LAPORAN PENELITIAN DOSEN PEMULA
HUBUNGAN SUDUT DEVIASI ARAH DATANG SINAR MATAHARI TERHADAP TINGKAT EFEKTIFITAS ARUS KELUARAN PADA SEL SURYA Oleh:
Muhammad Fahmi Hakim, S.T., M.T. Aditya Kurniawan, S.ST.
Penelitian ini dibiayai oleh : Dana Insentif Staff Program Hibah Penguatan-Politeknik Kerjasama Pemerintah Daerah Direktorat Pendidikan Tinggi Tahun Anggran 2012
PROGRAM STUDI TEKNIK MEKATRONIKA POLITEKNIK KOTA MALANG Desember, 2012 Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
HALAMAN PENGESAHAN LAPORAN HASIL PENELITIAN DOSEN PEMULA 1
Judul Penelitian :
:
2 Bidang Ilmu 3 Ketua Peneliti a. Nama Lengkap b. Jenis Kelamin c. NIK d. Disiplin ilmu e. Pangkat/Golongan f. Jabatan g. Fakultas/Jurusan
:
h. Alamat i. Telpon/Faks/E-mail j. Alamat Rumah k. Telpon/Faks/E-mail 4 Jumlah Anggota Peneliti Nama Anggota 5 Lokasi Penelitian 6 Jumlah biaya penelitian
: : : : : : : :
: : : : : : :
Hubungan Sudut Deviasi Arah Datang Sinar Matahari Terhadap Tingkat Efektifitas Arus Keluaran Pada Sel Surya Rekayasa Muhammad Fahmi Hakim, S.T., M.T. Laki laki 10101006 Teknik Elektro Tenaga Pengajar Teknik Mekatronika Jalan Raya Tlogowaru no. 3 Kec. Kedungkandang Kota Malang 0341-754088/0341-754088/info@poltekom.ac.id Jalan Emas no. 52 Malang 081334662656/m.fahmi@poltekom.ac.id 1 Aditya Kurniawan, S.ST. Politeknik Kota Malang Rp. 15.000.000
Terbilang : Lima belas juta rupiah Menyetujui, Ketua Lembaga Penelitian Politeknik Kota Malang
Malang, November 2012 Ketua Peneliti,
Rizki Priya Pratama, S.T., M.T., M.Tech. NIK.
M. Fahmi Hakim, S.T., M.T. NIK. 10101006 Mengetahui/Menyetujui Politeknik Kota Malang
Bagus Gunawan, S.Pd.,M.Si. NIP. Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
LEMBARAN IDENTITAS PENGESAHAN LAPORAN PENELITIAN DOSEN PEMULA 1
a. Judul Penelitian
b. Bidang Ilmu 2 Personalia a. Ketua Peneliti Nama Lengkap dan Gelar Pangkat/Golongan/NIP Fakultas/Jurusan b. Anggota Peneliti 1 Nama Lengkap dan Gelar Pangkat/Golongan/NIP Fakultas/Jurusan 3 Usul Penelitian
:
Hubungan Sudut Deviasi Arah Datang Sinar Matahari Terhadap Tingkat Efektifitas Arus Keluaran Pada Sel Surya
:
Sains Teknologi dan Rekayasa
: : :
M. Fahmi Hakim, S.T., M.T. Teknik Mekatronika
: : : :
Aditya Kurniawan, S.ST. Teknik Mekatronika Telah direvisi sesuai dengan saran pembahas Malang, ..............................
Pembahas I,
Pembahas II,
............................................. NIK.
............................................... NIK.
Menyetujui, Ketua Lembaga Penelitian Politeknik Kota Malang
Rizki Priya Pratama, S.T., M.T., M.Tech. NIK.
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
KATA PENGANTAR Tidakkah kamu perhatikan sesungguhnya Allah telah menundukkan untuk (kepentingan)mu apa yang di langit dan apa yang di bumi dan menyempurnakan untukmu nikmat-Nya lahir dan batin (QS.Luqman ayat 20) Dari ayat di atas dapat kita simpulkan bahwa sebenarnya wacana tentang energi terbarukan (renewable energy) untuk keberlangsungan umat manusia adalah sesuatu yang pasti. Kualitas dan kuantitas energi hijau ramah lingkungan yang berlimpah dan dapat diandalkan telah tersedia di alam. Tugas kita adalah melakukan kajian yang terus kontinyu dan mendalam agar informasi tersebut nantinya dapat berguna untuk perkembangan selanjutnya, serta memastikan teknologi tersebut dapat digunakan dan aplikatif langsung di masyarakat. Salah satunya adalah dengan melakukan penelitian. Kegiatan penelitian, merupakan salah satu kegiatan yang harus dilakukan dosen guna memenuhi salah satu dari Tri Dharma Perguruan Tinggi yaitu bidang penelitian. Kehadiran Penelitian Dosen Pemula untuk yang pertama kali di Politeknik Kota Malang ini diharap-kan dapat memenuhi harapan serta dapat menjadi batu pijakan dalam kegiatan penelitian selanjutnya, yang diselenggarakan dengan Dana Hibah DIKTI ataupun dana penelitian Politeknik.
Untuk tahun 2012
ini dianggarkan sebesar Rp. 15.000.000 untuk tiap kegiatan penelitian. Harapan kami semoga
penelitian ini bermanfaat
bagi peningkatan
produktifitas penelitian dosen dalam upaya secara bertahap memajukan kegiatan penelitian dosen sehingga dapat mewujudkan Politeknik Kota Malang sebagai politeknik berbasis riset yang terkemuka dan bermartabat. Malang, 11 Desember 2012 Penyusun.
Muhammad Fahmi Hakim, S.T.,M.T. Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ..................................................................................................................... 2 DAFTAR ISI .................................................................................................................................. 3 DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................................................... 5 BAB I .............................................................................................................................................. 6 PENDAHULUAN ........................................................................................................................... 6 1.1
Latar Belakang ............................................................................................................ 6
1.2
Tujuan ............................................................................................................................ 7
1.3
Target Luaran .............................................................................................................. 8
1.4
Tindak Lanjut Kegiatan ............................................................................................ 8
BAB II............................................................................................................................................. 9 PELAKSANAAN KEGIATAN ...................................................................................................... 9 2.1
Nama Kegiatan ............................................................................................................ 9
2.2
Informasi Pelatihan ................................................................................................... 9
2.3
Pendaftaran.................................................................................................................. 9
2.4
Waktu Pelaksanaan ................................................................................................. 10
2.5
Tempat Kegiatan ...................................................................................................... 10
BAB III ......................................................................................................................................... 11 HASIL KEGIATAN ..................................................................................................................... 11 3.1
Pengetahuan Umum Pengadaan Barang / Jasa Pemerintah .................... 11
3.2
Perubahan Pada Peraturan Presiden no 70 Tahun 2012 .......................... 14
3.2
HPS Pada Peraturan Presiden no 70 Tahun 2012 ........................................ 17
3.2
Tugas Pengguna Anggaran .................................................................................. 18
3.2
Tugas PPK (Pejabat Pembuat Komitmen) ...................................................... 20
3.2
Tugas ULP (Unit Layanan Pengadaan) ............................................................ 21
3.2
Penandatanganan Dan Pelaksanaan Kontrak ......................................... 21
BAB IV .......................................................................................................................................... 36 KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................................................... 36
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
4.1
Kesimpulan ................................................................................................................. 36
4.2
Saran ............................................................................................................................ 36
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................................... 37
