Rancang Bangun Battery Charger On/ Off Regulator Sebagai Sumber Listrik Pompa Air

www.jurnalpa.eepis-its.edu

Jurnal

Teknik Elektro Industri Vol.2, No.2, 2013

Elektro PENS

Politeknik Elektronika Negeri Surabaya

Rancang Bangun Battery Charger ON/OFF Regulator Sebagai Sumber Listrik Pompa Air 1

2

3

A. Erfan Prihadana , Ir. M. Zaenal Efendi , MT, Novie Ayub W. ST. MT. PhD . 1 Mahasiswa

D3 Jurusan Teknik Teknik Elektro Industri 2 Dosen Pembimbing Pembimbing 3 Dosen Pembimbing Pembimbing Program Studi Studi D3 Teknik Elektro Industri Industri Departemen Teknik Elektro Elektro Politeknik Elektronika Elektronika Negeri Surabaya Surabaya Kampus PENS, PENS, Jalan Raya ITS Sukolilo, Surabaya Surabaya 60111 Tel: (031) 594 7280; Fax: (031) 594 6114 Email:[email protected] Email:[email protected], u, [email protected], [email protected], [email protected] [email protected]

Abstrak

Energi surya merupakan energi alternatif yang sangat baik untuk perkembangan energi di Indonesia. Untuk mengubah energi matahari menjadi energi listrik diperlukan solar panel. Energi listrik yang dihasilkan oleh solar panel disimpan melalui media penyimpan energi berupa baterai. Proses pengisian energi listrik ke baterai melalui alat battery charger. Pengisian baterai yang terus menerus mengakibatkan baterai cepat rusak sehingga diperlukan suatu pemutus bila baterai telah mencapai keadaan penuh. Keadaan penuh ini berdasarkan nilai arus pengisian baterai. Kontrol pengisian baterai ini menggunakan metode konstan tegangan. Metode ini dikontrol melalui PWM (Pulse Wave Modulation) dengan feedback berdasarkan sensor tegangan. Metode yang yang digunakan mengisi Baterai yaitu yaitu Constant Voltage menggunakan Boost Converter Converter sebagai Battery Charger Charger dan Charging Breaker Breaker sebagai sebagai Pemutus aliran arus charger. Pemutus yang digunakan pada sistem menggunakan relay. Sistem yang diteliti telah mengisi baterai berdasarkan tegangan set. Tegangan charging dan arus charging maksimal yang digunakan untuk mengisi baterai dengan kapasitas 28.2 V dan 10 A. Charging breaker telah bekerja ketika arus pengisian mencapai 0.5 Ampere. Kata kunci: kunci: Boost Boost Converter Converter,Batte ,Battery ry Char Charger ger,Cha ,Chargin rging g Breaker Breaker,Puls ,Pulsee Wave Wave Modu Modulati lation on

1. Pendahuluan

Untuk memperoleh sumber energi listrik di daerah terpencil di Indonesia sangat sulit. Saat ini energi listrik sangat bermanfaat dan memudahkan manusia untuk beraktifitas sehari-hari apalagi di daerah terpencil seperti misalnya untuk penerangan di malam hari atau memenuhi kebutuhan air dan irigasi dengan pompa air. Solusinya adalah memakai energi yang ada dan merubahnya menjadi energi listrik. Penggunaan bahan bakar fosil selain biayanya mahal, juga kurang ramah lingkungan. Salah satu energi yang

dapat dipertimbangkan adalah energi matahari. Selain cocok dengan iklim tropis di Indonesia dimana matahari bersinar sepanjang tahun, energi ini merupakan energi terbarukan, bersih dan ramah lingkungan. Indonesia memiliki rata-rata intensitas radiasi matahari sebesar 1000 watt/m2 sebab Indonesia terletak di daerah khatulistiwa. Fotovoltaik adalah alat yang secara langsung merubah energi matahari menjadi energi listrik, agar lebih efisien energi listrik dari fotovoltaik disimpan di dalam baterai sehingga dapat digunakan sewaktuwaktu pada saat kondisi mendung atau malam hari

Trusted by over 1 million members

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.





Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.2, No.2, 2015

dimana sinar matahari tidak ada. Peralatan listrik seperti penerangan dan pompa air di Indonesia kebanyakan memakai standar tegangan AC 220 Volt dan frekuensi 50 Hz, sedangkan listrik yang dihasilkan oleh fotovoltaik adalah tegangan DC. Untuk mendapatkan listrik sesuai spesifikasi peralatan listrik yang digunakan maka dipakai inverter. Blok diagram sistem digambarkan pada Gambar 1.1 di bawah.

Gambar 2.1 P-N Junction pada Sel Surya 1

Sambungan dua semikonduktor berbeda tipe tersebut akan membentuk depletion layer yang menghasilkan medan listrik, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 P-N Junction1

Gambar 1.1 Blok Diagram Sistem

Dalam pembuatan proyek akhir ini penulis memperoleh beberapa referansi dari [1]. Asnawi, ”Modul Pengujian, Pemeliharaan/servis, dan Penggantian Baterai”. Baterai”. [2]. Castro, Antonio. (2009, Juni). Introduction Juni). Introduction to Solar Technologies. Technologies . Instructor of Physics & Engineering, hal 23Hasibuan, Rusli. “Menanam di Bukit Kapur.” http://www.duniatani.or.id/riset/rusli/palawija_jengkol .html (diakses tanggal 12 Juni 2003) [3]. Ir. M. Zaenal Efendi, MT, DC-DC MT, DC-DC CONVERTER, EEPIS-ITS, 2009.

2.2 Boost Converter Konverter boost adalah konverter DC- DC jenis penaik tegangan atau step up. Konverter boost mampu menghasilkan nilai tegangan keluara n sama atau lebih besar dari tegangan masukkannya. Konverter boost dapat menaikkan tegangan tanpa membutuhkan trafo. Karena hanya menggunakan satu buah semikonduktor, konverter boost memiliki efisiensi yang tinggi. Pada Gambar 2.4 ditunjukkan rangkaian dari konverter boost.

2. Metode 2.1 Sel Surya Sel surya merupakan suatu sel yang terbuat dari semikonduktor dan berfungsi untuk mengonversi cahaya matahari menjadi energi listrik melalui selnya. Pada dasarnya sel surya terdiri dari dua jenis semikonduktor, yaitu semikonduktor tipe-n yang kelebihan electron yang bermuatan negatif dan semikonduktor tipe-p yang kelebihan hole yang bersifat positif seperti Gambar 2.1.

Gambar 2.4 Rangkaian Dasar Konverter Boost .

2

2.2.1 Analisa Untuk Switch Terbuka Rangkaian ketika switch terbuka seperti pada Gambar 2.5 di bawah: bawah:

Gambar 2.5 Rangkaian Boost Kondisi Terbuka 2






∆ () ) 

( ) () 

2 ) ( 2.1



( 2.1 )

Analisa Untuk Switch Tertutup Rangkaian seperti pada Gambar 2.6 di bawah.

Gambar

Gambar 2.6 Rangkaian Boost Kondisi Tertutup

2

Penyelesaian untuk ∆L untuk switch tertutup adalah :

∆ ( () ) 

  

( 2.2 )



Untuk operasi steady state maka :

∆ () )  ∆ () )        



(   ) ( (  )  



 ( 2.3 )

 Keterangan :  = Tegangan input  = Tegangan output L = Induktansi lilitan  

= Perubahan arus magnetisasi tiap satuan waktu

 = Duty cycle  = Periode 2.3 Baterai terai Baterai sebagai sumber tenaga pada beberapa beban dctegangan dc Adapun konstruksi, kegunaan dan kapasitas baterai. Baterai terdiri dari beberapa komponen komponen antara lain : Kotak baterai, terminal baterai, elektrolit baterai, lubang elektrolit baterai, tutup baterai dan sel baterai. Dalam satu baterai terdiri dari beberapa beberapa sel baterai, tiap sel menghasilkan tegangan 2 - 2,2 V. Baterai 6 V terdiri dari 3 sel, dan baterai 12 V mempunyai 6 sel baterai yang dirangkai secara seri. Gambar 2.7 merupakan konstruksi baterai.

