1

TUGAS AKHIR

SISTEM CATU DAYA PADA PEMODELAN RUMAH PINTAR

DENGAN SEL SURYA

Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Derajat Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Disusun oleh:

ALBERTUS AGUNG NENDY H

NIM: 025114040

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGJAKARTA

2007

2

FINAL PROJECT

POWER SUPPLY SYSTEM ON A SMART HOME WITH SOLAR

CELL

Submitted as Partial Fulfillment Of The Requirement for

Sarjana Teknik Degree In Electrical Engineering

By:

ALBERTUS AGUNG NENDY H

NIM: 025114040

DEPARTMENT ELECTRICAL

FACULTY OF ENGINEERING

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2007

3

4

5

DI SAAT KITA MERASA LEMAH TIDAK DI SAAT KITA MERASA LEMAH TIDAK DI SAAT KITA MERASA LEMAH TIDAK DI SAAT KITA MERASA LEMAH TIDAK BERDAYA, INGATLAH BAHWA MASIH BERDAYA, INGATLAH BAHWA MASIH BERDAYA, INGATLAH BAHWA MASIH BERDAYA, INGATLAH BAHWA MASIH ADA SATU KEKUATAN YANG MELEBIHI ADA SATU KEKUATAN YANG MELEBIHI ADA SATU KEKUATAN YANG MELEBIHI ADA SATU KEKUATAN YANG MELEBIHI SEGALASEGALASEGALASEGALA----GALANYA.GALANYA.GALANYA.GALANYA.

Tuhan tidak akan memTuhan tidak akan memTuhan tidak akan memTuhan tidak akan membiarkan kita berusaha biarkan kita berusaha biarkan kita berusaha biarkan kita berusaha tanpa menikmati hasilnyatanpa menikmati hasilnyatanpa menikmati hasilnyatanpa menikmati hasilnya

ku persembahkan karya kecilku ini untuk :

Tuhan Jesus Kristus atas segala kasih dan kebaikanTuhan Jesus Kristus atas segala kasih dan kebaikanTuhan Jesus Kristus atas segala kasih dan kebaikanTuhan Jesus Kristus atas segala kasih dan kebaikan----NyaNyaNyaNya ibu bapakku juga kakakibu bapakku juga kakakibu bapakku juga kakakibu bapakku juga kakak----kakakku kakakku kakakku kakakku tercinta tercinta tercinta tercinta yang senantiasa yang senantiasa yang senantiasa yang senantiasa mendoakan dan mengasihi amendoakan dan mengasihi amendoakan dan mengasihi amendoakan dan mengasihi akukukuku

6

7

KATA PENGANTAR

Syukur kepada Tuhan yang telah melimpahkan rahmat serta kasih-Nya

kepada penulis untuk menyelesaikan skripsi yang berjudul “Sistem Catu Daya

Pada Pemodelan Rumah Pintar Denagan Sel Surya ”.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini tidak mungkin dapat terselesaikan

dengan baik tanpa bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis

mengucapkan terimakasih kepada:

1. ALLAH BAPA dan TUHAN YESUS KRISTUS ,aku serahkan semua ke

dalam tanganMu.

2. Bunda Maria, semoga peziarahanku ini tidak hanya sampai disini

3. A. Bayu Primawan, S.T.,M.Eng. selaku Kaprodi Teknik Elektro.

4. Ir. Tjendro dan Martanto, S.T., M.T. yang telah dengan sabar membimbing

dan menyemangati serta memberikan ilmunya kepada penulis, sehingga

penulis semakin terpacu untuk menyelesaikan skripsi ini dengan sebaik-

baiknya.

5. Djoko Untoro, S.si, M.T selaku pembimbing akademik

6. Segenap dosen dan karyawan Teknik atas bimbingan, ilmu dan pelayanan

yang diberikan selama ini.

7. Laboran TE (mas mardi, mas Sur, Mas Broto serta mas Yusuf) yang sering

tak repotin selama ini ‘matur nuwun’.

8. Bapak dan Ibu; Ag.Supriyati, Y.Suratna yang telah dengan sabar dan senang

hati mendukung saya dan membiayai saya’

8

9. Kakak saya, Anto dan mbak Mur, Utin dan mas, Ero dan mas Edi, Plenong,

Geyol, Siko. (aku bangga pada kalian semua)

10. Teman-teman satu tim (Eva, Galuh,butet, Andri) atas diskusi dan

kerjasamanya yang sangat membantu penulis dalam proses penyelesaian

skripsi.

11. Teman-teman TE ‘02 atas segala pengalaman hidup bersama selama ini.

12. Teman-teman yang telah mengajari saya mengungkapkan perasaanku (siska,

nining, farah, nina,vembri). Adit dan Vero

13. JKMK.di sini aku mengenal banyak hal dan telah banyak mengubah cara

pandang hidupku.

14. sukur dan mojes (terima kasih Printernya)

15. teman-teman di JKMK;karena kalian aku punya teman refresing

Semoga Tuhan melimpahkan rahmat-Nya kepada kita semua dan semoga

tulisan ini dapat berguna dan bermanfaat bagi semua, Amin.

Jogjakarta, Januari 2007

Penulis,

Albertus Agung Nendy H

9

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ............................................................................... i

HALAMAN JUDUL (INGGRIS)............................................................. ii

HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................. iii

HALAMAN PENGESAHAN .................................................................. iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................... v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA.................................................... vi

KATA PENGANTAR ............................................................................. vii

DAFTAR ISI ........................................................................................... viii

DAFTAR GAMBAR .............................................................................. xii

DAFTAR TABEL.................................................................................... xiv

DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................ xv

INTISARI ................................................................................................ xvii

ABSTRACT ............................................................................................ xvii

BAB I. PENDAHULUAN ...................................................................... 1

I.1 Judul .......................................................................................... 1

I.2 Latar Belakang .......................................................................... 1

I.3 Perumusan Masalah.................................................................... 2

I.4 Batasan Masalah......................................................................... 2

1.5 Tujuan Penelitian....................................................................... 3

I.6 Manfaat Penelitian ..................................................................... 3

1.7 Metodologi Penulisan ................................................................ 3

10

1.8 Sistematika Penulisan ............................................................... 4

BAB II. DASAR TEORI.......................................................................... 6

2.1 Sel Surya ................................................................................... 6

2.1.1 Prinsip Kerja Dari Sel Surya ............................................ 6

2.1.2 Tipe Kristal Sel-sel Photovoltaic ...................................... 9

2.1.2.1 Sel Silikon Monokristalin ................................... 9

2.1.2.2 Sel Silikon Polikristalin ...................................... 10

2.1.2.3 Silikon Amorph .................................................. 11

2.1.2.4 Teknologi Lapisan Tipis (Thin Film) .................. 12

2.1.3 Karakteristik Operasional Sel Surya .................................. 12

2.1.4 Efisiensi Konversi Energi Matahari................................... 14

2.2 Pengisi Baterei ......................................................................... 14

2.2.1 Gagasan Pokok ................................................................. 15

2.2.2 Pembanding (comparator) ................................................ 16

2.2.3 Penyimpan Daya ............................................................... 18

2.2.4 Regulator Tegangan .......................................................... 18

2.3 Pendeteksian Posisi Cahaya ...................................................... 19

2.3.1 Sensor Cahaya .................................................................. 20

2.3.2 Driver Motor DC .............................................................. 22

2.3.3 Motor DC ......................................................................... 23

BAB III. PERANCANGAN..................................................................... 25

3.1 Sel Surya .................................................................................. 26

11

3.2 Pengisi Baterai........................................................................... 26

3.3 Penyimpan Daya........................................................................ 27

3.4 Regulator Tegangan................................................................... 28

3.5 Pendeteksi Posisi Cahaya........................................................... 28

3.5.1 Sensor Cahaya ................................................................. 29

3.6 Pembanding............................................................................... 30

3.7 Pengendali Arah Putaran Motor ................................................. 31

BAB IV. HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN .......................... 33

4.1 Hasil Pemgamatan Pada Sel Surya............................................. 33

4.2 Hasil Pengamatan Pada Pengisian Baterei.................................. 33

4.3 Hasil Pengamatan Pada Pendeteksi Posisi Cahaya ..................... 36

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN .................................................. 38

V.1 Kesimpulan............................................................................... 38

V.2 Saran ........................................................................................ 38