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1
Pengantar Dokumen NOL
Lampiran 2
Surat Permohonan Ijin Direktur Politeknik kepada Direktur Pembelajaran dan Kemahasiswaan
Lampiran 3
Letter Of Acceptance
Lampiran 4
Surat Ijin Meninggalkan Tugas
Lampiran 5
Daftar Riwayat Hidup
Lampiran 6
Surat Keterangan Dosen Tetap
Lampiran 7
Draft Kontrak
Lampiran 8
Term Of Reference (TOR)
Lampiran 9
Jawaban NOL
Lampiran 10
Surat Tugas
Lampiran 11
Rekapitulasi Biaya Kegiatan Pelatihan
Lampiran 12
Bukti Biaya Kegiatan Pelatihan
Lampiran 13
Handout Materi Pelatihan
Lampiran 14
Foto Pelaksanaan Kegiatan
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Sumber energi utama sampai pada saat ini masih didominasi oleh sumber energi yang berasal dari minyak bumi, batubara, maupun gas alam. Padahal, seperti yang telah diketahui masyarakat luas bahwa sumber energi jenis tersebut berada dalam jumlah yang terbatas karena termasuk dalam sumber energi yang tidak terbarukan. Akibat utama dari jumlah yang terbatas tersebut adalah melonjaknya harga minyak bumi di pasaran. Bahkan akhir-akhir ini di Indonesia sempat terjadi gejolak karena adanya rencana pemerintah untuk menaikkan harga BBM. Beberapa kajian dilakukan untuk mengatasi permasalahan tersebut, salah satunya adalah mencari sumber energi alternatif sebagai pengganti sumber energi non-terbarukan. Salah satu usaha yang dilakukan adalah memanfaatkan energi cahaya matahari dengan menggunakan sel surya. Sel surya tersebut mampu mengkonversikan energi
cahaya
matahari
menjadi
energi
listrik
secara
langsung
dengan
menggunakan prinsip “Photovoltaic Effect� tanpa menimbulkan polusi udara maupun polusi air. Penggunaan sel surya sebagai sumber energi alternatif dirasa sangat cocok untuk diterapkan di Indonesia. Hal ini dikarenakan posisi Indonesia yang berada pada garis khatulistiwa sehingga matahari menyinari permukaan bumi selama hampir 12 jam dala sehari. Pada keadaan cuaca cerah, permukaan bumi menerima sekitar 1000 watt energi matahari per-meter persegi. Kurang dari 30 % energi tersebut dipantulkan kembali ke angkasa, 47% dikonversikan menjadi panas, 23 % digunakan untuk seluruh sirkulasi kerja yang terdapat di atas
permukaan bumi,
sebagian kecil 0,25 % ditampung angin, gelombang dan arus dan masih ada bagian yang sangat kecil 0,025 % disimpan melalui proses fotosintesis di dalam tumbuhtumbuhan yang akhirnya digunakan dalam proses pembentukan batu bara dan Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
minyak bumi (bahan bakar fosil, proses fotosintesis yang memakan jutaan tahun). Dengan menggunakan sel surya, selain mendapatkan sumber energi alternatif, juga mendapat beberapa keuntungan. Beberapa keuntungan tersebut antara lain: sel surya tidak menimbulkan polusi, mudah dipindah, dekat dengan pusat beban sehingga penyaluran energi sangat sederhana, tidak ada pemeliharaan yang spesifik, bisa mencapai umur yang panjang, dan mempunyai keandalan yang tinggi (Manan, tanpa tahun). Terkait dengan pemanfaatan sel surya, tren yang sedang berlangsung di dunia saat ini bahwa energi listrik yang dihasilkan sel surya tersebut digunakan sebagai penerangan jalan dan taman, pembuka maupun penutup pintu gerbang, serta beberapa hal lain yang tidak membutuhkan energi listrik yang terlalu besar. Di Politeknik Kota Malang sedang diusahakan efisiensi dalam penggunaan energi listrik yang disuplai PLN untuk menekan biaya tagihan listrik sekaligus sebagai upaya untuk pemanfaatan sumber energi alternatif. Oleh karena itu, penggunaan sel surya di Politeknik Kota Malang dirasa cukup penting untuk menghasilkan listrik sebagai penerangan jalan dan taman. Daya output yang dihasilkan oleh sel surya saat ini pada umumnya hanya mencapai nilai maksimal pada waktu tertentu yaitu pada saat sinar matahari jatuh tegak lurus terhadap panel sel surya. Hal ini dikarenakan kaki penopang sel surya tidak bisa bergerak secara dinamis untuk mengikuti arah pergerakan sinar matahari. Selain itu, sel surya yang ada pada saat ini juga belum terintegrasi dengan suatu sistem yang mampu mendeteksi daya output maksimal yang bisa dihasilkan oleh sel surya tersebut. Dengan memperhatikan beberapa hal di atas maka pada penelitian kali ini akan dirancang suatu sistem yang mampu mendeteksi daya output untuk diintegrasikan pada sel surya. Setelah sel surya mampu menghasilkan daya output maksimal, maka sistem akan mengatur posisi panel surya dalam hal ini sudut kemiringinnya agar sel surya secara konstan menghasilkan daya output maksimal sepanjang hari. Sistem pendeteksi ini terdiri dari sensor LDR, avometer, mikrokontroler, driver motor DC, dan motor DC. Sel surya yang telah dilengkapi
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
dengan sistem tadi akan diaplikasikan di Politeknik Kota Malang sebagai sumber energi alternatif bagi penerangan jalan.
1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang diatas dapat dirumuskan beberapa masalah sebagai berikut 1. Bagaimanakah hubungan antara sudut deviasi solar sel dan posisi arah datang sinar matahari terhadap arus keluaran (output)? 2. Berapakah persentase keefektifitasan arus keluaran solar sel terhadap sudut deviasi tersebut?
1.3 Batasan Masalah Pada pembuatan penelitian ini permasalahan dibatasi pada: 1. Metode ukur sudut deviasi posisi arah datang sinar matahari terhadap panel surya yang digunakan adalah berdasar pada homogenitas nilai 12 sensor cahaya yang diletakan pada panel surya secara merata (masing masing 6 di sisi timur dan barat panel surya) 2. Metode pengambilan data nilai ukur arus keluar pada panel surya dilakukan dengan Analog-Digital Conversion pada resolusi 10 bit 3. Tingkat efektifitas 100% adalah nilai arus maksimum yang tertera pada tabel spesifikasi panel surya 4. Sudut pengambilan data adalah sudut 0˚, 1˚, 2˚, 3˚, 4˚, 5˚, 6˚, 7˚, 8˚, 9˚, 10˚, 11˚,12˚, 13˚, 14˚, 15˚ pada aksis Y dan sudut 0˚, 1˚, 2˚, 3˚, 4˚, 5˚, 6˚, 7˚, 8˚, 9˚, 10˚, 11˚,12˚, 13˚, 14˚, 15˚ pada aksis X Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
5. Arus keluaran yang dihitung adalah arus keluaran ISC (Short Circuit Current) yaitu arus yang terhitung tanpa beban (hubung singkat)
1.4 Tujuan Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah: 1. Mengetahui kuat-lemah hubungan antara sudut deviasi solar sel dan posisi arah datang sinar matahari terhadap arus keluaran solar sel. 2. Mengetahui prosentase efektifitas nilai arus keluaran solar sel dalam % terhadap sudut deviasi solar sel dan posisi arah datang sinar matahari.
1.5 Ruang Lingkup Permasalahan Berikut merupakan blok diagram secara umum dari sistem yang akan dibuat: Aksis X Sensor LDR
Komparator & H-bridge
Sensor LDR
Komparator & H-bridge
Motor DC gearbox
Aksis Y Motor DC gearbox
1.7 Prinsip Kerja Sistem Prinsip kerja dari sistem yang akan diteliti adalah sebagai berikut. Sel surya bertugas untuk mengkonversi sinar matahari menjadi energi listrik. Output dari sel surya adalah berupa daya listrik yang akan diambil datanya untuk mendapatkan nilai maksimalnya. Hasil deteksi kemiringan terhadap cahaya sinar matahari akan di bandingkan oleh komparator. Setelah menerima data compare tersebut, H-bridge akan memerintahkan driver motor DC untuk mengatur posisi kaki panel sel surya. Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
Kemampuan dari aksis panel sel surya untuk bergerak itulah yang memungkinkan sel surya memperoleh posisi yang tepat sehingga mampu menghasilkan daya output yang maksimal. aksis panel sel surya tersebut akan bergerak sepanjang hari sesuai dengan arah pergerakan matahari sehingga diperoleh daya output yang maksimal sepanjang hari.
1.8 Metodologi penelitian Dalam pembuatan penelitian ini penulis menggunakan metodologi sebagai berikut: 1. Studi Literatur Dilakukan dengan mengkaji paper dan buku tentang konsep dasar, dan instrument penelitian yang cocok digunakan pada penelitian ini 2. Melakukan perancangan perangkat, instalasi panel surya, rangka motor penggerak, dan program.
