PORTABLE SOLAR CHARGER

PROYEK AKHIR PORTABLE SOLAR CHARGER Zainal Arifin NRP.7306.030.002 Dosen Pembimbing : Ir. Sutedjo, MT NIP. 19610107.199003.1.001 Ir. Suryono, MT NIP. 19631123.198803.1.002 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2009 1 1

PROYEK AKHIR PORTABLE SOLAR CHARGER Zainal Arifin NRP.7306.030.002 Dosen Pembimbing : Ir. Sutedjo, MT NIP. 19610107.199003.1.001 Ir. Suryono, MT NIP. 19631123.198803.1.002 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2009 ii

PORTABLE SOLAR CHARGER Oleh: Zainal Arifin NRP. 7306 030 002 Proyek Akhir ini Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Ahli Madya (A.Md) di Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Institut Teknologi Sepuluh Nopember Disetujui oleh : Tim Penguji Tugas Akhir Dosen Pembimbing 1. Ir.Ir. Moh. Zaenal Efendi, MT NIP. 19681208.199803.1.001. NIP.131 918 367 1. Ir. Sutedjo, MT NIP. 19610107.199003.1.001 2. Ir Ir. Hendik Eko H.S., MT NIP. 19621122.198701.1.001. Abdul Nasir NIP.131 964 534 2.Ir. Suryono, MT NIP. 19631123.198803.1.002 3. Endro Wahjono, S.ST, MT NIP. 19681109.199103.1.001 Mengetahui Ketua Jurusan Teknik Elektro Industri Ainur Rofiq Nansur, ST, MT NIP. 19640713.198903.1.005

ABSTRAK Beberapa permasalahan timbul saat diubahnya suatu perangkat elektronika menjadi sesuatu yang portable atau mudah dibawa kemanamana. salah satu contoh permasalahan adalah ketahanan supply energi listrik dari perangkat elektronika tersebut, karena perangkat elektronika portable ditenagai oleh baterei yang mempunyai keterbatasan kapasitas penyimpanan energi listrik. Salah satu solusi permasalahan tersebut adalah penggunaan portable solar charger. Portable solar charger adalah charger yang dilengkapi dengan baterei back-up dan sel surya sebagai sumber energi listrik. Portable solar charger dibangun dengan konverter buck, konverter boost, dan konverter buck-boost sebagai regulator tegangan yang digunakan untuk mengisi perangkat-perangkat elektronika. ADC channel pada mikrokontroler digunakan sebagai umpan balik bagi kontroler yang juga terdapat pada mikrokontroler digunakan agar ouput konverter dapat dijaga pada nilai tertentu melalui pengaturan duty cycle PWM yang mengendalikan konverter. Dengan menggunakan metode pengkondisian, output tegangan dapat dijaga nilainya. Kata kunci: charger, baterei back-up, converter, ADC channel, PWM. iv

ABSTRACT Some problem come when electronic device changed to be a portable device. One of some prolems is the ability of energy supply of the device. The portable device is supplied by battery wich has limitted energy storage ability. The people mobility that become higher make them forget to charge their electronic device. And if their device become low battery condition and they are in the mobile, conventional charger can t solve the problem. portable solar charger completed with back up baterei as an energy storage and solar cell as the energy supplier. Portble solar charger is build from buck converter, boost converter, dan buck-boost converter as the voltage regulator that use to charge the electronic device. ADC channel in microcontroller used to sens the voltage of output converter and as the feed back for the controller that in the microcontroller too. It used to make the output of converter stble in a value by control the duty cycle of PWM that used to drive the conveter. Keyword: charger, back-up battery, converter, ADC channel, PWM. v