DAFTAR PUSTAKA .............................................................................. 39

LAMPIRAN

12

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sel PV Menghasilkan Listrik Bila Terkena Sinar Matahari.... 9

Gambar 2.2 Titik Daya Maksimum Sel Surya .......................................... 12

Gambar 2.3 Kurva I-V Modul PV Silikon Amorph.................................. 14

Gambar 2.4 Rangkaian Dasar Pengisi Baterei........................................... 15

Gambar 2.5 Keluaran Rendah Ketika Masukan Berada Dalam Jendela..... 17

Gambar 2.6 Rangkaian Pembanding Jendela ............................................ 18

Gambar 2.7 Rangkaian Regulator Tegangan............................................. 19

Gambar 2.8 Diagram Kotak Pendeteksi Posisi Cahaya ............................. 20

Gambar 2.9 Simbol LDR.......................................................................... 21

Gambar 2.10 LDR sebagai sensor cahaya ................................................. 21

Gambar 2.11 Diagram blok dari IC L293D............................................... 23

Gambar 2.12 Lambang Motor DC Pada Rangkaian .................................. 24

Gambar 3.1 Diagram Kotak Sistem Pencatu Daya Dengan Sel Surya. ...... 25

Gambar 3.2 Rangkaian Pengisi Baterei..................................................... 27

Gambar 3.3 Penyimpan Pencatu Daya Dengan Baterei Kering ................. 28

Gambar 3.4 Rangkaian Regulator Tegangan............................................. 28

Gambar 3.5 Diagram Kotak Pendeteksi Posisi Cahaya Dengan LDR ........ 29

Gambar 3.6 Rangkaian Dua Buah Sensor LDR ........................................ 30

Gambar 3.7 Rangkaian Pembanding......................................................... 32

Gambar 3.8 Pengendali Arah Putaran Motor DC Dengan IC L293D ........ 32

Gambar 3.9 Rangkaian Lengkap Pendeteksi Posisi Cahaya ...................... 33

Gambar 4.1 Hubungan Arus Pengisian Dengan Tegangan Baterei............ 36

13

Gambar 4.2 Hubungan Waktu Pengisian Dengan Tegangan Baterei ......... 36

Gambar 4.3 Rangkaian pendeteksi posisi cahaya beserta test point nya .... 37

14

DAFTAR TABEL

Tabel 2-1 Logika Aplikasi L293D............................................................ 23

Tabel 4-1 Data pengamatan pada sistem pengisian baterei........................ 34

Tabel 4-2 Data pendeteksi posisi cahaya saat motor dalam keadaan diam. 37

Tabel 4-3 Data pendeteksi posisi cahaya

pada saat motor dalam keadaan bergerak .................................. 38

15

DAFTAR LAMPIRAN

A. Gambar Denah Rumah Dengan Sel Surya..................................................... L1

B. Data Sheet .................................................................................................... L4

16

Sistem Catu Daya

Pada Pemodelan Rumah Pintar Dengan Sel Surya

Intisari

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang semakin pesat,

begitu juga dengan perkembangan dalam dunia teknologi elektronika. Banyak

peralatan-peralatan yang bekerja dengan sistem elektronika. Teknologi sel surya

adalah salah satu perkembangan teknologi. Teknologi sel surya ini diharapkan

mengurangi ketergantungan penyediaan sumber daya dari pemerintah. Sistem sel

surya yang dilengkapi dengan sistem elektronika sebagi piranti pendukung, seperti

pendeteksi posisi cahaya matahari dan pengendali pengisian baterai ini dapat

meningkatkan efisiensi kerja sistem.

Dalam sistem pencatu ini menggunakan modul Photovoltaic (PV). Sel

surya ini akan mengubah energi matahari menjadi energi listrik. Pada sistem ini

dilengkapi dengan sistem pengisian baterai. Sistem ini dilengkapi dengan

pendeteksi posisi cahaya. Pendeteksi posisi cahaya ini akan mencari asal dari

sumber cahaya, dalam hal ini sumber cahaya yang dimaksud adalah sinar

matahari. Sel surya akan berputar sesuai dengan posisi cahaya (dalam hal ini

sumber cahayanya adalah sinar matahari) dengan alat pendeteksi posisi cahaya.

Pendeteksi posisi cahaya ini akan memutar sel surya dari arah timur ke barat dan

dari arah utara ke selatan. Arah putaran sel surya ini tergantung pada sumber

cahaya (sumber cahaya dalam hal ini adalah sinar matahari). Sedangkan untuk

sistem pengisian baterei ini akan mengisi baterei 12V dari sel surya.

17

Abstract

The development of science and technological is very rapid, especially

electronic technology. Many tools work using electronic power systems. On this

project will used the sun energy for power system.

Solar cell technology is one of the of that development. Solar cell

technology was espect to reduce the power source addict that supply by

government. This system completed by electronic system as support device. Such

as sunlight position detector and battery refill controller.

On this project the system can tracked the sun position (from east to west),

and charging the12 volt battery. Keyword: solar cell, power system

18

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Judul

Sistem Catu Daya Pada Pemodelan Rumah Pintar Dengan Sel Surya.

1.2 Latar belakang

Cahaya matahari yang telah tersedia banyak manfaatnya, diantaranya

untuk proses pengeringan. Pemanfaatan sinar matahari semakin ditingkatkan,

salah satunya adalah sebagai penyuplai sumber daya.

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang semakin pesat,

begitu juga dengan perkembangan dalam dunia teknologi elektronika. Banyak

peralatan-peralatan yang bekerja dengan sistem elektronika.

Salah satu contoh perkembangan teknologi di bidang elektronika adalah

banyaknya alat-alat yang pada awalnya bekerja dengan cara manual diganti

dengan sistem otomatis. Dengan perkembangan teknologi ini dapat menekan

biaya operasional suatu peralatan-peralatan sederhana sampai peralatan-peralatan

yang cangih.

Teknologi sel surya adalah salah satu perkembangan teknologi. Teknologi

sel surya ini diharapkan mengurangi ketergantungan penyediaan sumber daya dari

pemerintah. Sistem sel surya yang dilengkapi dengan sistem elektronika sebagi

piranti pendukung, seperti pendeteksi posisi cahaya matahari dan pengendali

pengisian baterai ini dapat meningkatkan efisiensi kerja sistem.

19

1.3 Perumusan Masalah

Dalam sistem sel surya ini menggunakan modul Photovoltaic (PV). Sel

surya ini akan mengubah energi matahari menjadi energi listrik. Energi listrik ini

dapat digunakan untuk mencukupi kebutuhan penyediaan sumber energi.

Pada sistem sel surya ini dilengkapi dengan pembatas tegangan pengisian

baterai. Pembatas tegangan pengisian baterai ini membuat penyimpan energi yang

digunakan lebih aman dan awet. Sistem ini dilengkapi dengan pendeteksi posisi

cahaya. Pendeteksi posisi cahaya ini akan mencari asal dari sumber cahaya, dalam

hal ini sumber cahaya yang dimaksud adalah sinar matahari.

Dengan demikian masalah dalam pembuatan alat ini dirumuskan sebagai

berikut:

1. Cara pengkorversian dari energi cahaya menjadi energi listrik pada

sel surya secara umum.

2. Sel surya akan berputar sesuai dengan posisi cahaya (dalam hal ini

sumber cahayanya adalah sinar matahari) dengan alat pendeteksi

posisi cahaya.

1.4 Batasan Masalah

Dalam pembuatan Tugas Akhir dengan judul “Sistem Catu Daya Pada

Pemodelan Rumah Pintar Dengan Sel Surya” ini dibatasi pada masalah-masalah

sebagai berikut:

1. Sel surya yang digunakan adalah jenis silikon amorph.

2. Sebagai penggerak menggunakan motor DC.

20

3. Tegangan keluaran adalah tegangan DC (Direct Current) sebesar

12 V dari accu.

4. Arus maksimal yang dihasilkan adalah 0,5 A.

5. Sistem pemodelan rumah pintar beroperasi secara bergantian,

sehingga daya dan arus yang di butuhkan mencukupi.

1.5 Tujuan Penelitian

Secara garis besarnya tujuan pembuatan tugas akhir ini seperti terurai

sebagai berikut:

1. Mengimplementasikan sel surya sebagi sumber energi alternatif.

2. Membuat alat untuk mendeteksi posisi cahaya menggunakan

sensor peka cahaya LDR (Light Dependent Resistor).

