PENGGUNAAN TENAGA MATAHARI (SOLAR CELL) SEBAGAI SUMBER DAYA ALAT KOMPUTASI LAPORAN TUGAS AKHIR Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Pendidikan Program Diploma 3 Oleh: MUHAMMAD ARDHI HIDAYAT NIM. 1205112037 PROGRAM STUDI TEKNIK KOMPUTER JURUSAN TEKNIK KOMPUTER DAN INFORMATIKA POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
ABSTRAK Kebutuhan akan listrik dewasa ini sangat besar ditambah lagi penggunaannya yang kurang efisien. Selain itu sumber utama untuk mendapatkan energi listrik berasal dari sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui. Sumber daya alam utama tersebut antara lain, batu bara dan miyak bumi. Selain itu terdapat beberapa sumber daya alam alternatif yang dapat digunakan sebagai sumber energi listrik yang lebih efisien, ramah lingkungan dan dapat diperbaharui. Salah satu sumber daya alam alternatif tersebut adalah cahaya matahari. Cahaya matahari dapat dimanfaatkan menjadi sumber energi listrik dengan cara menyerap panas cahaya matahari dan kemudian mengkonversinya menjadi energi listrik. Untuk memanfaatkan cahaya matahari agar menjadi energi listrik dibutuhkan sebuah panel surya. Panel surya terdiri dari beberapa jenis bahan semikonduktor. Energi listrik dari hasil konversi panel surya kemudian disimpan di dalam baterai aki lead acid. Pengisian energi listrik ke baterai diatur dengan charger controller, dengan charger controller baterai dapat bertahan lebih lama karena charger controller dapat membatasi tegangan maksimum yang dihasilkan panel surya pada hari yang sangat panas. Kemudian untuk memanfaatkan energi cahaya matahari untuk menghidupkan perlatan yang membutuhkan energy listrik dibutuhkan sebuah inverter yang merubah arus DC dari baterai menjadi arus AC. Peralatan listrik membutuhkan arus AC yang stabil agar tidak rusak. Untuk itu dibuat sebuah sistem yang dapat memonitoring arus AC, sehingga apabila arus dalam keadaan rendah pengguna dapat mematikan peralatan listriknya. Sistem tersebut dibuat menggunakan kit Arduino Uno yang kemudian akan menghasilkan tampilan monitoring arus yang akan di tampilkan pada sebuah lcd. Kata kunci: energi alternatif, panel surya, arduino, monitoring arus, sensor arus iii
KATA PENGANTAR Alhamdulillah, puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa telah melimpahkan rahmat dan karunia-nya akhirnya tugas akhir ini dapat terselesaikan. Melalui penulisan tugas akhir yang berjudul Penggunaan Tenaga Matahari Sebagai Sumber Daya Alat Komputasi ini, penulis bermaksud untuk memperkenalkan system tersebut ke dunia teknologi agar menghemat penggunaan listrik. Tugas akhir ini tentunya tidak dapat terselesaikan tanpa bantuan berbagai pihak baik secara langsung, tidak langsung, maupun Doa. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan ucapan terimakasih yang tak terhingga kepada: 1. M.Syahruddin S.T., M.T. selaku Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Ketua Jurusan Teknik Komputer dan Informatika Politeknik Negeri Medan Ferry Fachrizal, S.T., M.Kom. 3. Ketua Program Studi Teknik Komputer Politeknik Negeri Medan Zakaria Sembiring, ST., M.Sc. 4. Bapak Dosen Pembimbing, Drs. Anwar, M. T., yang sudah membimbing penulis dalam penyelesaian tugas akhir ini. Terima kasih atas bantuan bapak selama ini. 5. Bapak Friendly selaku Wali Kelas CE-6A. iv