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
3. Melakukan pengambilan data yang dilakukan pada waktu (pukul 8.00 – 16.00) secara random selama 1 minggu. 4. Diambil data dengan sudut 0˚, 1˚, 2˚, 3˚, 4˚, 5˚, 6˚, 7˚, 8˚, 9˚, 10˚, 11˚,12˚, 13˚, 14˚, 15˚ pada aksis Y dan sudut 0˚, 1˚, 2˚, 3˚, 4˚, 5˚, 6˚, 7˚, 8˚, 9˚, 10˚, 11˚,12˚, 13˚, 14˚, 15˚ pada aksis X secara terpisah Arah sinar matahari 0˚
Arah sinar matahari 10˚
PANEL SURYA
PANEL SURYA
0˚ berarti arah sinar datang perpendikular (tegak lurus) 5. Repetisi pengambilan data yaitu 100x 6. Melakukan teknik analisa data dengan menerapkan metode statistika pearson coefficient guna mengetahui kuat lemah hubungan 2 variabel. 7. Variabel penelitian A
: derajat arah datang sinar
Variabel penelitian B
: arus keluaran (rata rata)
Instrumen penelitian A
: konversi sinyal analog pada sensor LDR
Instrumen penelitian B
: ampere (A)
Hubungan / relasi
: sebab akibat (cause – effect)
SEBAB (Cause)
: derajat arah datang sinar
AKIBAT (effect)
: arus keluaran (rata rata pada 100x repetisi)
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
1.9 Sistematika Penulisan Susunan penulisan naskah penelitian ini dibagi atas beberapa bab untuk penyajian laporan penelitian yang terdiri dari :
BAB I
PENDAHULUAN Bab ini berisi tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan penulisan,
ruang lingkup permasalahan, batasan masalah, metodologi penelitian dan sistematika penulisan. BAB II KAJIAN PUSTAKA Bab ini berisi tentang teori pendukung konsep kendali motor, perangkat kontrol, dan panel surya BAB III PERENCANAAN SISTEM Bab ini membahas drawing desain mekanik, mekanisme perhitungan beban mekanis, assembling, dan komponen elektrik serta perhitungan dan perangkat pengambilan data. BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS Bab ini berisi mengenai analisa data yang telah didapatkan guna menjawab rumusan masalah yang telah ditentukan pada BAB I
menggunakan
koefisien Pearson untuk mendapatkan sebuah kesimpulan tentang hubungan kedua variable yang diteliti.
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
BAB V
PENUTUP Berisi tentang kesimpulan yang diperoleh dari analisa data pada BAB IV,
serta saran - saran yang digunakan dalam pengembangan penelitian di masa mendatang.
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
BAB II TINJAUAN PUSTAKA Tinjauan pustaka dalam bab ini membahas tentang teori-teori yang mendukung dalam perencanaan dan pembuatan komponen mekanik dan elektrik, serta teori dasar panel surya yang meliputi: teori photovoltaic, komparator, Hbridge, dan motor DC. 2.1 Sel Surya Sel surya atau sel photovoltaic, adalah sebuah alat
semikonduktor
yang
terdiri
dari
sebuah
wilayah-besar diode p-n junction, di mana, dalam hadirnya cahaya matahari mampu menciptakan energi listrik yang berguna. Pengubahan ini disebut efek
photovoltaic.
Bidang
riset
berhubungan
dengan sel surya dikenal sebagai photovoltaics. Sel surya memiliki banyak aplikasi. Mereka terutama cocok untuk digunakan bila tenaga listrik dari grid tidak tersedia, seperti di wilayah terpencil, satelit pengorbit bumi, kalkulator genggam, pompa air, dll. Sel surya (dalam bentuk modul atau panel surya) dapat dipasang di atap gedung di mana mereka berhubungan dengan inverter ke grid listrik dalam sebuah pengaturan net metering. Sel surya secara langsung mengkonversi sinar matahari menjadi energi listrik tanpa menghasilkan polusi udara maupun air. Sel surya terdiri atas dua lapis bahan semikonduktor. Lapisan pertama bermuatan positif dan lapisan yang lain bermuatan negatif. Ketika cahaya matahari masuk ke dalam sel, beberapa foton yang berasal dari sinar matahari diserap oleh atom di lapisan semikonduktor yang akan membebaskan elektron dari lapisan sel yang bermuatan negatif supaya mengalir melalui suatu rangkaian menuju ke lapisan sel yang bermuatan positif. Aliran elektron inilah yang menghasilkan arus listrik. Untuk meningkatkan kemampuan sel solar tersebut, beberapa individu sel surya digabung menjadi satu yang bernama Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
modul. Ketika dua buah modul terhubung seri, tegangan yang dibangkitkan menjadi lebih besar dua kali lipat sedangkan arusnya tetap konstan. Ketika dua buah modul terhubung paralel, arus yang dihasilkan menjadi lebih besar dua kali lipat sedangkan tegangannya tetap konstan. Sebagai salah satu ukuran performansi solar cell adalah efisiensi. Yaitu prosentasi perubahan energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Efisiensi dari solar cell yang sekarang diproduksi sangat bervariasi. Monocrystalline silicon mempunyai efisiensi 12~15 %. Multicrystalline silicon mempunyai efisiensi 10~13 %. Amorphous silicon mempunyai efisiensi 6~9 %. Tetapi dengan penemuan metode-metode baru sekarang efisiensi dari multicrystalline silicon dapat mencapai 16.0 % sedangkan monocrystalline dapat mencapai lebih dari 17 %. Bahkan dalam satu konferensi pada September 2000, perusahaan Sanyo mengumumkan bahwa mereka akan memproduksi solar cell yang mempunyai efisiensi sebesar 20.7 %. Ini merupakan efisiensi yang terbesar yang pernah dicapai. Polycristalline Merupakan panel surya yang memiliki susunan kristal acak. Type Polikristal memerlukan luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan jenis monokristal untuk menghasilkan daya listrik yang sama, akan tetapi dapat menghasilkan listrik pada saat mendung. sedangkan Monocrystalline Merupakan panel yang paling efisien, menghasilkan daya listrik persatuan luas yang paling tinggi. Memiliki efisiensi sampai dengan 15%. Kelemahan dari panel jenis ini adalah tidak akan berfungsi baik ditempat yang cahaya mataharinya kurang (teduh), efisiensinya akan turun drastis dalam cuaca berawan. Tenaga listrik yang dihasilkan oleh satu solar cell sangat kecil maka beberapa solar cell harus digabungkan sehingga terbentuklah satuan komponen yang disebut module. Produk yang dikeluarkan oleh industri-industri solar cell adalah dalam bentuk module ini. Pada applikasinya, karena tenaga listrik yang dihasilkan oleh satu module masih cukup kecil (rata-rata maksimum tenaga listrik yang dihasilkan 130 W) maka dalam pemanfaatannya beberapa module digabungkan dan terbentuklah apa yang disebut array. Sebagai contoh untuk menghasilkan listrik sebesar 3 kW dibutuhkan array seluas kira-kira 20 ~ 30 meter persegi. Secara lebih jelas lagi, dengan memakai Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
module produksi Sharp yang bernomor seri NE-J130A yang mempunyai efisiensi 15.3% diperlukan luas 23.1m2 untuk menghasilkan listrik sebesar 3.00 kW. Sistem sel surya yang digunakan di permukaan bumi terdiri dari panel sel surya, rangkaian kontroler pengisian (charge controller), dan aki (batere) 12 volt yang maintenance free. Panel sel surya merupakan modul yang terdiri beberapa sel surya yang digabung dalam hubungkan seri dan paralel tergantung ukuran dan kapasitas yang diperlukan. Yang sering digunakan adalah modul sel surya 20 watt atau 30 watt. Modul sel surya itu menghasilkan energi listrik yang proporsional dengan luas permukaan panel yang terkena sinar matahari. Rangkaian kontroler pengisian aki dalam sistem sel surya itu merupakan rangkaian elektronik yang mengatur proses pengisian akinya. Kontroler ini dapat mengatur tegangan aki dalam selang tegangan 12 volt plus minus 10 persen. Bila tegangan turun sampai 10,8 volt, maka kontroler akan mengisi aki dengan panel surya sebagai sumber dayanya. Tentu saja proses pengisian itu akan terjadi bila berlangsung pada saat ada cahaya matahari. Jika penurunan tegangan itu terjadi pada malam hari, maka kontroler akan memutus pemasokan energi listrik. Setelah proses pengisian itu berlangsung selama beberapa jam, tegangan aki itu akan naik. Bila tegangan aki itu mencapai 13,2 volt, maka kontroler akan menghentikan proses pengisian aki itu. Listrik yang dihasilkan oleh modul adalah DC. Untuk dapat dimanfaatkan lebih banyak lagi biasanya listrik DC ini dirubah menjadi AC. Untuk diubah maka listrik DC dari beberapa module digabungkan dan dikonversikan menjadi AC dengan alat yang disebut power conditioner. Karena menggabungkan listrik dari beberapa module maka sistim pengkabelannnya menjadi rumit dan kapasitas yang dibutuhkan dari power conditionernya pun menjadi besar.Untuk mengatasi persoalan ini, maka sekarang dikembangkan apa yang disebut AC module. Yaitu module yang langsung menghasilkan listrik AC. Secara prinsip tidak ada perubahaan yang terjadi, tetapi secara teknologi diperlukan power conditioner berskala kecil yang dapat dipasang di belakang modul.