3. Membuat alat pengisian baterai secara otomatis.

4. Memanfaatkan fungsi sinar matahari selain sebagai pengering dan

pemanas.

1.6 Manfaat Penelitian

Beberapa manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai

berikut:

1. Sebagai referensi bagi perancangan rumah pintar yang

sesungguhnya.

2. Penerapan sel surya sebagi sumber energi alternatif dalam

kehidupan sehari-hari.

21

1.7 Metodologi Penelitian

Untuk merencanakan dan membuat peralatan dari penelitian ini,

diperlukan langkah-langkah sebagai berikut:

1. Mencari dan mempelajari literatur tentang permasalahan yang ada,

cara kerja dan sekaligus cara-cara merencanakan dalam membuat

peralatan tersebut.

2. Perancangan peralatan menggunakan teori yang ada untuk

mendapatkan karakteristik yang sesuai dengan spesifikasi yang

ditentukan.

3. Pembuatan peralatan untuk setiap bagian sistem sesuai dengan

fungsi masing-masing dan diuji kesesuaiannya dengan kehendak.

Bagian tersebut selanjutnya disusun sebagai kesatuan yang utuh.

4. Pengamatan sistem dilakukan pada titik-titik uji yang penting

1.8 Sistematika penulisan

BAB I Pendahuluan

Pada bab ini berisi antara lain : judul. latar belakang yang

mendasari topik dalam tugas akhir ini, perumusan masalah,

batasan masalah, tujuan penelitian dan manfaat penelitian, serta

sistematika penulisan hasil penelitian.

22

BAB II Dasar Teori

Bab ini berisi tentang berbagai teori yang berkaitan dengan

perangkat pendukung pendeteksi posisi cahaya, pembatas

pengisian baterai dan sel surya.

BAB III Perancangan Alat

Bab ini berisi tentang perancangan komponen-komponen yang

digunakan dalam pembuatan alat sistem catu daya dengan

menggunakan sel surya, pendeteksi posisi cahaya yang

menggunakan LDR, sistem pengisian baterai.

BAB IV Rencana dan Jadwal Kegiatan

Dalam bab ini berisi rencana dan jadwal kegiatan.

BAB V Penutup

Dalam bab ini berisi tentang kesimpulan dalam pembuatan alat

ini.

23

BAB II

DASAR TEORI

Indonesia sebagai Negara tropis memiliki potensi energi matahari yang

cukup besar dengan tingkat penyinaran yang tinggi. Total intensitas penyinaran

rata-rata 4,5 kWh per meter persegi perhari. Sumber energi matahari ini dapat

digunakan untuk menggantikan sumber enersi alternatif dengan menggunakan sel

surya.

2.1 Sel Surya

Sel surya adalah suatu peralatan yang mengubah energi matahari menjadi

energi listrik arus searah (direct current). Bentuk sel surya yang paling umum

didasarkan pada efek photovoltaic.

Istilah photovoltaic berasal dari kata “photo” yang artinya cahaya, dan

“voltaic” yang artinya menghasilkan listrik, sehingga efek photovoltaic berarti

menghasilkan listrik secara langsung dari cahaya matahari. Oleh karena itu sel

surya disebut juga sel photovoltaic.

Bila cahaya matahari mengenai dua lapisan semikonduktor, maka efek

yang akan dihasilkan adalah timbulnya beda potensial diantara kedua lapisan

tersebut. Beda potensial ini akan mengalirkan arus listrik melalui suatu sirkuit luar

yang terpasang di permukaan lapisan semikonduktor [4].

24

2.1.1 Prinsip Kerja Dari Sel Surya

Susunan sebuah sel surya sama dengan sebuah dioda, terdiri dari dua

lapisan yang dinamakan PN junction [8]. PN junction itu diperoleh dengan

menodai sebatang bahan semikonduktor silikon murni (valensinya 4) dengan

impuriti yang bervalensi 3 pada bagian sebelah kiri, dan yang sebelah kanan

dinodai dengan impuriti bervalensi 5. Sehingga pada bagian sebelah kiri

berbentauk silikon tidak murni yang dinamai silikon jenis P, sedangkan yang

sebelah kanan dinamakan silikon jenis N. Di dalam silikon murni terdapat dua

macam pembawa muatan listrik, pembawa muatan positip disebut hole, sedangkan

yang negatip disebut elektron. Setelah melalui proses penodaan itu, di dalam

silikon jenis P terbentuk hole dalam jumlah yang sangat besar dibandingkan

dengan jumlah elektronnya. Oleh karena itu di dalam silikon jenis P, hole

merupakan pembawa muatan minoritas. Sebaliknya, di dalam silikon jenis N

terbentuk elektron dalam jumlah yang sangat besar sehingga disebut pembawa

muatan mayoritas.

Di dalam batang silikon itu terjadi pertemuan antara bagian P dengan

bagian N yang disebut dengan PN junction. Bila bagian P dihubungkan dengan

kutub positip dari sebuah baterai, sedangkan kutub negatipnya dihubungkan

dengan bagian N, maka terjadi hubungan yang dinamakan “forward bias ”.

Dalam keadaan forward bias, di dalam rangkaian itu timbul arus listrik yang

disebabkan oleh gerakan hole dan gerakan elektron. Arus listrik ini mengalir

searah dengan gerakan hole, tetapi berlawanan dengan gerakan elektron. Elektron

yang bergerak di dalam bahan konduktor dapat menimbulkan energi listrik yang

25

disebut sebagai arus listrik yang bergerak berlawanan arah dengan gerakan

elektron.

Bagian P dihubungkan dengan kutub negatip dari baterai dan bagian N

dihubungkan dengan kutub negatip baterai. Dengan keadaan seperti ini akan

terbentuk hubungan “reverse bias”, sehingga hole akan dapat tersambung

langsung ke kutub positip, sedangkan elektron langsung ke kutub negatip. Di

dalam PN junction tidak ada gerakan pembawa muatan mayoritas oleh gerakan

elektron atau hole. Sedangkan pembawa muatan minoritas (elektron) di dalam

bagian P bergerak, berusaha untuk mencapai kutub positip baterai, hal yang sama

dialami oleh pembawa muatan minoritas (hole) di dalam bagian N juga bergerak

menuju kutup berusaha mencapai kutup negatip baterai. Dalam keadaan reverse

bias ini, dalam PN junction juga ada arus yang timbul meskipun dalam jumlah

yang sangat kecil. Arus ini sering disebut arus bocor atau reverse saturation

current atau leakage current.

Apabila dalam keadaan reverse bias ini suhu pada PN junction dinaikkan

akan memperbesar arus bocor yang timbul. Dengan pemberian energi panas pada

PN junction akan mengakibatkan meningkatnya pembawa muatan minoritas.

Karena cahaya adalah salah satu bentuk energi, maka apabila cahaya mengenai

suatu PN junction dapat menimbulkan energi yang cukup untuk menghasilkan

pembawa muatan. Gejala ini disebut fotokonduktif.

Dalam keadaan reverse bias, dengan memperbesar intensitas cahaya yang

mengenai fotodiode dapat meningkatkan arus bocornya. Arus bocor dapat pula

diperbesar dengan memperbesar tegangan baterai (tegangan reverse), tetapi

26

penambahan arus bocor ini tidak signifikan. Apabila baterai ini digantikan beban

atau tahanan, maka pemberian cahaya itu dapat menimbulkan pembawa muatan

hole ataupun elektron. Jika iluminasi cahaya ini ditingkatkan, maka akan

menimbulkan arus yang semakin besar. Gejala ini disebut dengan efek

photovoltaic. Berdasarkan efek ini dapat diciptakan komponen yang disebut sel

surya. Gambar 2.1 menunjukkan sebuah bentuk dari sel surya.

Gambar 2.1 Sel PV Menghasilkan Listrik Bila Terkena Sinar Matahari [4].

Sel surya itu pada dasarnya adalah sebuah fotodioda yang dirancang pada

gejala photovoltaic. Silikon jenis P merupakan lapisan permukaan yang dibuat

sangat tipis supaya cahaya matahari dapat menembus langsung dan mencapai PN

junction . Bagian P ini diberi lapisan nikel yang berbentuk cicin, sebagai terminal

keluaran positip. Di bawah bagian P terdapat bagian jenis N yang dilapisi dengan

nikel juga sebagai terminal keluaran negatip.