3 2.7 Konstruksi Baterai

2.4 Metode Pengisian Baterai Basah Basah (lead-acid Battery) Pada proyek akhir ini menggunakan metode constant voltage adalah untuk mengisi baterai dengan menggunakan metode Constant Voltage diantara terminal baterai. Baterai kering dapat mengalami over-charged tanpa dikontrol menggunakan constant voltage. Ketika baterai mengalami over- charged, air didalam elektrolit terurai oleh elektrolisis untuk menghasilkan gas oksigen yang banyak daripada apa yang bisa diserap oleh elektroda negatif. Elektrolit diubah menjadi gas oksigen dan gas hydrogen dan hilang dari sistem baterai. oleh karena itu, kontrol tegangan yang pasti dan waktu pengisian yang tepat dalam metode pengisian constant voltage sangat penting untuk menjaga life time yang diharapkan diharapkan dari baterai. Pengaturan yang benar dari tegangan pengisian sangat penting dan berkisar dari 2,302,45V per per cell. Hal Hal ini juga memiliki memiliki efek apabila diterapkan pada baterai lead-acid dengan kapasitas kecil seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.1 yang merupakan tabel tabel efek yang ditimbulkan dalam dalam pemilihan rating tegangan charging pada baterai dengan masing-masing keuntungan dan kekurangan. Tabel 2.1 Efek Rating Tegangan Charging Baterai per Cell

2,30-2,35 V/sel

2,40-2,45 V/sel






Usia penggunaan maksimum

Waktu pengisian lebih cepat

Baterai tetap dingin suhu pengisian dapat melebihi 30 C

Tingkat sulfasi rendah

Keuntungan

Gambar 3.2 Bentuk Gelombang penyulutan Rangkaian Boost Converter pada pin Gate-Source MOSFET(D=30%) Volt/div : 10 V, Time/div:10us

Kapasitas lebih tinggi dan stabil

Waktu pengisian lambat Kerugian

3.

Kapasitas bacaan mungkin tidak konsisten dan menurun dengan setiap siklus

Mudah Korosi dan menimbulkan gas. Tidak cocok untuk pengisian pada suhu ruangan yang tinggi

Hasil

3.1 Pengujian Boost Converter Open Loop Pengujian rangkaian boost converter bertujuan untuk mengetahui kinerja dari rangkaian boost yang telah d idesain dan dibuat. Gambar 3.1 dan Gambar 3.2 merupakan bentuk gelombang penyulutan rangkaian boost converter dengan duty cycle 30%.

Gambar 3.3 Bentuk Gelombang Drain-Source MOSFET Boost Converter (D=30%) Volt/div : 10 V, Time/div:10us Dari Gambar 3.3 terlihat bahwa tegangan spike yang dihasilkan memiliki nilai yang tidak terlalu tinggi. Jadi, dapat dimungkinkan desain rangkaian snubber yang digunakan pada boost converter sudah cukup baik. Dari Gambar 3.3 juga dapat diketahui bahwa rangkaian boost converter telah bekerja. Dimana ciri-ciri boost converter bekerja yaitu terjadinya bentuk gelombang osilasi sebelum gelombang Drain-Source menyentuh nilai nol. Bentuk gelombang tegangan keluaran boost converter ditunjukkan pada Gambar 3.4.

Gambar 3.1 Bentuk Gelombang penyulutan Rangkaian Boost Converter (D=30%) Volt/div : 10 V, Time/div:10us

Gambar 3.4 Bentuk Gelombang Tegangan Keluaran Boost Converter (D=30%)






Dari Gambar 3.4 dapat diketahui bahwa tegangan keluaran yang dihasilkan oleh rangkaian boost converter berupa tegangan DC murni sebesar 25.5V. Hasil pengujian rangkaian Boost Converter dengan tegangan masukan sebesar 15V dan dutycycle yang berubah-ubah ditunjukkan pada Tabel 3 .1.

