS, DEVICE, AND APPLICATIONS, 2 ND ED.,PT Prenhallindo,Jakarta,1999 5. M. Zaenal Effendi, Desain Transformator Frekwensi Rendah (50 Hz) 6. http://elektroindonesia.com/elektro/tutor12.html 5