2.1.2 Tipe Kristal Sel-sel Photovoltaic

2.1.2.1 Sel Silikon Monokristalin

Sel ini adalah teknologi PV komersil yang paling baik[4]. Sel PV

monokristalin yang beredar di pasaran rata-rata memiliki efisiensi sebesar 15%.

Arus DC

Beban listrik

foton

Lapisan tipe-n

Lapisan tipe-p

p-n junction

27

Bahan bakunya adalah polisilikon murni yang diproses dari kuarsa yang banyak

digunakan pada industri elektronika.

Polisilikon kemudian dipanaskan hingga mencapai suhu cair. Setelah itu

ditambahkan sedikit Boron untuk menciptakan bahan semikonduktor tipe-p (p

artinya positif). Agar terbentuk sel monokristalin maka dari polisilikon cair

tersebut diambil “bibit kristal”.

Selanjutnya bibit kristal ini ditumbuhkan menjadi batangan (ingot) silikon

kristalin murni yang berbentuk silindris atau balok. Ingot kristal tunggal tersebut

terbentuk pada suhu sekitar 14000C.

Ingot lalu dipotong tipis-tipis menggunakan gergaji kawat dengan

ketebalan kira-kira 3

1 mm sampai 2

1 mm. Potongan tipis ini dikenal dengan

sebutan wafer. Setelah melalui proses surface etching dan pembersihan maka

wafer-wafer itu ditempatkan di dalam sebuah oven difusi phospor untuk

menciptakan lapisan semikonduktor tipe-n (n artinya negatif) yang tipis di seluruh

permukaan sel. Kemudian pada permukaan sel sebelah atas diberi kontak listrik

dan lapisan anti-reflektif. Pada bagian bawah sel diberi bahan konduktor

aluminium yang berfungsi sebagai kontak listrik sekaligus memulihkan sifat-sifat

tipe-p dari permukaan bawah dengan menghilangkan lapisan difusi phospor. Sel-

sel itu dites lalu disortir berdasarkan output arus listriknya. Akhirnya setiap sel

dihubungkan secara elektris dengan sel yang lain dan dirakit menjadi sebuah

modul.Proses pembuatan silikon monokristalin rumit sekali sehingga harganya

lebih tinggi dari pada teknologi sel PV yang lain. Silikon monokristalin memiliki

kemurnian yang sangat tinggi dan struktur kristal yang hampir sempurna.

28

2.1.2.2 Sel Silikon Polikristalin

Sel polikristalin ini kadang disebut juga sel multikristalin. Proses

pembuatannya tidak jauh berbeda dengan sel monokristalin. Hanya saja sel

polikristalin tidak ditumbuhkan dari “bibit kristal” tunggal.

Setelah bahan polisilikon murni dipanaskan hingga mencair maka

selanjutnya cairan itu diberi boron untuk menciptakan semikonduktor tipe-p.

Kemudian polisilikon cair tersebut dituangkan ke dalam cetakan berbentuk

silinder atau balok lalu dibiarkan sampai membeku. Balok-balok polikristalin

yang sudah tercetak selanjutnya dipotong tipis menggunakan gergaji kawat

menjadi wafer-wafer polikristalin. Proses berikutnya sama dengan penjelasan

pada proses pembuatan sel monokristalin di atas.

Karena proses pembuatan sel polikristalin lebih sederhana dari pada sel

monokristalin maka harganya lebih murah. Sayangnya sel polikristalin memiliki

efisiensi yang lebih rendah rata-rata sekitar 12%. Hal ini disebabkan oleh

ketidaksempurnaan dalam struktur kristal yang dihasilkan lewat proses

pengecoran. Tekstur selnya granular. Hampir setengah dari bahan baku silikon

terbuang dalam bentuk serbuk gergaji selama proses pembuatan sel PV jenis

monokristalin dan polikristalin.

2.1.2.3 Silikon Amorph

Sel-sel silikon amorph tersusun dari atom-atom silikon dalam sebuah

lapisan homogen yang tipis dan bukannya berupa kristal. Silikon amorph dapat

menyerap sinar matahari dengan baik, sehingga sel-selnya bisa dibuat lebih tipis.

Di samping itu, silikon amorph juga dikenal dengan sebutan teknologi PV lapisan

29

tipis atau “thin film”. Silikon amorph dapat dilapiskan pada permukaan kaku

maupun fleksibel. Sel silikon amorph ideal untuk permukaan lengkung dan

modul-modul yang dapat dilipat. Namun demikian sel-sel ini memiliki efisiensi

yang lebih rendah dari pada sel-sel kristalin, umumnya sekitar 6%. Karena silikon

amorph lebih mudah diproduksi maka harganya lebih murah. Harga yang rendah

membuatnya cocok sekali untuk berbagai aplikasi khususnya bila efisiensi yang

tinggi tidak terlalu diperlukan dan biaya rendahlah yang lebih dipentingkan.

Sebagai salah satu teknologi thin film, silikon amorph dibuat dengan cara

mengendapkan silikon pada sebuah substrat kaca atau plastik dengan

menggunakan gas reaktif seperti silan (SiH4). Sel surya tipe ini biaya

pembuatannya murah.

2.1.2.4 Teknologi Lapisan Tipis (Thin Film)

Teknologi Lapisan Tipis (Thin Film) Sejumlah bahan lain yang memiliki

prospek cerah dalam pengembangan teknologi sel surya thin film adalah Cadmium

Tellurida (CdTe), Cadmium sulfida, Copper Indium Diselenida (CIS) dan Gallium

Arsenida. Sel-sel thin film bisa dipasang pada berbagai bentuk permukaan baik

yang rata maupun melengkung oleh karena itu thin film sangat fleksibel untuk

berbagai macam aplikasi.

2.1.3 Karakteristik Operasional Sel Surya

Sel surya akan berperilaku secara berbeda-beda, tergantung ukuran dan

tipe beban yang dihubungkan kepadanya [4]. Perilaku ini disebut “karakteristik”

sel surya. Karakteristik sel surya digambarkan oleh tingkat-tingkat arus dan

tegangan ketika dihubungkan dengan beban-beban yang berbeda.

30

Ketika sel tidak tersambung dengan beban apapun maka tidak ada arus

yang mengalir sehingga tegangan sel surya mencapai nilai maksimum. Ini disebut

tegangan ‘sirkuit terbuka’. Bila sebuah beban dihubungkan ke sel surya, arus yang

mengalir melalui sirkuit dan tegangan akan turun. Arusnya maksimum jika kedua

kontak dihubungkan satu sama lain secara langsung dan tegangannya adalah nol.

Arus dalam keadaan seperti ini disebut arus ‘sirkuit pendek.’

Gambar 2.2 Titik Daya Maksimum Sel Surya

Untuk melihat pada karakteristik sebuah sel surya. Hubungkanlah sel

tersebut dengan sebuah tahanan variabel, sebuah amhmeter dan sebuah voltmeter,

Jika tahanannya diubah maka arus dan tegangan akan berubah pula seperti yang

ditunjukkan oleh grafik pada Gambar 2.2. Grafik ini menunjukkan karakteristik

sebuah sel surya. Grafik ini disebut juga kurva I – V. Pengukurannya dilakukan

pada kondisi pengujian standar (Standard Test Condition – STC) dengan intensitas

cahaya 1000 W/m2 dan suhu 25

0C. Grafik ini juga menunjukkan titik daya

maksimum (maximum power point) sebuah sel. Pada titik ini (hasil perkalian

tegangan dan arus yang dihasilkan sel surya mencapai nilai maksimumnya. Titik

ini disebut juga titik daya puncak (peak power). Modul-modul sel surya yang

31

dijual di pasaran biasanya mencantumkan daya puncak pada labelnya dengan

sebutan peak watts (Wp).

Sebagaimana yang telah dijelaskan di atas, karakteristik sel surya

bergantung pada ukuran dan bahannya. Intensitas cahaya dan suhu juga

mempengaruhi karakteristik sel surya. Arus berbanding langsung dengan

intensitas cahaya. Tegangan juga berubah sejalan dengan perubahan intensitas

cahaya, tetapi perubahannya hanya sedikit. Di pihak lain tegangan lebih

dipengaruhi oleh perubahan suhu sel surya dari pada perubahan arus. Sehingga

peningkatan suhu menyebabkan penurunan tegangan sedangkan arus hanya naik

sedikit sekali.