6. Seluruh staf pengajar Program Studi Teknik Komputer Politeknik Negeri Medan yang telah memberi pengajaran kepada penulis selama masa perkuliahan. 7. Kedua orang tua penulis: Bapak Abu Bakar Riffin dan Ibu Nurnilawati yang telah banyak memberi dukungan semangat, materil dan Doa yang tiada henti. 8. Teman-teman penulis di CE angkatan 2012 terkhusus CE-6A: Nicodemus selaku teman satu bimbingan. Teman-teman seperjuangan lainnya: Nurhasanah, Khairul, Basri, Petrus, Dirham, Nurkholish, Amirul, Febry, Faisal, Juliana, Theresia, Novaria, serta Fitri teman seperjuangan semasa awal perkuliahan. Penulis menyadari sepenuhnya atas segala kekurangan dan keterbatasan yang terdapat pada tugas akhir ini karena itu penulis mengharapkan laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi seluruh kalangan, terutama kalangan di bagian perkembangan teknologi dan informasi. Medan, 19 Agustus 2015 Muhammad Ardhi Hidayat NIM. 1205112037 v
DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN... i LEMBAR PENGESAHAN... ii ABSTRAK... iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... x BAB 1 PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang Masalah... 1 1.2. Perumusan Masalah... 2 1.3. Tujuan Tujuan Tugas Akhir... 2 1.4. Manfaat Tugas Akhir... 3 1.5. Batasan Masalah... 3 1.6. Metode Tugas Akhir... 4 1.6.1. Melakukan Observasi dan Studi Literatur... 4 1.6.2. Melakukan Perancangan Sistem... 4 1.6.3. Melakukan Perancangan Sistem... 4 1.6.4. Merealisasikan... 5 1.6.5. Menganalisa dan Mengevaluasi... 5 1.6.6. Pengujian... 5 1.6.7. Penyusunan Tugas Akhir... 5 vi
1.7. Sistematika Penulisan... 5 BAB 2 LANDASAN TEORI... 7 2.1. Solar Cell... 7 2.1.1. Kondisi Solar Cell Saat Ini... 7 2.2. Inverter... 9 2.3. Solar Charger... 11 2.4. Baterai (Aki)... 12 2.4.1. Fungsi Baterai... 13 2.4.2. Kontruksi Baterai... 13 2.5. Sensor Arus ACS712... 15 2.6. Arduino... 22 2.6.1. Arduino Uno... 24 2.6.2. Pin Masukan dan Keluaran Arduino Uno... 25 2.6.3. Sumber Daya dan Pin Tegangan Arduino Uno... 27 2.6.4. Peta Memori Arduino Uno... 28 2.7. LCD ( Liquid Crystal Display)... 28 2.8. Regulator 7805... 30 2.9. Dioda 1N4001... 32 2.10. Fritzing Simulation... 32 BAB 3 PERANCANGAN SISTEM... 34 3.1. Lokasi Penelitian... 34 3.2. Peralatan/ Komponen... 34 3.2.1. Hardware... 34 vii
3.2.2. Software... 35 3.3. Spesifikasi Kebutuhan... 35 3.3.1. Spesifikasi hardware... 35 3.4. Blok Diagram... 38 3.5. Flowchart... 40 3.6. Langkah Kerja Perancangan Hardware dan Software... 41 3.6.1. Perancangan Hardware... 41 BAB 4 IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN... 47 4.1. Implementasi... 47 4.1.1. Proses Instalasi... 47 4.2. Pengujian... 48 4.2.1. Pengujian Unit... 48 4.2.2. Pengujian Power Supply... 48 4.2.3. Pengujian Regulator 7805 dan LCD Keypad Shield... 49 4.2.4. Pengujian Sensor Arus ACS712 Pada Solar Cell... 50 4.2.5. Pengujian Alat Komputasi Pada Sistem... 51 4.2.6. Analisa Perubahan Arus Akibat Cuaca Pada Solar Cell... 52 4.2.7 Analisa Software... 53 BAB 5 SIMPULAN DAN SARAN... 56 5.1. Simpulan... 56 5.2. Saran... 56 DAFTAR PUSTAKA... 57 LAMPIRAN... 58 viii