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
1.2 Energi Listrik Dari Sel Surya Sebuah Sel Surya dalam menghasilkan energi listrik (energi sinar matahari menjadi photon) tidak tergantung pada besaran luas bidang silikon, dan secara konstan akan menghasilkan energi berkisar ¹ 0.5 volt - max. 600 mV pada 2 A, dengan kekuatan radiasi solar matahari 1000 W/m2 = �1 Sun� akan menghasilkan arus listrik (I) sekitar 30 mA/cm2 per sel surya. Pada Gambar 2.1 yang merupakan grafik I-V Curve menggambarkan keadaan sebuah Sel Surya beroperasi secara normal. Sel Surya akan menghasilkan energi maximum jika nilai
V m dan Im juga maximum.
Sedangkan Isc adalah arus listrik maximum pada nilai volt = nol;
I sc berbanding
langsung dengan tersedianya sinar matahari. V oc adalah volt maximum pada nilai arus nol; Voc naik secara logaritma dengan peningkatan sinar matahari, karakter ini yang memungkinkan Sel Surya untuk mengisi accu. Pada gambar tersebut I sc merupakan arus hubung singkat, Vsc merupakan tegangan hubung singkat, Vm merupakan tegangan maksimal, Im merupakan arus maksimal, dan Pm merupakan daya keluaran maksimal dari sel surya.
Gambar Error! No text of specified style in document..1 Kurva I-V Sel Surya
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
1.3 Faktor Pengoperasian Sel Surya Pengoperasian maximum sel surya sangat tergantung pada beberapa hal di bawah ini. 1.
Ambient air temperature.
Sebuah Sel Surya dapat beroperasi secara maksimal jika temperatur sel tetap normal (pada 25 0C), kenaikan temperatur lebih tinggi dari temperatur normal pada PV sel akan melemahkan voltage (Voc). Setiap kenaikan temperatur Sel Surya 1 0C (dari 25 0C) akan berkurang sekitar 0.4 % pada total tenaga yang dihasilkan atau akan melemah 2x lipat untuk kenaikkan temperatur sel per 10 0C.
Gambar Error! No text of specified style in document..2 Gambar pengaruh suhu sel surya terhadap tegangan 2.
Radiasi solar matahari (insolation).
Radiasi solar matahari di bumi dan berbagai lokasi bervariasi dan sangat tergantung keadaan spektrum solar ke bumi. Radiasi solar matahari akan lebih banyak berpengaruh pada arus (I) daripada tegangan.
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
Gambar Error! No text of specified style in document..3 Gambar Pengaruh Suhu Sel Surya Terhadap Tegangan 3.
Kecepatan angin bertiup
Kecepatan tiup angin di sekitar lokasi PVarray dapat membantu mendinginkan permukaan temperatur kaca-kaca PV array. 4.
Keadaan atmosfir bumi.
Keadaan atmosfir bumi (berawan maupun mendung) jenis partikel debu udara, asap, uap air udara (Rh), kabut dan polusi sangat menentukan hasil maximum arus listrik dari deretan PV. 5.
Orientasi panel atau array PV.
Orientasi dari rangkaian PV (array)
ke arah matahari secara optimum adalah
penting agar panel/deretan PV dapat menghasilkan energi maksimal. Selain arah orientasi, sudut orientasi
(tilt angle) dari
panel/deretan PV
juga
sangat
mempengaruhi hasil energi maksimal (lihat penjelasan tilt angle). Sebagai catatan, untuk lokasi yang terletak di belahan Utara latitude, maka panel/deretan PV sebaiknya diorientasikan ke Selatan, orientasi ke Timur maupun Barat walaupun Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
juga dapat menghasilkan sejumlah energi dari panel-panel/deretan PV, tetapi tidak akan mendapatkan energi matahari optimal. 6.
Posisi letak sel surya (array) terhadap matahari (tilt angle)
Mempertahankan sinar matahari jatuh ke sebuah permukaan panel PV secara tegak lurus akan mendapatkan energi maximum Âą 1000 W/m2 atau 1 kW/m2. Kalau tidak dapat mempertahankan ketegaklurusan antara sinar matahari dengan bidang PV, maka extra luasan bidang panel PV dibutuhkan (bidang panel PV terhadap sun altitude yang berubah setiap jam dalam sehari). Solar Panel PV pada Equator (latitude 0 derajat) yang diletakkan mendatar (tilt angle = 0) akan menghasilkan energi maksimal, sedangkan untuk lokasi dengan latitude berbeda harus dicarikan “tilt angleâ€? yang optimal.
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
1.5 Transistor Pada bab sebelumnya telah dikenalkan karakteristik dasar diode, sebuah piranti dua terminal (karenanya disebut di-ode) beserta aplikasinya.
Pada
bagian ini akan kita pelajari karakteristik piranti tiga terminal atau lebih dikenal sebagai “transistor”.
Pada bagian
ini
kita
akan
pertama-tama
transistor bipolar atau BJT (bipolar junction transistor).
membahas
Berikutnya akan kita
bahas transistor unipolar seperti misalnya FET (field-effect transistor). Dibandingkan dengan FET, BJT dapat memberikan penguatan yang jauh lebih besar dan tanggapan frekuensi yang lebih baik. pembawa
muatan mayoritas
maupun
pembawa
Pada
BJT
muatan
baik minoritas
mempunyai peranan yang sama pentingnya.
Terdapat dua jenis kontruksi dasar BJT, yaitu jenis n-p-n dan jenis p-n-p. Untuk jenis n-p-n, BJT terbuat dari lapisan tipis semikonduktor tipe-p dengan tingkat doping yang relatif rendah, yang diapit oleh dua lapisan semikonduktor tipe-n. Karena alasan sejarah pembuatannya, bagian di tengah disebut “basis” (base), salah satu bagian tipe-n (biasanya mempunyai dimensi yang kecil) disebut “emitor” (emitter) dan yang lainya sebagai “kolektor” (collector). Secara skematik kedua jenis transistor diperlihatkan pada gambar 9.1. Tanda panah pada gambar 9.1 menunjukkan kaki emitor dan titik dari material tipe-p ke material tipe-n.
Perhatikan bahwa untuk jenis n-p-n,
transistor terdiri dari dua sambungan p-n yang berperilaku seperti diode. Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
Setiap diode dapat diberi panjar maju atau berpanjar mundur, sehingga transistor dapat memiliki empat modus pengoperasian. Salah satu modus yang banyak digunakan disebut “modus normal�, yaitu sambungan emitor-basis berpanjar maju dan sambungan kolektor-basis berpanjar mundur.
Modus ini
juga sering disebut sebagai pengoperasian transistor pada “daerah aktif�. 2.2 Pabrikasi BJT Pabrikasi BJT dapat dilakukan dengan dua teknik, yaitu struktur transistor-alloy melalui difusi dan struktur transistor planar.Gambar 9.2-a menunjukkan
struktur
transistor- alloy n-p-n.
Kolektor terbuat dari chip
semikonduktor tipe-n dengan ketebalan kurang dari 1 mm2.
Daerah basis
dibuat dengan proses difusi kemudian dibuat kontak logam untuk dihubungkan dengan kaki basis. basis. Sebagai
Daerah emitor dibuat dengan teknik alloy pada daerah
hasilnya
berupa
sebuah pasangan
sambungan
p-n
yang
dipisahkan oleh daerah basis kira-kira setebal kertas. Untuk struktur planar (gambar 9.2-b), suatu lapisan tipe-n dengan tingkat doping rendah
ditumbuhkan
di
atas
substrat
n+
(tanda
+
menunjukkan tingkat doping sangat tinggi). Setelah melalui proses oksidasi pada permukaan, sebuah jendela (window) dibuka dengan proses penggerusan (etching) dan suatu pengotor (p)
dimasukkan
ke kristal
dengan
proses
sambungan (junction).
difusi
untuk
membentuk Sekali lagi
setelah melalui reoksidasi, sebuah jendela kecil dibuka untuk proses difusi pembentukan daerah emitor (n).