Pengaruh perubahan intensitas cahaya dan suhu terhadap arus dan

tegangan sel surya dapat dilihat pada gambar 2.3 untuk modul surya silikon

amorph. Penurunan intensitas cahaya pengaruhnya lebih besar dari pada

peningkatan suhu. Hal tersebut berlaku juga untuk semua bahan sel surya pada

umumnya.

Kesimpulan penting dari dua efek ini adalah bahwa daya sebuah sel surya

berkurang ketika intensitas cahayanya berkurang dan atau suhunya bertambah.

Gambar 2.3 Kurva I-V Modul PV Silikon Amorph

32

2.1.4 Efisiensi Konversi Energi Matahari

Efisiensi konversi sel matahari ditunjukan dengan persamaan berikut [1]:

%100.

.x

aP

IU=η ……..…………………………………..(2.1)

dengan: η = efisiensi konversi

U = tegangan yang ditimbulkan sel surya

I = arus sel surya

P = rapat daya matahari yang jatuh pada sel surya

A =luas sel surya

2.2 Pengisi Baterai

Pengisi baterai adalah rangkaian yang dapat dipakai untuk mengisi baterai.

Dalam pengisian beterai ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, antara lain:

tegangan nominal dalam setiap sel, tegangan jepit sel dalam keadaan penuh,

batasan arus agar sel tidak cepat rusak. Kriteria-kriteria ini biasanya sudah

tercantum dalam badan baterai

2.2.1 Gagasan Pokok

Pengisi baterei yang menggunakan pengatur tegangan diskrit

diperlihatkan dalam gambar 2.4.Transisitor Q2 adalah pengikut emiter. Dengan

demikian, tegangan basisnya mempunyai satu tegangan VBE lebih tinggi daripada

tegangan keluaran pada beban. Q2 disebut sebagai transistor pelewat karena

semua arus beban mengalir melalui trasistor ini.

Pembagi tegangan mencuplik tegangan keluaran Vout dan mengirimkan

tegangan umpan balik Vf ke basis Q1. transistor ini beroperasi di daerah aktif

33

sebagia penguat linear. Tegangan umpan balik Vf mengendalikan arus kolektor

Q1. Karena tegangan keluarnya dicuplik, tegangan ini dimantapkan terhadap

perubahan-perubahan pada bati simpul terbuka, resistansi beban. Semakin besar

tegangan umpan balik ini, makin besar arus kolektor Q1.

VoutVinRs

Vz

BATTERY

12

R1

R2

Q2

1

2 3

R3

pot

13

2

Q132

1

Gambar 2.4 Rangkaian Dasar Pengisi Baterei

Seandainya tegangan Vout naik, tegangan Vf yang diumpankan

kembali ke basis Q1 lebih banyak, mengakibatkan kenaikan pada arus kolektor

Q1 yang mengalir melalui R3 dan penurunan tegangan basis Q2. Penurunan

tegangan basis pada pengikut emiter berakibat berkuarangnya tegangan keluaran.

Demikaina juga jika tegangan keluar berusaha untuk turun, tegangan basis pada

Q1 turun, tegangan basis Q2 naik, dan tegangan keluaran juga naik. Dalam kedua

kasus ini, usaha perubahan pada Vout menghasilkan perubahan keluaran yang

diperkuat dengan arah yang berlawanan. Pengaruh keseluruhannya ialah

menghilangkan hampir seluruh uasaha perubahan pada tegangan keluaran.

Tegangan acuan Vz menjadi masukan bagi emiter tahapan CB, yang

menggerakkan pengikut emiter. Tegangan keluaran Vout diterapkan pada

34

pembagi tegangan agar menghasilakn tegangan umpan balik Vf bagi basis Q1.

Bagian umpan balik adalah:

21

2

RR

RB

=≅ ............................................................................(2.2)

Bati tegangan simpul tertutup adalah:

B

ACL

1=

Atau 12

1+=

R

RACL ............................................................................(2.3)

Dengan menjumlahkan tegangan melingkari simpul masukan diperoleh

0=+−− VfVVz BE

Atau BEVVzVf += ............................................................................(2.4)

Tegangan keluarannya adalah

)( BECL VVzAVout += ...........................................................................(2.5)

2.2.2 Pembanding (comparator)

Suatu pembanding biasa menunjukkan tanda ketika tegangan masukan

melampaui batas atau ambang tertentu. Suatu pembanding jendela mendeteksi

ketika tegangan masukan berada di antara dua batas yang disebut jendela. Untuk

membuat pembanding jendela digunakan dua buah pembanding dengan dua

ambang. Suatu pambanding jendela yang dapat menghasilkan suatu tegangan

rendah ketika tegangan masukan berada di antara batas bawah dan batas atas

ditunjukkan dalam gambar 2.9. Rangkaian tersebut mempunyai sebuah LTP dan

sebuah UTP. Tegangan referensi dapat diturunkan dari pembagi tegangan, dioda

35

zener. Keluaran dari pembanding ini rendah ketika masukan berada dalam

jendela, seperti yang ditunjukkan dalam gambar 2.8.

Gambar 2.8 Keluaran Rendah Ketika Masukan Berada Dalam Jendela

Dalam gambar 2.9, trip point ditetapkan sebagai tegangan dua masukan

yaitu ketika tegangan keluaran mengubah tingkat. Trip point atas (UTP)

mempunyai nilai:

BVsatUTP += ………………..………………………..(2.6)

Nilai trip point yang lebih rendah (LTP) adalah:

BVsatLTP −= ………..………………………………..(2.7)

Gambar 2.9 Rangkaian Pembanding Jendela

36

2.2.3 Penyimpan Daya

Sebagai media penyimpan daya dapat menggunakan berbagai macam

media, diantaranya adalah baterai. Jenis-jenis baterai ada berbagai jenis, baterai

kering dan baterai basah (accu). Pada masing-masing media penyimpan daya ini

mempunyai ketentuan-ketentuan dalam pengisian ulang. Biasanya ini semua

tertera dalam badan sel atau pada kemasannya, misalnya tegangan nominal

baterai, arus pengisian. Untuk tegangan ada yang 24 V, 12 V atau 6 V. Baterai

kering ini biasanya mempunyai dimensi yang lebih kecil dibandingkan dengan

baterai basah.

2.2.4 Regulator Tegangan

Regulator tegangan ini menggunakan IC LM 78xx atau MC 78xx.

Rangkaian tegangan ditunjukkan dalam gambar 2.12. Pin 1 sebagai masukan, pin

2 adalah keluaran, dan pin 3 adalah ground. LM 7805 mempunyai tegangan

keluaran +5V dan arus beban maksimum lebih dari 1A.

Pemasangan kapasitor bypass C1 pada pin 1 berfungsi untuk meredam

osilasi yang terjadi karena induktansi kabel penghubung, sedangkan pemasangan

kapasitor C2 pada pin 2 berfungsi untuk memperbaiki respons transien pada

tegangan keluaran. Nilai yang sering digunakan adalah dari 0,1 sampai 1 µ F.

Lembar data seri LM 78xx menyarankan kapasitor masukan 0,22 µ F dan

kapasitor keluaran 0,1 µ F.

Beberapa regulator pada seri 78xx mempunyai tegangan dropout 2 sampai

3 , tergantung pada tegangan keluaran. Hal ini berarti tegangan masukan harus 2

sampai 3 V lebih besar daripada tegangan keluaran. Jika tidak, akan terjadi

37

kegagalan regulasi. Juga, terdapat tegangan masukan maksimum karena disipasi

daya yang berlebihan. Sebagai contoh, LM 7805 akan meregulasi lebih dari

kisaran masukan kira-kira 8 sampai 20 V. Lembar data dari 78xx memberikan

tegangan masukan minimum dan maksimum untuk tegangan preset lainnya.

Gambar 2.12 Rangkaian Regulator Tegangan.