DAFTAR GAMBAR GAMBAR 2.1. KONTRUKSI BATERAI... 13 GAMBAR 2.2. BLOK DIAGRAM ARDUINO BOARD... 23 GAMBAR 2.3. ARDUINO UNO... 25 GAMBAR 2.4. LCD BUTTON SHIELD ARDUINO... 28 GAMBAR 3.1. DIAGRAM BLOK SISTEM... 38 GAMBAR 3.2. DIAGRAM BLOK MIKROKONTROLER... 39 GAMBAR 3.3. FLOWCHAT DARI PEMBACAAN SENSOR ACS712... 41 GAMBAR 3.4. SKEMATIK PERANGKAT KERAS SISTEM... 44 GAMBAR 3.5. BENTUK FISIK RANGKAIAN SISTEM... 44 GAMBAR 3.6. SENSOR ACS712 DAN BOARD ARDUINO... 45 GAMBAR 3.7. PEMBAGIAN ARUS MASING MASING SENSOR... 46 GAMBAR 4.1. PENGUJIAN POWER SUPPLY... 49 GAMBAR 4.2. HASIL PENGUJIAN LCD KEYPAD SHILED... 50 GAMBAR 4.3. PENGUJIAN ALAT KOMPUTASI PRINTER... 51 GAMBAR 4.4. PENGUJIAN ALAT PADA LAPTOP... 52 GAMBAR 4.5. GRAFIK ANALISIS PADA SIANG HARI... 53 ix
DAFTAR TABEL TABEL 2.1. PIN LCD DAN FUNGSINYA... 29 TABEL 3.1. KOMPONEN DARI HARDWARE.... 34 TABEL 3.2. KOMPONEN DARI SOFTWARE.... 35 TABEL 3.3. PENGGUNAAN PIN ARDUINO PADA SYSTEM.... 43 TABEL 4.1. PERLENGKAPAN ALAT YANG AKAN DIGUNAKAN... 47 TABEL 4.2. PENGUJIAN SENSOR ARUS ACS712... 51 TABEL 4.3. ANALISA PADA SIANG HARI DARI 11.00 13.00... 52 x
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah Energi listrik merupakan energi yang kita gunakan untuk kepentingan sehari-hari. Terutama alat-alat elektronik. Energi listrik merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui (energi listrik PLN). Energi listrik sekarang ini sudah semakin menipis, untuk itu kita harus menggunakan energi listrik tersebut secara hemat dan efisien. Di dunia, terutama di Indonesia, pemerintah telah menyarankan agar masyarakat dapat menghemat listrik. Misalnya saja: pada siang hari kita tidak perlu menyalakan lampu, mengganti lampu pijar dengan lampu hemat energi, megurangi pemakaian listrik dari pukul 17.00 22.00. Sekarang ini, telah banyak para ahli menemukan berbagai alat pembangkit tenaga listrik, yang bekerja dengan mengubah suatu energi menjadi energi listrik. Dengan keadaan geografis di Indonesia yang setiap tahun dapat sinar matahari, Salah satu alat yang optimal di Indonesia adalah Solar panel. Solar panel adalah alat yang terdiri dari sel surya, aki dan baterai yang mengubah cahaya menjadi listrik. Solar panel menghasilkan arus listrik searah atau DC. Untuk menggunakan berbagai alat rumah tangga yang berarus bolak-balik atau AC dibutuhkan converter (alat pengubah arus DC ke AC). Berhubung solar panel yang kami buat ini untuk memenuhi kebutuhan tugas akhir, maka penulis akan mengimplementasikannya pada 1
2 alat-alat komputer. Dimana alat tersebut akan di gunakan untuk keperluan lab kamputer pada kampus. Oleh karena itu penulis mengangkat sebuah judul yaitu: Penggunaan Tenaga Matahari sebagai Sumber Daya Alat Komputasi. 1.2. Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang permasalahan di atas maka masalah yang akan dikaji pada tugas akhir ini yaitu tentang Dari batasan masalah selanjutnya dapat dirumuskan masalah yang dibahas, sebagai berikut: 1. Bagaimana cara mengubah energi matahari menjadi energi listrik? 2. Bagaimana cara membuat sebuah sistem pengubah energi matahari dengan solar panel? 3. Bagaimana cara mengubah arus DC menjadi arus AC? 4. Bagaimana kita memonitoring arus yang ada pada sistem dengan Arduino Uno? 1.3. Tujuan Tujuan Tugas Akhir Adapun tujuan tugas akhir ini adalah: a. Untuk mengetahui cara pemanfaatan energi matahari sebagai sumberdaya energi listrik dengan solar panel. b. Untuk mengetahui upaya penghematan energi listrik dengan cara memanfaatkan energi matahari. c. Untuk mengetahui keunggulan dan kehematan solar panel sebagai energi alternatif pembangkit tenaga listrik.