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
Secara konvensional simbol transistor n-p-n diperlihatkan pada gambar 9.2-c dilengkapi dengan tanda panah pada emitor yang menunjukkan aliran muatan positif. Walaupun sebuah transistor n-p-n akan bekerja dengan kedua daerah n dapat berfungsi sebagai
emitor,
namun
karena
kedua
daerah
mempunyai tingkat doping dan geometri yang berbeda, maka daerah n yang dimaksud harus diberi label. Pada gambar 9.3-a diperlihatkan keping horizontal transistor jenis n-p-n. Pengoperasian transistor distribusi
potensial
dapat
diterangkan
pada sambungan
secara
(gambar
kualitatif
9.3-b).
berpanjar maju, dengan efek dari tegangan panjar EB V
dalam
Sambungan
hal
emitor
terjadi penurunan
tegangan penghalang pada sambungan emitor dan memberi kesempatan pada elektron melakukan injeksi ke basis dimana pada daerah ini miskin elektron (minoritas). Sambungan kolektor berpanjar mundur; sebagai efek dari pemasangan tegangan panjar CB V
akan menaikkan potensial penghalang pada sambungan
kolektor. Karena daerah basis sangat tipis, hampir semua elektron yang terinjeksi pada basis tersapu ke kolektor dimana mereka melakukan rekombinasi dengan lubang yang “disediakan� dengan pemasangan baterai luar. (Sebenarnya terjadi pengambilan elektron oleh baterai eksternal, meninggalkan lubang untuk proses rekombinasi). Sebagai hasilnya terjadi transfer arus dari rangkaian emitor ke rangkaian kolektor yang besarnya hampir kolektor-basis.
Seperti akan kita
lihat,
tidak
tergantung pada
transfer
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
tegangan
tersebut memungkinkan
pemasangan hambatan beban
yang besar untuk mendapatkan penguatan
tegangan. 1.6 Komparator
Komparator berfungsi untuk membandingkan input yang diterima dari sensor dengan tegangan referensi. Jika input dari sensor lebih besar dari input tegangan referensi, maka output akan berlogika high. Sebaliknya, jika tegangan referensi lebih besar dari input sensor, maka
output akan berlogika
konvensional umumnya dapat menggunakan IC LM 324 atau
low. Komparator LM 339 yang
merupakan sebuah penguat operasional (op-amp) (W. Budiharto, 2004). Perbedaan input positif dan input negatif menyebabkan keluaran pada pin output. 1.7 Accumulator Accumulator atau sering disebut aki, adalah salah satu komponen utama dalam kendaraan bermotor, baik mobil atau motor, semua memerlukan aki untuk dapat menghidupkan mesin kendaraan (mencatu arus pada dinamo stater kendaraan). Aki mampu mengubah tenaga kimia menjadi tenaga listrik. Dikenal dua jenis elemen yang merupakan sumber arus searah (DC) dari proses kimiawi, yaitu elemen primer dan elemen sekunder. Elemen primer terdiri dari elemen basah dan elemen kering. Reaksi kimia pada elemen primer yang menyebabkan elektron mengalir dari elektroda negatif (katoda) ke elektroda positif (anoda) tidak dapat Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
dibalik arahnya. Maka jika muatannya habis, maka elemen primer tidak dapat dimuati kembali dan memerlukan penggantian bahan pereaksinya (elemen kering). Sehingga dilihat dari sisi ekonomis elemen primer dapat dikatakan cukup boros. Contoh elemen primer adalah batu baterai (dry cells). Elemen sekunder dalam pemakaiannya harus diberi muatan terlebih dahulu sebelum digunakan, yaitu dengan cara mengalirkan arus listrik (secara umum dikenal dengan istilah 'disetrum'). Akan tetapi, tidak seperti elemen primer, elemen sekunder dapat dimuati kembali berulang kali. Elemen sekunder ini lebih dikenal dengan aki. Dalam sebuah aki berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (bolak-balik) dengan efisiensi yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel yaitu di dalam aki saat dipakai berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (discharging). Sedangkan saat diisi atau dimuati, terjadi proses tenaga listrik menjadi tenaga kimia (charging). Besar ggl yang dihasilkan satu sel aki adalah 2 Volt. Sebuah aki mobil terdiri dari enam buah aki yang disusun secara seri, sehingga ggl totalnya adalah 12 Volt. Accu mencatu arus untuk menyalakan mesin (motor dan mobil dengan menghidupkan dinamo stater) dan komponen listrik lain dalam mobil. Pada saat mobil berjalan aki dimuati (diisi) kembali sebuah dinamo (disebut dinamo jalan) yang dijalankan dari putaran mesin mobil atau motor. Pada aki kendaraan bermotor arus yang terdapat di dalamnya dinamakan dengan kapasitas aki yang disebut Ampere-Hour/AH (Ampere-jam). Contohnya untuk aki dengan kapasitas arus 5 AH, maka aki tersebut dapat mencatu arus 5 Ampere selama 1 jam atau 1 Ampere selama 5 jam.
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
1.8 Lampu LED Lampu LED merupakan lampu terbaru yang merupakan sumber cahaya yang efisien energinya. Ketika lampu LED memancarkan cahaya nampak pada gelombang spektrum yang sangat sempit, mereka dapat memproduksi “cahaya putih�. Hal ini sesuai dengan kesatuan susunan merah-biru-hijau atau lampu LED biru berlapis fosfor. Lampu LED bertahan dari 40.000 hingga 100.000 jam tergantung pada warna. Lampu LED digunakan untuk banyak penerapan pencahayaan seperti tanda keluar, sinyal lalulintas, cahaya dibawah
lemari,
dan
berbagai
penerapan
dekoratif. Walaupun
masih
dalam
masa
perkembangan, teknologi lampu LED sangat cepat mengalami kemajuan dan menjanjikan untuk masa depan. Pada cahaya sinyal lalu lintas, pasar yang kuat untuk LED, sinyal lalu lintas warna merah menggunakan lampu 10 W yang setara dengan 196 LEDs, menggantikan lampu pijar yang menggunakan 150W. Berbagai perkiraan potensi penghematan energi berkisar dari 82% hingga 93%. Produk pengganti LED, diproduksi dalam berbagai bentuk termasuk batang ringan, panel dan sekrup dalam lampu LED, biasanya memiliki kekuatan 2-5 W masing-masing, memberikan penghematan yang cukup berarti dibanding lampu pijar dengan bonus keuntungan masa pakai yang lebih lama, yang pada gilirannya mengurangi perawatan.
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM
Bab ini akan membahas mengenai perencanaan dan pembuatan perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software) dari sistem yang akan dibuat. Dimana konsep dasar dari perencanaan penelitian ini adalah memanfaatkan konstruksi revolute joint (sambungan berputar) untuk aksis X dan Y sehingga akan didapatkan coverage area berbentuk setengah globe dengan sensor pada 2 sisi solar sel untuk feedback gerakan aksis X dan sensor pada 2 sisi lainya sebagai feedback pada gerakan aksis Y. 3.1 Perancangan torsi motor dengan beban tertentu
1. Kondisi setimbang 0Ëš 1.1 Gaya tekan bawah akibat massa beban
Seperti yang telah kita ketahui bahwa gaya / force adalah hasil produk masa dengan kecepatan, yaitu F = m.a sehingga pada masing masing sisi solar sel Fkiri dan Fkanan akan didapatkan Fkiri / Fkanan = m.a
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
Fkanan Fkiri
Gambar 1.1 Gaya pada bidang
Sehingga jika dikaitkan dengan percepatan gravitasi 9.8 m/s 2 maka gaya yang berlaku adalah F = m.g dengan g adalah percepatan gravitasi dengan konstanta 9.8 m/s2 Pada
perencanaan mekanik
solar
sel
ini
akan dipaparkan
bagaimana pengaruh masa beban pada torsi shaft (poros putar) untuk menentukan karakteristik motor yang sesuai dengan mekanik yang telah penyusun rancang, serta penurunan teoritis persamaan gaya yang dibutuhkan motor agar solar sel tetap pada posisi yang diinginkan (locked). Vertical force (Fv) Horizontal force (Fh)
Gambar 1.2 Gaya vertical dan gaya horizontal Fv
dan Fh
Dengan mengasumsikan gaya sebagai vektor, dan menarik gaya pada gaya vertikal (tegak lurus bidang) dan horizontal (sejajar bidang) maka dapat disimpulkan sebagai berikut. Untuk gaya tegak lurus bidang Fv (panah hijau) dan gaya sejajar bidang Fh (panah merah) dan sudut antara gaya dengan bidang objek adalah Îą maka didapatkan Fv =( m.g +
m.g) Sin Îą dan Fh =( m.g +
m.g) Cos Îą
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
α = 90˚
Gambar 1.3 sudut
antara gaya dengan bidang objek (α) Dengan
Pillow block bearings Shaft
demikian
maka
dapat
di
tampilkan gaya pada tiap tiap komponen yaitu Fv =( m.g +
Gambar 1.3 posisi bearing dan shaft
+
m.g) Sin 90 dan Fh =( m.g
m.g) Cos 90.