Kurva Arus Charging 12 10 ) 8 A ( s 6 u r A 4

2 0

Tabel 3.1 Hasil Pengujian Rangkaian Boost Converter Rangkaian Open Loop Beban Lampu 100W

Duty Cycle (%)

Vin (V)

30

15

1,045

25,5

0,51

84

40

15

1,520

29,9

0,65

86

50

15

1,942

38,8

0.66

87

60

15

2,545

45,4

0,71

85

70

15

2,945

51,0

0,76

88

Iin (A)

Vout (V)

Iout (A)

Effisiensi (%)

Berdasarkan Tabel 3.1 Efisiensi yang dihasilkan pada pengujian rangkaian boost converter semakin besar apabila dutycycle yang digunakan semakin menaik. Hal ini dimungkinkan karena proses pembuatan induktor yang kurang baik dan banyaknya b anyaknya rugi-rugi komponen sehingga menyebabkan efisiensi boost converter menurun. Dari data percobaan rangkaian boost converter secara fungsional telah bekerja dengan baik. 3.2 Pengujian Baterai dan Penentuan Batas Arus Charging Pengujian ini untuk menentukan batas arus charging melalui suatu kurva charging baterai. Untuk menentukannya dilakukan pengisian baterai melalui DC Power Supply dengan metode konstan tegangan pada nilai 28,2V. Sehingga diperoleh nilai kurva arus charging seperti ditunjukkan Gambar 3.5 di bawah.

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 6 9 2 5 8 1 4 7 0 3 6 9 2 1 1 1 2 2 2 3 3 3 3 4

Waktu ( Menit)

Gambar 3.5 Kurva Arus Charging

Pada Gambar 3.5 diperoleh nilai arus pada start awal mulai terisi dan grafik naik drastis dimana pengisian dilakukan secara maksimal. Ketika grafik menurun maka terlihat pada posisi 0,5 Ampere arus charging konstan. Ini menunjukkan baterai telah terisi penuh. Sehingga pada proyek akhir kali ini discharge didasarkan pada kurva arus charging ini. Untuk membuat baterai aman dan tidak terjadi overcharge maka relay atau pemutus charger akan aktif ketika arus charging baterai sebesar 1 Ampere. 3.6 Pengujian Seluruh Sistem Pengujian ini dilakukan untuk mengamati performa sistem apakah sistem yang telah dirancang dan dibuat telah bekerja dengan baik sesuai yang telah direncanakan diawal yaitu sebagai pengisi baterai 24 V dengan kapasitas arus 100 Ah. Pengujian dilakukan dalam keadaan mendung dengan tegangan charging yang digunakan sebesar 25,2 V. Tegangan charging yang digunakan tidak sesuai dengan rencana awal yaitu 28,2 V, hal ini dikarenakan tegangan charging yang digunakan menyesuaikan dengan arus charging baterai yang digunakan yaitu maksimal 10A. Arus charging yang digunakan 2A diakibatkan adanya keterbatasan sistem yang telah diuji hanya mampu mengeluarkan arus output sebesar 2A dan keterbatasan cahaya pada waktu pengujian dan intensitas cahaya matahari berubah-ubah. Gambar 3.6 merupakan grafik pengambilan data charging baterai dengan parameter yang diamati yaitu perubahan arus charging terhadap waktu charging. Pengujian waktu charging mencapai






Arus Charging Baterai Cuaca Mendung

2

) e r e p m1 A ( s u r A0

0

5

Waktu 10 (Menit) 15

20

Gambar 3.6 Grafik Charging Baterai Cuaca Mendung

Dari hasil Gambar 3.6 menunjukkan karakteristik arus charging baterai pada saat dicharging dengan tegangan charging sebesar 25.2V dimana arus charging lama kelamaan akan semakin turun dan baterai akan terisi penuh. Arus charging di atas masih dalam toleransi arus charge maksimal baterai karena masih dalam range 10% dari Ah baterai. Tabel 3.2 merupakan hasil pengujian tegangan baterai sebelum di-charging dengan sistem dan sesudah di-charging dengan sistem . Tabel 3.2 Hasil Pengujian Sistem Untuk Charging Charging Baterai Tegangan Baterai Sebelum Di-Charging

Tegangan Baterai Sesudah Di-Charging

waktu 7 jam. Kekuatan daya pada solar sel sangat bergantung pada tingkat intensitas cahaya matahari dan mempengaruhi nilai arus charge pada baterai. Tegangan charge yang diatur konstan menyebabkan nilai dari arus dapat mencapai peak dari perencanaan charger dan arus tidak menentu. Untuk penelitian ke depan diharapkan dapat mengatur arus dan tegangan secara berkala untuk mencapai pengisian secara baik dan memperoleh nilai waktu yang singkat. Penelitian ini dapat juga ditambahkan suatu metode monitoring melihat kondisi baterai atau level baterai.