2.3 Pendeteksian Posisi Cahaya

LDR (Light Dependent Resistor) digunakan sebagai sensor cahaya seperti

yang terlihat pada diagram blok dari pendeteksi cahaya seperti diperlihatkan pada

gambar 2.13

Gambar 2.13 Diagram Kotak Pendeteksi Posisi Cahaya

Cahaya yang dipancarkan oleh sinar matahari akan ditangkap oleh sensor

peka cahaya (LDR/ S1 dan S2). LDR ini akan mengubah energi cahaya dari

cahaya matahari menjadi energi listrik. Jika kedua LDR mendapat pencahayaan

yang tidak sama intensitasnya, maka akan terjadi dua buah level tegangan yang

38

berbeda. Dua buah tegangan ini kemudian dimasukkan dalam sebuah

pembanding. Keluaran pembanding ini kemudian akan menjadi masukan

pengendali putaran motor.

Pendeteksi cahaya ini akan menggerakkan sel surya ke kiri, ke kanan, ke

atas dan ke bawah, sehingga jumlah motor yang diperlukan ada dua buah motor.

Motor satu untuk menggerakkan sel surya ke kiri dan ke kanan, motor kedua

untuk menggerakkan sel surya ke atas dan ke bawah. Perputaran sel surya ini akan

mengikuti dari arah datangnya cahaya, dalam hal ini sumber cahaya adalah sinar

matahari. Sehingga akan didapatkan sudut penyinaran 90 0 atau tegak lurus

dengan sumber cahaya. Motor akan tetap berputar selama masih ada selisih pada

keluaran kedua sensor, dan akan berhenti jika kedua sensor mendapatkan keluaran

dengan nilai yang sama.

2.3.1 Sensor Cahaya

LDR merupakan sensor yang dipengaruhi oleh perbahan intensitas cahaya

yang ditangkapnya. LDR akan memiliki resistansi yang tinggi jika ditempatkan

pada tempat yang gelap, nilainya 1 mega ohm dan nilai resistansi ini akan

menurun jika ditempatkan pada tempat yang terang, nilainya sekitar ratusan ohm

[5]. Simbol dari LDR diperlihatkan pada gambar 2.14.

Gambar 2.14 Simbol LDR

39

Nilai resistansi LDR akan berubah-ubah tergantung pada perubahan

cahaya yang mengenai LDR ini. Perubahan nilai resistansi LDR berbanding

terbalik dengan terang tidaknya cahaya yang mengenainya, semakin terang cahaya

yang mengenainya, maka resistansi dari LDR akan semakin kecil dan sebaliknya.

Perubahan nilai resistansi LDR akan menyebabkan perubahan tegangan pada

LDR.

Gambar 2.15. LDR sebagai sensor cahaya

Dalam gambar 2.15 menunjukkan bahwa nilai VA akan mengalami

perubahan sesuai nilai resistansi pada LDR. Dengan menggunakan hukum

tegangan Kirchoff rangkaian pada gambar 2.15 dapat dihitung sebagai berikut:

0=+++− RbRRa VVVVsLDR

………………………………..(2.15)

Besarnya arus dapat dicari dengan persamaan:

VsRRRI bLDRa =++ )(

bLDRa RRR

VsI

++= …………………………..……(2.16)

Karena VAout V= , maka AV dapat dicari dengan persamaan berikut:

RbRA VVVLDR+=

)( RbRIV LDRA += ………………………….…….(2.17)

40

Dengan mensubsitusikan persamaan (2.16) dengan persamaan (2.17) maka akan

didapatkan:

s

bLDRa

bLDRA V

RRR

RRV

++

+= ………………………………..(2.18)

2.3.1. Driver Motor DC

Untuk dapat memutar suatu motor DC maka diperlukan suatu driver,

untuk itu digunakan IC L293D untuk mendrive motor DC (dengan gearhead)

tersebut [7]. L293D didisaian untuk dapat beroperasi dengan arus hingga 600mA

dan tegangan dari 4.5 V hingga 36 V. Komponen ini dapat menggerakkan relay,

solenoid, motor dc, motor stepper bipolar. Semua input beroperasi pada logika

TTL.

Gambar 2.16 Diagram blok dari IC L293D

Sebuah IC L293D dapat men-drive 2 buah motor DC. IC ini mempunyai 4

input (in1, in2, in3, in 4), 4 output (out1, out2, out3, out4), dan 2 enable (en1,

en2). Input dan enable tersebut bekerja sesuai dengan tabel berikut:

41

Tabel 2.1 Logika Aplikasi L293D

En1 In1 In2 Out1 Out2 Motor DC

H H H L L Diam

H H L H L Putar kiri

H L H L H Putar kanan

H L L L L Diam

L H H L L Diam

2.3.2 Motor DC

Motor DC merupakan salah satu mesin yang dapat merubah energi listrik

menjadi energi mekanik atau gerak [9]. Salah satu jenis motor DC adalah motor

DC magnet permanen. Motor DC magnet permanen pada dasarnya tersusun dari

dua bagian pokok, yaitu :

1. Rotor

Kumparan rotor atau komutator merupakan bagian motor yang bergerak

yang tersusun dari kumparan-kumparan yang diletakkan pada poros motor.

Jika dialiri arus listrik, kumparan rotor akan menghasilkan flux magnet.

2. Stator

Stator merupakan bagian motor yang diam, bagian ini terdiri dari magnet

permanen yang mempunyai dua kutub. Pada bagian ini akan dihasilkan

garis gaya magnet yang bergerak dari kutub utara ke kutub selatan magnet.

42

Motor DC magnet permanen merupakan motor dengan daya yang kecil

yang mempunyai penggunaan yang luas, antara lain sebagai servo motor pada

sistem kendali. Karena motor ini menggunakan magnet permanen untuk

menghasilkan medan magnet pada statornya, maka kuat medan magnet stator

tetap dan dengan terbatasnya medan magnet stator maka pada gilirannya akan

membatasi torsi yang dihasilkan.

Salah satu jenis motor DC yang lain adalah motor DC dengan

menggunakan gearhead. Disini kecepatan putar dari suatu motor DC dapat

dikurangi atau diperkecil. Besar pengurangan putar dari motor tersebut tergantung

besar dan banyaknya gear-gear yang dipakai.

Gambar 2.17 Lambang Motor DC Pada Rangkaian

43

BAB III

Perancangan Alat

Sistem pencatu daya yang menggunakan sel matahari ini terdiri dari

beberapa bagian, yaitu: sumber cahaya, pendeteksi posisi cahaya, sistem pengisian

baterai, penyimpan daya dan regulator tegangan. Diagram kotak sistem ini secara

keseluruhan ditunjukan pada gambar 3.1

Gambar 3.1 Diagram Kotak Sistem Pencatu Daya Dengan Sel Surya.

Fungsi dari masing-masing bagian adalah sebagai berikut:

1. Sel Surya

Berfungsi untuk mengubah energi matahari menjadi listrik arus searah.

2. Pengisi Baterai

Berfungsi sebagai pengontrol dalam proses pengisian baterai dari sel surya

agar tidak melampaui batas-batas pegisian baterai.

3. Penyimpan Daya

Berfungsi untuk menyimpan energi yang telah dikonversikan oleh sel

surya.

44

4. Regulator Tegangan

Berfungsi untuk menurunkan tegangan dari baterai.

5. Pendeteksi posisi Cahaya

Berfungsi untuk mendeteksi posisi cahaya, dalam hal ini sumber

cahayanya adalah sinar matahari.

3.1. Sel surya

Jenis sel surya yang akan dipakai dalam penelitian ini adalah silikon

amorph yang mempunyai karakteristik sebagai berikut:

1. Daya keluaran makimum (D )( peak ) = 6,5 Wp.

2. Tegangan keluaran maksimum open circuit (Voc) = 20 V.

3. Arus yang mengalir open circuit (Ioc) = 0,5 A.

3.2. Pengisi Baterai

Dalam perancangan pengisi baterei ini menggunakan pasangan darlington

sebagai transistor pelewat. Bila dalam keadaan penuh, baterei memiliki tegangan

maksimal sebesar 13,8 V. Tegangan ini dijadikan tegangan keluaran (vout). Dari

persamaan (2.5) )( BECL VVzAVout += , ditentukan nilai dari Vz sebesar 8,2 V,

maka didapat nilai A CL adalah 1,5505. Dengan nilai A CL sebesar 1,5505 ini dan

R1 1KΩ , maka nilai R2 didapat sebesar 1818,53Ω .

Nilai hambatan R2 adalah:

'22

'22

RRRpot

RRpotR

−=

+=

45

Jika R2’ ditentukan nilainya sebesar 1K2Ω , maka:

Ω=

−=

53,818

120053,1818

Rpot

Rpot

Jadi nilai potensio yang memenuhi nilai minimal tersebut adalah sebesar 1KΩ .