Fv =( m.g +
m.g) yaitu gaya penuh tegak lurus bidang
Fh = 0 Dengan menganggap jarak antara shaft sampai dengan permukaan yang menempel langsung dengan solar sel adalah d1 (distance) maka torsi yang dibutuhkan pada aksis X untuk menjaga agar solar sel tetap pada posisinya ƬmotorX adalah =( m.g + Ƭmotor = ( m.g +
m.g) Cos 90 . d maka
m.g) Cos 90 . d1
Ƭmotor 0˚ = 0 2. Kondisi kemiringan 10˚ (clockwise) 2.1 Gaya tekan bawah akibat massa beban
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
α = 100˚
Gambar 1.4 sudut
antara gaya dengan bidang objek (α) Dengan
Pillow block bearings Shaft
demikian
maka
dapat
di
tampilkan gaya pada tiap tiap komponen yaitu Fv =( m.g + m.g) Sin 100 dan Fh =( m.g
Gambar 1.5 posisi bearing dan shaft
+
m.g) Cos 100.
Fv = 0,9 . ( m.g + Fh = -0,1 . ( m.g +
m.g) gaya tegak lurus bidang m.g) gaya sejajar bidang (clockwise)
Ƭmotor 10˚ = -0,1 . ( m.g +
m.g) . d1
3. Kondisi kemiringan α (clockwise) 3.1 Gaya tekan bawah akibat massa beban
α = ?˚
Gambar 1.6 sudut
antara gaya dengan bidang objek (α) Dengan demikian maka dapat di tampilkan gaya pada tiap tiap komponen yaitu : Fv =( m.g +
m.g) Sin 90 + α dan Fh =( m.g +
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
m.g) Cos 90 + α.
Dengan mengasumsikan derajat kemiringan yang menimbulkan beban tertinggi (αmax) maka dapat disimpulkan bahwa torsi motor minimum pada aksis X (ƬmotorX) untuk menjaga posisi solar sel adalah
ƬmotorX = ( maxisX.g + Dengan :
maxisX.g) Cos (90 + αmax) . d1
αmax
: adalah derajat kemiringan solar sel maksimum
maxisX
: adalah masa solar sel
d1
: adalah jarak antara shaft dengan permukaan solar sel yang menempel pada pillow block bearing.
g
: adalah percepatan gravitasi (9.8 m/s2) Dengan demikian dapat ditentukan bahwa kebutuhan torsi motor pada
tiap aksis adalah sebagai berikut, dengan asumsi aksis x adalah aksis yang sejajar dengan sumbu gerak matahari, dan aksis y adalah aksis yang sejajar dengan sudut gerak inklinasi matahari sebesar maksimum 23.5° 3.1.1 Perhitungan torsi motor aksis X Range derajat saat sunrise-sunset adalah 180, sedangkan range waktu pada penelitian ini adalah pukul 8.00 – 16.00 (8 jam) atau 2/3 hari. Sehingga range derajat yang terlayani adalah
x 180° yaitu sebesar 120°.
Asumsi tegak lurus dengan beban torsi motor 0 adalah 90° 120°
Maka sudut kemiringan maksimum untuk aksis X yaitu ƬmotorX
=(
maxisX.g +
adalah 60°
maxisX.g) Cos (90 + 60) . d1
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
3.1.2 Perhitungan torsi motor aksis Y Range derajat saat sudut inklinasi matahari adalah -23.5° sampai dengan +23.5° , dengan demikian maka range sudut inklinasi adalah 47°. Sehingga range derajat yang terlayani adalah 47°. Asumsi tegak lurus dengan beban torsi motor 0 adalah 90° 120°
Maka sudut kemiringan maksimum untuk aksis Y yaitu ƬmotorY
=(
maxisY.g +
adalah 23.5°
maxisY.g) Cos (90 + 23.5) . d1
3.2 Perangkat Keras Solar sel yang akan dibangun memiliki beberapa part (hardware) yang tersusun sedemikian rupa sehingga pada fungsi masing masing part tersebut dapat bekerja dengan baik
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
3.2.1 Sensor Bracket
3.2.2 Motor House and Pinion Gear
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
3.2.3 Chasis X
3.3 Spesifikasi Sel Surya Sel surya yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut : Spesification
Value
PM (Watt Peak)
50W
VOC (Voltage Open Circuit)
21.6V
ISC (Current Short Circuit)
2.98A
VMP (Voltage Max Peak)
17.6V
IMP (Current Max Peak)
2.85A
Max system voltage
1000V
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
3.4 Pola Kalkulasi Sel Surya Berikut akan disajikan beberapa perhitungan untuk discharge current tiap hari dengan beban 2 lampu DC sebesar 10 watt total a. Pola kalkulasi energi tenaga surya
Nama Peralatan Listrik
Jumlah
Lampu
2
Pola kalkulasi energi tenaga surya Asumsi penggunaan watt hour Volt Wattage (dalam jam) / (wh)/hari hari 12 5 Watt 8 10 Total 10
Discharge current total 0,83
0,83
b. Perhitungan kebutuhan WP sel surya dan kapasitas dry cell berdasarkan konsumsi watt per hari Kebutuhan Watt Spesifikasi panel surya Asumsi waktu efektif konversi sel Output power (Watt Peak) /panel max power Voltage Current charging (Short Circuit Current) Charging capacity Jumlah sel surya Spesifikasi Dry Cell Ampere Hour/battery jumlah Battery Total Kapasitas battery
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
10
watt hour/hari
4 50 17,6 2,8 200 1
jam wp V A watt hour buah
17,5 1 17,5
Ah buah Ah
c. Pola pengisian dan pengosongan pada solar cell (charging) dan (discharging) dengan skema pengisian
Jml battery Life cycle (jam)
Metode full 1
DISCHARGING Metode partial 1
Metode shallow 1
240
120
72
Charge time Constant current charge Topping charge Float charge
Charge time Constant current charge Topping charge Float charge
Charge time Constant current charge Topping charge Float charge
Charge time Constant current charge
10% 35,2
RECHARGING TIME (Full discharge) 20% 30% 40% 50% 60% 70% 70,4 105,6 140,8 176 211,2 246
31,2
66,4
101,6 136,8
172 207,2 242
RECHARGING CURRENT (full discharge) 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
90% 316,8 0 312,8
100% 352 0 348
80%
90%
100%
-0,24752 -0,24752 -0,24752 0,568 0,5682 0,568 0,5682 0,568 0,568 0,57 0,247525 0,247525 0,247525 RECHARGING TIME (shallow discharge) 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 10,56 21,12 31,68 42,24 52,8 63,36 73,9 6,56
17,12 27,68 38,24
48,8 59,36 69,9
RECHARGING CURRENT (shallow discharge) 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
Topping charge Float charge
80% 281,6 0 277,6
80% 84,48 0 80,48
90% 95,04 0 91,04
100% 105,6 0 101,6
80%
90%
100%
-0,07426 -0,07426 -0,07426 0,568 0,5682 0,568 0,5682 0,568 0,568 0,57 0,074257 0,074257 0,074257
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
BAB IV ANALISA DATA Dalam bab ini akan dibahas tentang teknik analisa data untuk menjawab rumusan masalah yang telah ditentukan di BAB I. Yaitu : 1. Bagaimanakah hubungan antara sudut deviasi solar sel dan posisi arah datang sinar matahari terhadap arus keluaran (output)? dan 2. Berapakah persentase keefektifitasan arus keluaran solar sel terhadap sudut deviasi tersebut? 4.1 Analisa Hubungan Dua Variabel (Sudut Deviasi dan Arus Keluaran) Untuk mengetahui derajat kuat lemah hubungan antar dua variabel maka digunakan sebuah koefisien / metode statistika yaitu dengan koefisen Pearson. (PMCC) Pearson Moment Correlation Coefficient Adalah sebuah metode untuk menginterpretasikan kuat lemah hubungan antara variabel A dan B (Bivarian Pearson). Instrumen statistik : A. Penentuan kuat lemah hubungan (kuat lemah hubungan) Pearson Moment Correlation Coefficient (-1 sampai dengan 1) B. Penentuan jenis korelasi (jika ada) Trend (korelasi negatif / positif)
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
1. Pearson Moment Correlation Coefficient (PMCC) sebagai nilai degree of relationship / kuat lemah hubungan yang dapat disimpulkan menjadi 4 kesimpulan korelasi yaitu.