5. Kesimpulan

Setelah dilakukan proses perencanaan, pengujian, analisa data dan membandingkan dengan teori-teori penunjang, maka dapat disimpulkan bahwa : 1. Tegangan charging baterai yang digunakan sebesar 25.2V untuk menghasilkan arus charging baterai maksimal 2 A dalam keadaan mendung. 2. Sistem yang dibuat dapat digunakan untuk mengisi baterai 2 buah dengan kapasitas arus 100Ah dengan arus charging maksimal 3 A. 3. Arus charging sebesar 3 Ampere masih dalam batas toleransi yaitu 10 % arus charge dari kapasitas baterai sebesar 10 Ampere.

6. Ucapan Terima Kasih

Dari hasil Tabel 3.2 dapat dilihat Tegangan baterai sebelum di charging bernilai 2 2.83V. Setelah diisi melalui proses seperti Gambar 3.6, tegangan baterai meningkat mencapai 24.23 V. Dari hasil pengujian dapat disimpulkan bahwa sistem yang digunakan telah bekerja secara fungsional untuk mengisi baterai. 4. Diskusi

Dari hasil yang diperoleh melalui pengujian

Dengan penuh rasa syukur kehadirat Allah SWT dan tanpa menghilangkan rasa hormat yang mendalam, saya selaku penyusun dan penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada pihak- pihak yang telah membantu penulis untuk menyelesaikan proyek akhir ini, penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1. Allah SWT, karena perlindungan, pertolongan dan ridho-Nya saya mampu menyelesaikan Proyek Akhir ini serta hamba-Nya yang termulia Nabi Besar Muhammad SAW. 2. Untuk Ibu, Ayah, Mbak Rizky dan Mas Erlan tercinta yang selalu memberi dukungan dan mendoakan.








4. Bapak Novie Ayub Windarko, ST, MT, Ph.D. Selaku Ketua Departemen Elektro PENS. 5. Bapak Ir. Sutedjo, Sutedjo, MT selaku Ketua Program Studi DIII Teknik Elektro Industri PENS. 6. Bapak Ir. Zaenal Efendi, MT dan Bapak Novie Ayub W. ST, MT, Ph.D Ph.D selaku dosen pembimbing proyek proyek akhir saya. saya. 7. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen yang telah membimbing dan membekali ilmu kepada penulis selama penulis menempuh pendidikan di kampus tercinta ini, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya (PENS). 8. Teman-teman D3 Elin B 2011 yang telah memberikan dukungan langsung dan tidak langsung atas terselesainya proyek akhir ini.

9. Semua pihak yang yang telah membantu penulis hingga terselesainya proyek akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan.

Referensi [1] Castro, Antonio. (2009, Juni). Introduction Juni). Introduction to Solar Technologies. Technologies. Instructor of Physics & Engineering, hal 23Hasibuan, Rusli. “Menanam Jengkol di Bukit Kapur.” http://www.duniatani.or.id/riset/rusli/pal http://www.duniatani.or.id/riset/rusli/palawija_jengkol.html awija_jengkol.html (diakses tanggal 12 Juni 2003) [2] Ir. M. Zaenal Efendi, MT, DC-DC MT, DC-DC CONVERTER, CONVERTER, EEPIS-ITS, 2009. [3] Asnawi, ”Modul Pengujian, Pemeliharaan/servis, Pemeliharaan/servis, dan Penggantian Baterai”.

[4] www.batteryuniversity.com/learn/article/charging_the_ lead_acid_battery diakses pada tanggal 28/03/2014.

Rancang Bangun Battery Charger On/ Off Regulator Sebagai Sumber Listrik Pompa Air

Recommend Documents