Assalaamu alaikum Wr. Wb. KATA PENGANTAR Puji syukur hanya kepada ALLAH SWT yang memiliki segala apa yang ada di dunia. Dengan segala kerendahan hati, hanya karena limpahan kasih sayang, karunia, petunjuk, dan bimbingan ALLAH SWT penulis dapat menyelesaikan proyek akhir ini yang berjudul PORTABLE SOLAR CHARGER Dengan terselesaikannya buku laporan Proyek Akhir ini, kami berharap semoga buku ini dapat membawa manfaat pembaca pada umumnya dan juga bagi kami pada khususnya serta semua pihak yang berkepentingan. Kami juga berharap agar Proyek Akhir ini dapat dikembangkan sehingga dapat digunakan untuk mendukung perkembangan ilmu pengetahuan. Sebagai manusia biasa, penulis menyadari masih banyak kekurangan pada proyek akhir ini. Untuk itu, penulis meminta maaf sebesar-besarnya atas kekurangan dan kesalahan yang terdapat dalam buku ini. Tak lupa penulis mengharapkan saran dan kritik dari semua pihak yang dapat membangun untuk kesempurnaannya. Dan akhirnya, kami juga berterima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan Proyek Akhir ini. Surabaya, Juli 2009 penulis vi

UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur kehadirat Allah S.W.T. dan tanpa menghilangkan rasa hormat yang mendalam, saya selaku penyusun dan penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada pihak-pihak yang telah membantu penulis untuk menyelesaikan proyek akhir ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak dan Ibuku tercinta yang selalu memberikan doa dan perhatiannya kepadaku. 2. Kakak dan adikku yang selalu memberikan dukungan dan masukan kepadaku. 3. PENS-ITS yang telah membesarkan dan memberikan banyak pelajaran yang sangat berharga dalam hidupku. 4. Jurusan Elektro Industri yang telah memberikan ruang bagiku untuk belajar dan berkarya. 5. Bapak Ir. Sutedjo, MT dan bapak Ir.Suryono, MT selaku dosen pembimbing proyek akhir saya serta para dosen penguji yang memberikan tambahan-tambahan dalam penyempurnaan proyek akhir saya. 6. Bapak / Ibu dosen pengajar Jurusan Elektro Industri yang menyumbangkan ilmunya kepadaku. 7. Teman-teman Elektro Industri angkatan 2006 terutama kelas D3 ELIN A (SCOMEL Community) yang selalu menemani penyelesaian tugas akhir ini. 8. Vitamine yang selalu memberikan dukungan, menemani, dan memberikan tambahan energi selama pengerjaan proyek akhir ini. 9. T-REC EEPIS robotic commnity yang melatihku dalam berorganisasi dan berkomunikasi. 10. Semua pihak yang telah membantu penulis hingga terselesainya proyek akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan. Semoga Allah S.W.T selalu memberikan perlindungan, rahmat dan nikmat-nya bagi kita semua. Amin! vii

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... HALAMAN PENGESAHAN... ABSTRAK... ABSTRACT... KATA PENGANTAR... UCAPAN TERIMA KASIH... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... i ii iii iv v vi vii xi xiv BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan Proyek Akhir... 2 1.3 Perumusan Masalah... 2 1.4 Batasan Masalah... 3 1.5 Metodologi.... 3 1.6 Sistematika Pembahasan... 5 1.7 Tinjauan Pustaka... 6 BAB II. DASAR TEORI 2.1 Sel surya... 7 2.2 Pulse Width Modulation... 10 2.3 Konverter buck... 13 2.4 Konverter boost... 16 2.5 Konverter buck- boost... 18 2.6 Opto Coupler / Opto Isolator... 20 2.7 Rangkaian Totem Pole.... 21 2.8 Mikrokontroler AT MEGA16... 22 BAB III. PERENCANAAN 3.1 Perancangan Sistem... 27 3.2 Perancangan Desain Rangkaian... 29 3.3 Perancangan Desain Induktor... 37 3.4 Perancangan soft ware... 38 viii

BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISA 4.1 Pengujian Mikrokontroler... 47 4.2 Pengujian Rangkaian Totempole... 50 4.2 Pengujian sel surya... 53 4.3 Pengukuran Nilai Induktor... 54 4.5 Pengujian konverter buck... 55 4.6 Pengujian konverter boost... 58 4.7 Kesesuaian alat dengan perencanaan... 60 BAB V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan... 61 5.2 Saran... 62 DAFTAR PUSTAKA... 63 ix

DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Blok diagram portable solar charger... 4 Gambar 2.1 Salah satu bentuk fisik solar cell... 7 Gambar 2.2 (a). Karakteristik arus dan tegangan terhadap pengaruh intensitas cahaya matahari... 8 Gambar 2.2 (b). Grafik efisiensi kerja dari solar cell terhadap radasi matahari... 9 Gambar 2.3 Grafik pengaruh sudut datang matahari terhadap arus keluaran solar cell.... 10 Gambar 2.4 Grafik daya output terhadap pengaruh temperatur... 10 Gambar 2.5 Pembangkitan sinyal PWM dengan komparator... 11 Gambar 2.6 Kerja dari komparator analog... 12 Gambar 2.7 Pembangkitan PWM dengan mikrokontroler... 12 Gambar 2.8 Rangkaian dasar konverter buck... 13 Gambar 2.9 (a) Mode saklar on... 14 (b) Mode saklar off... 14 (c) sinyal arus dan tegangan yang melewati induktor. 14 Gambar 2.10. Rangkaian dasar Konverter Boost... 16 Gambar 2.11. (a) Mode saklar on... 16 (b) Mode saklar off... 16 (c) sinyal arus dan tegangan yang melewati induktor. 16 Gambar 2.12. Rangkaian dasar konverter buck-boost... 18 Gambar 2.13. Series Buck-boost circuit... 19 Gambar 2.14. Diagram dan bentuk fisik opto coupler... 20 Gambar 2.15. Rangakaian dasar pengujian opto isolator... 21 Gambar 2.16. Opto coupler dan rangkaian totempole... 22 Gambar 2.17. Konfigurasi pin AT MEGA16... 23 Gambar 2.18. Time line kerja timer 1... 24 Gambar 3.1. Blok diagram system... 29 Gambar 3.2. Rangkaian konverter Buck... 29 Gambar 3.3. Desain konverter boost... 31 Gambar 3.4. Desain konverter Buck-boost... 33 Gambar 3.5. Rangkaian minimum system... 36 Gambar 3.6. Rangkaian sensor tegangan... 36 Gambar 3.7. Setting timer dengan wizard CV AVR... 40 Gambar 3.8. Setting ADC pada AT MEGA16... 42 Gambar 4.1. Minimum sistem AT MEGA 16... 47 x

Gambar 4.2. Rangkaian pengujian ADC... 48 Gambar 4.3. Hasil pengukuran tegangan 8 volt pada 8 channel ADC. 48 Gambar 4.4. Grafik pembacaan ADC... 50 Gambar 4.5. Rangkaian totempole + opto isolator... 50 Gambar 4.6. Rangkaian opto coupler dan totempole driver mosfet 51 Gambar 4.7. Pengujian rangkaian driver opto isolator + totem pole 52 Gambar 4.8. Respon time dari opto coupler... 52 Gambar 4.9. Rangkaian ekuivalen solar cell... 53 Gambar 4.10. Arus dan tegangan sel surya pada beberapa kondisi... 53 Gambar 4.11. Rangkaian konverter... 55 Gambar 4.12. Perbandingan output konverter buck teori dengan pengujian... 56 Gambar 4.13. Perbandingan output konverter buck dengan LM7805 57 Gambar 4.14. Grafik output konverter Boost... 58 Gambar 4.15. Efisiensi kerja konverter boost... 60 xi

DAFTAR TABEL Tabel 3.1. Perhitungan perancangan kapasitas baterei... 28 Tabel 4.1. Tabel Hasil Pengujian ADC... 49 Tabel 4.2. Hasil pengukuran induktor... 54 Tabel 4.3. Tabel pengujian konverter buck... 56 Tabel 4.4. Tabel pengukuran efisiensi konverter buck... 57 Tabel 4.5. Tabel pengukuran efisiensi IC LM7805... 57 Tabel 4.6. Pengujian konverter boost dengan beberapa duty cycle 59 Tabel 4.7. Efisiensi kerja konverter boost... 59 xii