Korelasi
Negatif
Positif
Tidak ada
−0.09 to 0.0
0.0 to 0.09
Lemah
−0.3 to −0.1
0.1 to 0.3
Sedang
−0.5 to −0.3
0.3 to 0.5
Kuat
−1.0 to −0.5
0.5 to 1.0
a. Tidak ada korelasi jika koefisien yang dihasilkan adalah -0.09 sampai 0 atau 0 sampai 0.09 b. Korelasi lemah jika koefisien yang dihasilkan adalah -0.3 sampai -0.1 atau 0.1 sampai 0.3 c. Korelasi sedang jika koefisien yang dihasilkan adalah -0.5 sampai -0.3 atau 0.3 sampai 0.5 d. Korelasi kuat jika koefisien yang dihasilkan adalah -1.0 sampai -0.5 atau 0.5 sampai 1.0
r=
đ?‘› đ?‘–=1 đ?‘› đ?‘–=1
đ?‘‹đ?‘– −đ?‘‹ đ?‘Œđ?‘– − đ?‘Œ
đ?‘‹đ?‘– −đ?‘‹
2
Dengan N Xi Yi R
: : : :
adalah jumlah data data ke i (variabel ke 1) data ke i (variabel ke 2) koefisien korelasi
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
đ?‘› đ?‘–=1
đ?‘Œđ?‘– − đ?‘Œ
2
2. Proses analisa data sudut deviasi dan arus keluaran Sudut deviasi yang di sampling adalah sudut 0 derajat sampai dengan 15 derajat. Sedangkan arus keluaran adalah arus keluaran ISC (Short Circuit Current) yaitu arus yang terhitung tanpa beban (hubung singkat). a. Scatter data kondisi kemiringan 0 derajat
21,6 21,55 21,5
0 derajat
21,45
Mean
21,4 21,35 0
20
Standard deviation Mean Nilai maximum Nilai minimum
40
: : : :
60
80
100
0,05298 21,4946 21,59 21,4
b. Scatter data kondisi kemiringan 1 derajat
21,6 21,5 21,55 21,45 21,5 21,4
01derajat derajat
21,45 21,35
Mean Mean
21,4 21,3 21,35 21,25 0
20
40 40
60 60
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
80 80
100 100
Standard deviation Mean Nilai maximum Nilai minimum
: : : :
0,058534 21,402 21,49 21,3
c. Scatter data kondisi kemiringan 2 derajat 21,4 21,6 21,35 21,55 21,3 21,5
2 derajat 0 derajat Mean Mean
21,25 21,45 21,2 21,4 21,15 21,35 0
20
Standard deviation Mean Nilai maximum Nilai minimum
40
: : : :
60
80
100
0,0558 21,2943 21,39 21,2
d. Scatter data kondisi kemiringan 3 derajat 21,3 21,6 21,25 21,55 21,2 21,5
derajat 03 derajat Mean Mean
21,15 21,45 21,1 21,4
21,05 21,35 0
20 20
Standard deviation Mean
40 40
60 60
: 0,061943 : 21,1871
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
8080
100 100
Nilai maximum Nilai minimum
: 21,29 : 21,1
e. Scatter data kondisi kemiringan 4 derajat
21,2 21,6 21,15 21,55 21,1 21,5
40 derajat
21,05 21,45
Mean
21 21,4
20,95 21,35 0
20
Standard deviation Mean Nilai maximum Nilai minimum
40
: : : :
60
80
100
0,057303 21,0918 21,19 21
f. Scatter data kondisi kemiringan 5 derajat 21,1 21,6 21,08 21,55 21,06 21,5 21,04 21,45 21,02
derajat 05derajat Mean Mean
21,4 21 20,98 21,35 0
20
Standard deviation Mean Nilai maximum Nilai minimum
40 40
: : : :
60 60
0,026758 21,0454 21,09 21
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
80 80
100 100
g. Scatter data kondisi kemiringan 6 derajat
21,035 21,6 21,03 21,55 21,025 21,02 21,5 21,015 21,45 21,01 21,005 21,4 21 20,995 21,35
derajat 06derajat
Mean Mean
00
20 20
Standard deviation Mean Nilai maximum Nilai minimum
40 40
: : : :
60 60
80 80
100 100
0,011503 21,015 21,03 21
h. Scatter data kondisi kemiringan 7 derajat 21,1 21,6 21 21,55 20,9
20,8 21,5 20,7 21,45 20,6 21,4 20,5
7 derajat 0 derajat Mean Mean
21,35 20,4 00
20 20
Standard deviation Mean Nilai maximum Nilai minimum
40 40
: : : :
60 60
0,141806 20,7202 20,99 20,5
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
80 80
100
i. Scatter data kondisi kemiringan 8 derajat
20,65 21,6 20,6 21,55 20,55 20,5 21,5 20,45 21,45 20,4 20,35 21,4 20,3 21,35 20,25
80 derajat Mean
0
20
Standard deviation Mean Nilai maximum Nilai minimum
40
: : : :
60
80
100
0,084525 20,443 20,59 20,3
j. Scatter data kondisi kemiringan 9 derajat
20,45 21,6 20,4 21,55 20,35 20,3 21,5 20,25 21,45 20,2 20,15 21,4 20,1 21,35 20,05
90 derajat Mean
0
20
Standard deviation Mean Nilai maximum Nilai minimum
40
: : : :
60
0,086198 20,2468 20,39 20,1
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
80
100
k. Scatter data kondisi kemiringan 10 derajat
20,2 21,6 20,15 21,55 20,1 21,5
100 derajat
20,05 21,45
Mean Mean
21,4 20 21,35 19,95 0
20 20
Standard deviation Mean Nilai maximum Nilai minimum
40 40
: : : :
60 60
80 80
100 100
0,056301 20,1028 20,19 20
l. Scatter data kondisi kemiringan 11 derajat
21,6 20,1 20 21,55 19,9 21,5 19,8 21,45 19,7 21,4 19,6
011derajat derajat Mean
21,35 19,5 00
20 20
Standard deviation Mean Nilai maximum Nilai minimum
40 40
: : : :
60 60
0,104335 19,7754 19,99 19,6
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
80
100
m. Scatter data kondisi kemiringan 12 derajat
19,8 21,6
19,7 21,55 19,6 21,5 19,5 21,45 19,4 21,4 19,3
120 derajat Mean Mean
19,2 21,35 00
2020
Standard deviation Mean Nilai maximum Nilai minimum
4040
: : : :
6060
8080
100 100
0,108556 19,5057 19,69 19,3
n. Scatter data kondisi kemiringan 13 derajat
21,6 19,4 21,55 19,35 21,5 19,3
130 derajat
21,45 19,25
Mean Mean
21,4 19,2 21,35 19,15 0
20 20
Standard deviation Mean Nilai maximum Nilai minimum
40 40
: : : :
60 60
0,057 19,28 19,39 19,2
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
80 80
100 100
o. Scatter data kondisi kemiringan 14 derajat 19,3 21,6 19,25 21,55 19,2 21,5
140 derajat derajat
19,15 21,45
Mean Mean
19,1 21,4 21,35 19,05 0
20 20
Standard deviation Mean Nilai maximum Nilai minimum
40 40
: : : :
60 60
80 80
100 100
0,059 19,2 19,29 19,1
p. Scatter data kondisi kemiringan 15 derajat
21,6 19,2 21,55 19,15 21,5 19,1
150 derajat
21,45 19,05
Mean Mean
21,4 19 21,35 18,95 0
20 20
Standard deviation Mean Nilai maximum Nilai minimum
40 40
: : : :
60 60
0,056 19,1 19,19 19
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
80 80
100 100
4.2 Hasil analisa (Sudut Deviasi dan Arus Keluaran) Setelah didapatkan mean (rata rata) data pada tiap kemiringan sudut sebanyak 100 repetisi maka dapat digambarkan sebagai berikut pada tabel di bawah, bentuk grafik dan trend.