Jenis transistor pelewat Q3 adalah 2N3055. Transistor ini mempunyai β dc = 50,

sedangkan untuk transistor Q1 dan Q2 adalah tipe 2N3904 yang mempunyai β dc

= 100.

Gambar rangkaian pengisi baterei adalah sebagai berikut:

Q1

UMT10111

23

1

2 3

1

2 3

R1

RESISTOR

R1

R3

13

2

D1

1.5KE30CA

D21 2

R4RESISTOR

BATTERY

12

SEL SURYA

12

Gambar 3.2 Rangkaian Pengisi Baterei

3.3. Penyimpan Daya

Pada perancangan penyimpan daya menggunakan baterai timbel 12 V.

Baterai kering ini mempunyai tegangan maksimal sebesar 13,8 V, sehingga perlu

pengunaan dioda zener dengan tegangan keluaran sebesar 13,8 V, atau dengan

menggunakan dua buah dioda zener dengan masing-masing tegangannya adalah

8,2 V dan 5,6 V, seperti yang telah dijelaskan di atas. Masukan dari kutub positib

46

(+) baterai ini berasal dari kaki NO (No Connection) kotak relay. Skema pengisian

baterai kering ditunjukkan pada gambar 3.5.

Gambar 3.3 Penyimpan Pencatu Daya Dengan Baterei Kering

3.4. Regulator Tegangan

Rangkaian regulator tegangan ditunjukkan dalam gambar 3.6.

Gambar 3.4 Rangkaian Regulator Tegangan

IC regulator yang digunakan adalah LM 7805. Tegangan keluaran dari regulator

ini adalah +5 V. Nilai kapasitor pada pin 1 masukan adalah 0,22 µ F dan

kapasitor pada pin 2 keluaran adalah 0,1 µ F. Nilai-nilai kapasitor ini biasanya

telah tertera pada datasheet.

Rangkaian lengkap sistem pengisian baterai ditunjukkan dalam gambar 3.7.

47

3.5. Pendeteksi Posisi Cahaya

Pendeteksi cahaya ini terdiri dari beberapa bagian, antara lain: sensor cahaya,

penguat beda, penguat daya, penggerak. Diagram kotak pendeteksi posisi cahaya

dengan empat buah sensor cahaya (LDR), yaitu: S1, S2, S3 dan S4 ditunjukan

dalam gambar 3.8.

3.5.1. Sensor Cahaya

Sensor cahaya yang digunakan adalah LDR. LDR ini akan mengubah

cahaya menjadi besaran listrik. LDR mempunyai hambatan ± 1 MΩ pada saat

keadaan gelap dan nilai hambatannya akan mengecil bila berada pada tempat yang

terang.

Nilai resistansi dari LDR ini akan berubah-ubah tergantung pada

perubahan intensitas cahaya yang mengenainya. Perubahan nilai resistansi LDR

ini berbanding terbalik dengan terang tidaknya cahaya yang mengenainya,

semakin terang cahaya yang mengenainya, maka resistansi dari LDR ini akan

semakin kecil dan sebaliknya. Perubahan nilai resistansi ini akan mengakibatkan

perubahan tegangan pada LDR

Tegangan output (Va1=Va2) dicari dengan persamaan sebagai berikut:

0=+++− RbLDRRa VVVVs

Karena,

RaA

ARa

ARbLDR

VVsV

VVVs

VVV

−=

+=

=+

48

Gambar 3.6 Rangkaian Dua Buah Sensor LDR

Gambar 3.6 menunjukkan rangkaian sensor cahaya yang menggunakan

dua buah sensor cahaya / LDR. Nilai dari V_Out akan berubah-ubah mengikuti

perubahan V LDR .

Tegangan antara dua buah sensor adalah:

VsRRa

RoutV

LDR

LDR

+=_

3.6. Pembanding

Keluaran V_o1 dan V_o2 memiliki selisih, yang selanjutnya selisih

tegangan ini akan dimasukkan dalam pembanding. Pembanding ini akan

membandingkan kedua tegangan antara V_In dan UTP atau LTP. Pembanding

menggunakan penguat operasional LM 358. Keluaran dari pembanding ini

menjadi masukan pada pengendali arah putaran motor. Rangkaian pembanding

ditunjukkan dalam gambar 3.7.

Rangkaian pembanding ini menggunakan IC Op-Amp LF 358. Apabila

tegangan V_in lebih besar dari UTP, maka Op-Amp yang bekerja adalah Op-Amp

yang bawah. Pada keadaan ini V_o2 memiliki tegangan sedangkan V_o1 tidak

49

memiliki tegangan. Apabila V_in lebih kecil daripada LTP maka yang bekerja

adalah Op-Amp atas, maka V_o1 akan memiliki nilai tegangan, sedangkan

tegangan pada V_o2 adalah nol.

+6 V

V_In

V_O1

V_O2

R11K

R2

POT

13

2

R3

POT

13

2

+

-

U1A

OP-14

3

21

84

+

-

U2A

OP-14

3

21

84

UTP

LTP

Gambar 3.7 Rangkaian Pembanding

3.7. Pengendali Arah Putaran Motor

Pengendali arah putaran motor DC yang digunakan disini adalah IC

L293D. IC ini mampu menggerakkan suatu motor DC dengan arus keluaran

mencapai level maksimum 1,2 A. dan hanya dengan masukan arus input

minimum 0,1 mA untuk masukan nilai tinggi (high). Kesemua nilai-nilai tersebut

terdapat pada datasheet masing-masing komponen. Rangkaian Pengendali Arah

Putaran Motor DC Menggunakan IC L293D ditunjukkan dalam gambar 3.8.

Motor DC akan berputar ke kanan jika masukan 1 pada driver sebesar

6,99 V dan masukan 2 sebesar 5,8 V. Motor DC akan berputar ke kiri jika

masukan 1 sebesar 5,88 V dan masukan 2 sebesar 6,99 V. Motor akan diam jika

50

kedua masukan diberi tegangan 6,99 V atau 5,8 V. Hal yang sama juga berlaku

untuk motor DC yang kedua. Hal ini berdasarkan pada tabel 2.1.

Gambar 3.8 Rangkaian Pengendali Arah Putaran Motor DC Menggunakan IC L293D

Rangkaian lengkap pendeteksi posisi cahaya menggunakan LDR ditunjukkan

dalam gambar 3.9.

. +6V

+6V

+6V

+6V

+6V

+6V

+6V

+

-

U2A

LM358

3

21

84

POT

13

2

POT

13

2

+

-

U1A

LM358

5

67

84

POT

13

2

R6

1K

R7

1K

R8

1K

R9

1K

R10

1K

POT

13

2

MOTOR DC_1

12

MOTOR DC_21

2

LDR_1

LDR_2

LDR_3

LDR_4

+

-

U1A

LM358

3

21

84

+

-

U2A

LM358

5

67

84

R5

1K

U8

L293D

2710

91

141163

15

8

4 512

13

16

In1In2In3

En2En1

Out4Out3Out2Out1

In4

Vs

GND4

GND1

GND3

GND2

Vss

A

A2

D

B

C

B2

C2

E

D2

E2

gambar 3.9 rangkaian pendeteksi posisi cahaya beserta test point nya

51

BAB IV

Analisis Hasil Pengukuran Dan Pembahasan

Pengamatan pada sistem catu daya dengan sel surya ini dilakukan

perbagian, yaitu: sistem pengisian baterei dan sistem pendeteksian posisi cahaya.

4.1 Hasil Pemgamatan Pada Sel Surya

Berdasarkan data (max) yang diperoleh mempunyai tegangan max yang

dihasilkan adalah sebesar +18 V dan arus sebesar 450 mA. Sel surya ini

mempunyai ukuran 25 cm x 25 cm, sehinga efisiensi konversinya adalah:

%105,34

%100)25,0.25,0.(380

45,0.18

%100.

.

=

×=

×=

η

η

ηaP

IU

Dengan efisiensi sebesar 34,105 % ini menunjukkan bahwa energi matahari yang

diubah menjadi energi listrik adalah 34,105 % dari seluruh energi matahari yang

ditangkap sel surya.