3 1.4. Manfaat Tugas Akhir Manfaat yang dapat diberikan dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: a. Bagi dunia akademik dan ilmu pengetahuan, khususnya Politeknik Negeri Medan. 1) Sebagai pembelajaran tentang Solar cell atau Solar panel. 2) Sebagai referensi tambahan dalam menyelesaikan kasus permasalahan yang mirip pada proposal ini. b. Bagi pengguna (user) 1) Menghemat penggunaan daya listrik pada malam hari. c. Bagi penulis 1) Menambah pengetahuan penulis dalam bidang elektronika. 2) Menambah keterampilan penulis dalam membuat teknologi baru menggunakan Solar cell atau Solar panel. d. Bagi mayarakat 1) Menambah pengtahuan tentang pembangkit listrik dengan menggunakan tenaga matahari. 1.5. Batasan Masalah Adapun batasan masalah dalam penelitian ini sebagai berikut: 1. Perangkat yang digunakan dalam pemanfaatan tenaga matahari sebagai sumber daya. 2. Alat alat komputasi yang menggunakan sumber daya tenaga matahari.
4 3. Media yang digunakan untuk memonitoring Solar Cell menggunakan Sensor ACS712 dan Arduino Uno. 4. Penggunaan tenaga matahari tersebut hanya digunakan untuk alat komputasi pada kampus 1.6. Metode Tugas Akhir 1.6.1. Melakukan Observasi dan Studi Literatur Penulis melakukan pencarian dan pengumpulan data dengan cara mempelajari tentang solar cell atau solar panel. Dan alat alat yang digunakan untuk membuat pembangkit tenaga surya tersebut 1.6.2. Melakukan Perancangan Sistem Berdasarkan observasi yang telah dilakukan, langkah selanjutnya adalah melakukan perancangan sistem penghematan pengunaan daya listrik. Dalam hal ini yang dilakukan adalah perancangan aturan sistem atau cara kerja dan perancangan interface melalui media gambar. 1.6.3. Melakukan Perancangan Sistem Melalui hasil perancangan dengan menggunakan media gambar, penulis membuat implementasi berdasarkan gambar yang telah dibuat. Meliputi tahapan tahapan untuk perencanaan dan perancangan sistem dan perangakat yang digunakan.
5 1.6.4. Merealisasikan Merupakan tahap bagaimana cara penulis mewujudkan sistem tersebut secara nyata dalam kehidupan sehari hari. Dengan begitu, penulis dapat menilai apakah sistem tersebut dapat bekerja dengan baik. 1.6.5. Menganalisa dan Mengevaluasi Merupakan pengecekan terhadap sesuatu yang mempengaruhi kinerja sistem dan melakukan troubleshooting untuk perbaikan dan penyempurnaan proyek akhir. 1.6.6. Pengujian Merupakan proses pengujian hasil analisa dan evaluasi dari masalah yang ada pada sistem dan perangakat. Pengujian sistem ini dilakukan untuk mengetahui tingkat keberhasilan sistem penghematan penggunaan daya listrik. 1.6.7. Penyusunan Tugas Akhir Merupakan tahap untuk menyusun hasil penelitian secara sistematis berdasarkan aturan yang ada. 1.7. Sistematika Penulisan Berikut adalah sistematika penulisan yang digunakan dalam penyusuan laporan tugas akhir: BAB 1 PENDAHULUAN
6 Bab ini memuat penjelasan mengenai latar belakang pemilihan judul, batasan masalah, motivasi dan tujuan tugas akhir, sasaran tugas akhir, metode tugas akhir dan sistematika penulisan. BAB 2 LANDASAN TEORI Bab ini memuat tentang informasi-informasi tentang hasil penelitian yang telah dilakukan sebelumnya dan teori-teori yang telah ditemukan untuk menjadikan acuan dan dasar penelitian ini. BAB 3 PERANCANGAN SISTEM Bab ini memuat mengenai analisis dan perancangan sistem agar dapat menggambarkan juga menjabarkan kegiatan yang dilakukan pada sistem yang sedang berjalan serta perancangan aplikasi. BAB 4 PENGUJIAN DAN ANALISA Bab ini memuat analisa dan hasil pengujian serta penelitian sistem yang dilakukan meliputi cara kerja sistem secara keseluruhan dan menganalisis hasil yang didapat dari hasil uji coba sistem. BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini menjelaskan hasil akhir dari semua penulisan yang dikerjakan yaitu simpulan dan saran yang berisi masukan-masukan untuk mengembangkan dan melengkapi sistem yang sudah dibangun di masa yang mendatang.