Mean Voltage Open Circuit
22 21,5 21 20,5 Mean
20
Linear (Mean)
19,5 19 18,5
-4
1
6
11
16
Sudut kemiringan terhadap arah matahari
a. Data derajat kemiringan dan VOC (Voltage Open Circuit) Derajat kemiringan 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
VOC (Voltage Open Circuit) 21,4946 21,402 21,2943 21,1871 21,0918 21,0454 21,015 20,7202 20,443 20,2468 20,1028 19,7754 19,5057 19,2843 19,1964 19,0979
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
mean derajat kemiringan = 7,5 mean VOC = 20, 43142
b. Peritungan koefisien Pearson Jika r adalah koefisien kuat lemah hubungan, dengan derajat kemiringan adalah deg dan tegangan rangkaian terbuka adalah VOC maka : X = deg Y = VOC
r=
1 = 1 =
− −
(
2
1 =
−
)
(
−
A 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5
-7,5 -6,5 -5,5 -4,5 -3,5 -2,5 -1,5 -0,5 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5
)
2
A kuadrat 1,063181 56,25 0,970581 42,25 0,862881 30,25 0,755681 20,25 0,660381 12,25 0,613981 6,25 0,583581 2,25 0,288781 0,25 0,011581 0,25 -0,18462 2,25 -0,32862 6,25 -0,65602 12,25 -0,92572 20,25 -1,14712 30,25 -1,23502 42,25 -1,33352 56,25 340 B
21,4946 21,402 21,2943 21,1871 21,0918 21,0454 21,015 20,7202 20,443 20,2468 20,1028 19,7754 19,5057 19,2843 19,1964 19,0979 Jumlah
20,43141875 20,43141875 20,43141875 20,43141875 20,43141875 20,43141875 20,43141875 20,43141875 20,43141875 20,43141875 20,43141875 20,43141875 20,43141875 20,43141875 20,43141875 20,43141875
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
B kuadrat 1,13035 0,94203 0,74456 0,57105 0,4361 0,37697 0,34057 0,08339 0,00013 0,03408 0,10799 0,43036 0,85696 1,31588 1,52527 1,77827 10,674
C -7,97386 -6,30878 -4,74585 -3,40057 -2,31133 -1,53495 -0,87537 -0,14439 0,005791 -0,27693 -0,82155 -2,29607 -4,16573 -6,30915 -8,02762 -10,0014 -59,1878
Catatan :
A
=
B
=
A kuadrat
=
(
B kuadrat
=
(
C
=
r=
r=
)2
− √
√ −
√
√ −
r=
r=
)2
−
r= -0,98249 dengan demikian maka koefisien Pearson yang didapatkan adalah -0,98249
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
4.3 Analisa persentase keefektifitasan arus keluaran solar sel terhadap sudut deviasi Dengan melihat pada tabel mean(rata rata) VOC / Voltage Open Circuit terhadap derajat kemiringan maka dapat dilakukan pola perhitungan tingkat efektifitas arus keluaran solar cell dalam persen dengan asumsi tingkat efektifitas adalah arus VOC maksimum tang tertera pada label produk dengan arus maksimum adalah WP / VOC maksimum Derajat kemiringan 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
VOC (Voltage Open Circuit) 21,4946 21,402 21,2943 21,1871 21,0918 21,0454 21,015 20,7202 20,443 20,2468 20,1028 19,7754 19,5057 19,2843 19,1964 19,0979
VOC Maksimum / VOC (persen) 99,51% 99,08% 98,58% 98,09% 97,65% 97,43% 97,29% 95,93% 94,64% 93,74% 93,07% 91,55% 90,30% 89,28% 88,87% 88,42%
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
Tingkat efektifitas arus keluaran dalam persen 100,00%
Axis Title
98,00% 96,00% 94,00% 92,00%
Tingkat efektifitas arus keluaran dalam persen
90,00% 88,00% 86,00% 0
5
10
15
Axis Title
4.4 Hasil analisa (persentase keefektifitasan arus keluaran dan sudut deviasi) Untuk mengetahui penurunan efisiensi tiap derajat maka lebih dahulu kita hitung untuk range derajat 0 – 15 dan nilai efisiensi 88,42% - 99,51% maka dapat dilakukan dengan perhitungan range derajat Maks – derajat Min yaitu 15-0 = 15 derajat dan nilai efisiensi tertinggi – terendah yaitu 99,51% - 88,42% = 11,10%
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan Dari hasil analisa data yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan: 1. Dengan mengacu pada tabel koefisien Pearson, bahwa angka koefisien
-
0,98249 mengacu pada kelompok hubungan variabel kuat (strong)
Korelasi
Negatif
Positif
Tidak ada
−0.09 to 0.0
0.0 to 0.09
Lemah
−0.3 to −0.1
0.1 to 0.3
Sedang
−0.5 to −0.3
0.3 to 0.5
Kuat
−1.0 to −0.5
0.5 to 1.0
a. Tidak ada korelasi jika koefisien yang dihasilkan adalah -0.09 sampai 0 atau 0 sampai 0.09 b. Korelasi lemah jika koefisien yang dihasilkan adalah -0.3 sampai 0.1 atau 0.1 sampai 0.3 c. Korelasi sedang jika koefisien yang dihasilkan adalah -0.5 sampai 0.3 atau 0.3 sampai 0.5 d. Korelasi kuat jika koefisien yang dihasilkan adalah -1.0 sampai -0.5 atau 0.5 sampai 1.0 maka dapat disimpulkan bahwa hubungan antara sudut deviasi solar sel dan posisi arah datang sinar matahari terhadap arus keluaran (output) adalah KUAT dan SANGAT MEMPENGARUHI
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
2. Dengan mengetahui range derajat untuk variabel 1 yaitu 15 dan range efisiensi untuk variable 2 yaitu 11,10% maka dapat disimpulkan penurunan atau kenaikan efisiensi arus keluaran pada sel surya adalah
yaitu 0,74% tiap derajat.
Sehingga dapat
diperkirakan untuk deviasi / kemiringan 45 derajat terhadap arah datang sinar matahari, akan mengakibatkan penurunan efisiensi sebanyak 33,3% dan seterusnya. Daftar tabel perkiraan penurunan watt peak untuk kemiringan 0 - 45 derajat dengan asumsi WP yang tertera pada label produk adalah 50 watt Deviasi Effisiensi VOC sudut 1 99,26% 21,44016 2 98,52% 21,28032 3 97,78% 21,12048 4 97,04% 20,96064 5 96,30% 20,8008 6 95,56% 20,64096 7 94,82% 20,48112 8 94,08% 20,32128 9 93,34% 20,16144 10 92,60% 20,0016 11 91,86% 19,84176 12 91,12% 19,68192 13 90,38% 19,52208 14 89,64% 19,36224 15 88,90% 19,2024 16 88,16% 19,04256 17 87,42% 18,88272 18 86,68% 18,72288 19 85,94% 18,56304 20 85,20% 18,4032 21 84,46% 18,24336
Watt Peak 49,63 49,26 48,89 48,52 48,15 47,78 47,41 47,04 46,67 46,3 45,93 45,56 45,19 44,82 44,45 44,08 43,71 43,34 42,97 42,6 42,23
22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
83,72% 82,98% 82,24% 81,50% 80,76% 80,02% 79,28% 78,54% 77,80% 77,06% 76,32% 75,58% 74,84% 74,10% 73,36% 72,62% 71,88% 71,14% 70,40% 69,66% 68,92% 68,18% 67,44% 66,70%
18,08352 17,92368 17,76384 17,604 17,44416 17,28432 17,12448 16,96464 16,8048 16,64496 16,48512 16,32528 16,16544 16,0056 15,84576 15,68592 15,52608 15,36624 15,2064 15,04656 14,88672 14,72688 14,56704 14,4072
41,86 41,49 41,12 40,75 40,38 40,01 39,64 39,27 38,9 38,53 38,16 37,79 37,42 37,05 36,68 36,31 35,94 35,57 35,2 34,83 34,46 34,09 33,72 33,35
5.2 Saran Beberapa saran yang dapat penulis berikan pada Penelitian ini adalah : 1. S
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012
DAFTAR PUSTAKA
Arief. 2011. Apa Yang Dimaksud Dengan Stop Bit?, (Online), (http://islamdownload.net/tips-tricks/internet-tips-tricks/apa-yang-dimaksuddengan-stop-bit.html, diakses tanggal 8 Agustus 2011). Budiarti, Elok Mardian dkk. 2011. Metode Cek Error Cheksum untuk Komunikasi Data. Malang: Politeknik Kota Malang Fonny. 2000. Teknik Komunikasi Data Digital, (Online), (http://nryulia.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/5161/Komdat4ko m.datadigital.doc, diakses tanggal 24 Juli 2011). Gunawan. 2006. Komunikasi Data Bluetooth, (Online), (http://elcom.umy.ac.id/elschool/muallimin_muhammadiyah/file.php/1/ materi/Teknologi_Informasi/Komunikasi%20Data%20Bluetooth.doc, diakses tanggal 24 Juli 2011). Octavia, Dyah Eka dkk. 2011. LRC – Longitudinal Redundancy Checking. Malang: Politeknik Kota Malang. Pandia, Henry. 2002. Visual Basic 6 Tingkat Lanjut. Bandung: Andi. Pramiswari, Ayu dkk. 2011. CRC (Cyclic Redundancy Check). Malang: Politeknik Kota Malang Prasetyo, Dany dkk. 2011. VRC (Vertical Redundancy Check). Malang: Politeknik Kota Malang. Stallings, William. 2001. Komunikasi Data Komputer: Dasar-Dasar Komunikasi Data. Jakarta: Salemba Teknika. Wikipedia. 2011. Serial Port, (Online), (http://en.wikipedia.org/wiki/Serial_port, diakses tanggal 24 Juli 2011).
Penelitian dosen pemula Politeknik Kota Malang 2012