Sedangkan data yang terdapat pada sel surya tegangannya adalah +20 V ,

arusnya adalah 500 mA dan dayanya adalah 6,5 Watt. Dari perbandingan ini

terdapat perbedaan , tetapi perbedaan ini tidak terlalu besar nilainya.

Tabel 4-1 Data Pada Saat Sel Surya Terhalang

Percobaan Arus (mA) Tegangan (V)

1 120 4,4

2 119 4,6

3 122 4,6

52

Pada saat sel surya terhalang, maka tegangannya akan turun begitu juga

dengan arusnya. Tegangan yang dihasilkan pada saat sel surya terhalang adalah +

4,5V dan arusnya 120 mA. Sesuai dengan tabel 4-1.

4.2 Hasil Pengamatan Pada Pengisian Baterei

Pengamatan pada bagian pengisian baterei ini adalah perubahan arus dan

tegangan baterei pada saat proses pengisian baterei. Data hasil pengamatan pada

rangkaian pengisian baterei dapat dilihat pada tabel 4-2.

Tabel 4-2 Data pengamatan pada sistem pengisian baterei

No.

Jam

Arus

Pengisian (mA)

Tegangan

Baterei (V)

Waktu

(menit)

1. 09.00 450 0 0

2. 09.30 400 1 30

3. 10.00 355 2 60

4. 10.35 305 3 95

5 11.05 272 4 120

6 11.30 240 5 145

7 11.55 221 6 165

8 12.30 210 7 200

9 13.05 176 8 235

10 13.30 155 9 260

11 14.00 123 10 290

12 14.30 110 10,5 320

13 15.00 90 11 350

14 15.20 75 11,5 370

15 15.45 62 12 390

16 09.40 60 12 390

17 10.33 47 12,5 445

18 11.50 40 13 522

19 13.20 35 13,5 612

20 14.55 0 13,7 707

Dari tabel 4-2 dapat dilihat bahwa hubungan antara tegangan baterei

dengan arus pengisian baterei adalah berbanding terbalik. Pada saat tegangan

53

baterei mencapai nilai maksimal, maka arus pengisian baterei adalah nol.

Sedangkan pada saat tegangan baterei nol, maka arus pengisian baterei mencapai

nilai maksimal. Pada pengujian ini baterei yang digunakan adalah baterei kering

+12 Volt. baterei ini akan mencapai keadaan maksimal pada tegangan +13,8 Volt.

Dari pengujian ini tegangan baterei pada saat kosong, tegangannya adalah nol, dan

tegangan ini akan naik sampai mencapai nilai maksimal. Kenaikan tegangan

baterei dari nol sampai +12 Volt berlangsung cepat. Tetapi dari +12 Volt sampai

+13,7 Volt berlangsung agak lama. Dari tabel 4-2 dapat dibuat grafik sebagai

berikut.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 100 200 300 400 500 600 700 800

waktu (menit)

arus (mA)

Gambar 4.1 hubungan antara arus pengisian dengan Waktu

Dari gambar 4.2 dapat dilihat bahwa apabila baterei sudah dalam keadan

penuh maka arus pengisiannya adalah nol dan waktu yang diperlukan untuk

mengisi baterei sampai penuh dengan sel surya ini adalah 707 menit.

54

Grafik yang menunjukkan hubungan waktu yang di perlukan dalam

pengisian dan tegangan baterei pada saat pengisian diperlihatkan dalam grafik

berikut:

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 100 200 300 400 500 600 700 800

waktu (menit)

tegangan catu (V)

Gambar 4.2 Hubungan Antara Waktu Pengisian Dengan Tegangan Baterei

Dari gambar 4.2 dapat dilihat bahwa tegangan puncak baterei adalah 13,7

V. Waktu untuk dapat mencapai tegangan puncak ini adalah 707 menit.

4.3 Hasil Pengamatan Pada Pendeteksi Posisi Cahaya

Pendeteksian posisi cahaya menggunakan LDR ini dirancang untuk dapat

bergerak dan mencari letak sumber cahaya. Pengujian dilakukan pada test point D,

E, D2 dan E2. Sesuai dengan gambar 3.9.

Tabel 4-3 data pendeteksi posisi cahaya pada saat motor dalam keadaan diam

Test point Op-Amp 1 Op-Amp 2

V- (volt) 5,37 4,12

V+ (volt) 5,25 5,35

Vo (volt) 4,67 4,67

Vmotor (volt) 0 0

55

Tegangan sumber (Vcc) yang digunakan adalah +6 Volt. Saat dalam keadaan

diam tegangan output pada driver motor adalah nol. Hasil data percobaannya

adalah seperti pada tabel 4-3. Pada saat keadaan diam ini tegangan keluaran (Vo)

pada kedua Op-Amp adalah sama sehingga tidak ada tegangan selisih. Hal ini

akan mengakibatkan tegangan keluaran pada driver motor adalah nol. Maka motor

akan diam. Apabila salah satu LDR terkena cahaya maka akan menimbulkan beda

tegangan pada masukan Op-Amp yang akan mengakibatkan bergeraknya motor

DC. Data hasil percobaannya seperti pada tabel 4-4 berikut:

Tabel 4-4 Data pendeteksi posisi cahaya pada saat motor dalam keadaan bergerak

Test point Ke Atas Ke Bawah Ke Kiri Ke Kanan

D (volt) -0,02 4,63 0,02 0,03

E(volt) 4,60 -0,03 0,02 0,02

D2(volt) 0,02 0,02 -0,03 4,60

E2(volt) 0,03 0,03 4,63 -0,03

Vmotor (volt) 5,82 5,83 5,80 5,82

Pendeteksi posisi cahaya ini menggerakkan sel surya ke kanan, ke kiri, ke

bawah dan ke atas. Apabila LDR1 yang terkena cahaya, maka yang aktif adalah

Op-Amp 1. Dilihat dari data hasil percobaan titik B memiliki tegangan 4,6 volt

sedangkan untuk titik E teganganya mendekati nol, sehingga akan menggerakkan

motor_1 bergerak ke atas. Sebaliknya jika yang terkena cahaya adalah LDR2

maka yang aktif adalah Op-Amp 2. Dari hasil percobaan titik D tegangannya

mendekati nol dan untuk titik E tegangannya adalah 4,6 volt, sehingga akan

menggerakkan motor_1 ke bawah.

Apabila LDR3 terkena cahaya, maka yang aktif Op-Amp 3. Dilihat dari

hasil percobaan tegangan D2 mendekati nol dan E2 sama dengan 4,63 volt, maka

56

motor_2 akan bergerak ke kanan. Sebaliknya jika yang terkena cahaya adalah

LDR4 maka yang aktif adalah Op_Amp 4. Dari hasil percobaan titik D2

tegangannya mendekati nol dan untuk titik E tegangannya adalah 4,60 volt,

sehingga akan menggerakkan motor_2 ke kiri.

57

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Berdasarkan hasil pembuatan alat dan pengujian yang dilakukan hasil dari

perancangan tentang cara kerja alat sama dengan hasil pengujian yaitu:

1. Sel surya dapat bekerja apabila mendapatkan penyinaran matahari secara

langsung.

2. Motor DC akan bergerak apabila kedua keluaran dari Window comparator

mempunyai beda tegangan.

3. Arus pengisian baterei berbanding terbalik dengan waktu yang diperlukan.

5.2 SARAN

1. Sistem catu daya yang telah dibuat ini masih perlu pengembangan

misalnya dengan penambahan daya yang dihasilkan, sehingga bisa

diterapkan secara nyata.

2. sistem pengendaliannya masih bersifat analog dan bisa digantikan dengan

menggunakan sistem mikrokontroler.

58

Daftar Pustaka

[1] Abdul Kadir, 1995, Energi, Edisi kedua, Penerbit Universitas Indonesia,

Jakarta

[2] Malvino, 1984, Prinsip-Prinsip Elektronika, Edisi ketiga Penerbit Erlangga,

Jakarta.

[3]George Clayton dan Steve Winder, 2005, Operational Amlifiers, Edisi

Kelima, Erlangga, Jakarta.

[4] http://www.geocities.com/dnewguinea.

[5] http://www.technologystudent.com/elec1/ldr1.htm

[6] http://www.hint.no/utdanninger/iu/linker/datablad/NSL19_M51(LDR).pdf

[7] http://www.alldatasheet.com.

[8] http://www.wikipedia.com.

[9] http://en.wikipedia.org/wiki/electric_motor