SKRIPSI
RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL CATU DAYA
HIBRIDA PLTS-PLN UNTUK BEBAN 500 WATT
AGUSTA SURYA LAKSMANA
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA
BUKIT JIMBARAN
2015
i
SKRIPSI
RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL CATU DAYA
HIBRIDA PLTS-PLN UNTUK BEBAN 500 WATT
AGUSTA SURYA LAKSMANA
NIM. 1104405039
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA
BUKIT JIMBARAN
2015
ii
RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL CATU DAYA HIBRIDA PLTS-
PLN UNTUK BEBAN 500 WATT
Skripsi Diajukan Sebagai Prasyarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana S1 (Strata 1)
pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana
AGUSTA SURYA LAKSMANA
NIM. 1104405039
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA
BUKIT JIMBARAN
2015
iii
v
UCAPAN TERIMAKASIH
Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena
atas rahmat-Nya penyusunan tugas akhir / skripsi dengan judul “Rancang
Bangun Sistem Kontrol Catu Daya Hibrida PLTS-PLN Untuk Beban 500
Watt” ini akhirnya dapat terselesaikan. Berbagai tantangan dan hambatan yang
sulit telah dihadapi penulis selama proses penyusunantugas akhir / skripsi ini,
namun semua itu berhasil dilewati berkat adanya dukungan dan bimbingan dari
berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini izinkan penulis
menyampaikan banyak terima kasih kepada:
1. Bapak Prof. Ir. Ngk. Putu Gede Suardana, MT., Ph.D. selaku Dekan
Fakultas Teknik Universitas Udayana.
2. Bapak Ir. I Nyoman Setiawan, MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Udayana.
3. Bapak I Nyoman Satya Kumara, ST, M.Sc, Ph.D. sebagai Dosen
Pembimbing I yang telah memberikan banyak petunjuk, bimbingan dan
dukungan moral kepada penulis selama penyusunan tugas akhir / skripsi
ini.
4. Bapak Dr. Ir. Agus Dharma, MT. sebagai Dosen Pembimbing II yang
telah memberikan banyak petunjuk, bimbingan dan dukungan moral
kepada penulis selama penyusunan tugas akhir / skripsi ini.
5. Ibu Prof.Ir. I. A. Dwi Giriantari, M.Eng,Sc., Ph.D. sebagai Dosen
Pembimbing Akademik yang telah memberikan bimbingan, perhatian dan
dorongan selama menempuh kuliah di Jurusan Teknik Elektro Fakultas
Teknik Universitas Udayana
6. Segenap dosen dan staf pegawai Teknik Elektro Universitas Udayana yang
telah banyak membantu selama proses perkuliahan.
7. Yang tercinta Orang Tua, saudara dan semua keluarga besar yang telah
memberikan banyak kasih sayang, dukungan moral, semangat dan
motivasi yang tak terhingga.
vi
8. Rekan-rekan Elektro angkatan 2011 yang senantiasa memberikan
semangat, motivasi dan dukungan selama penyusunan tugas akhir /
skripsiini.
9. Semua pihak yang terlibat dalam pengerjaan tugas akhir / skripsi ini
namun tidak bisa disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir / skripsi ini masih jauh dari
sempurna. Oleh karena itusegala kritik dan saran yang bersifat membangun sangat
diharapkan demi kesempurnaanpenulisan di masa yang akan datang. Semoga
Tuhan YangMaha Esa selalu melimpahkan rahmat-Nya kepada semua pihak yang
telah membantupelaksanaan dan penyelesaian tugas akhir / skripsi ini.
Bukit Jimbaran, 2015
Penulis
vii
ABSTRAK
Pembangkit listrik tenaga matahari (PLTS) saat ini sudah banyak digunakan
karena potensinya yang sangat besar, mudah diaplikasikan untuk skala rumah
tangga, teknologi komponen PLTS yang semakin berkembang dan mudah
didapat. Akan tetapi PLTS memiliki waktu pembangkitan yang terbatas. Oleh
karena itu, untuk meningkatkan kontinuitas suplai daya, perlu diterapkan sistem
hibrida dengan memadukan PLTS dengan PLN. Sistem catu daya hibrida perlu
didukung oleh sebuah sistem kontrol untuk memastikan beban tetap mendapatkan
suplai daya. Akan tetapi sistem kontrol hibrida yang tersedia saat ini memiliki
harga yang cukup mahal sehingga tidak memungkinkan untuk diaplikasikan pada
skala rumah tangga. Oleh karena itulah diperlukan penelitian untuk
mengembangkan sistem kontrol hibrida PLTS-PLN yang rendah biaya, praktis,
serta efektif.
Dari penelitian yang dilakukan telah berhasil dikembangkan sistem kontrol
catu daya hibrida PLTS-PLN dengan kapasitas 500 watt. Dimana pada sistem
kontrol tersebut menggunakan arduino uno R3 sebagai kontroler, IC LM 324 dan
IC 75279 sebagai sensor tegangan. Sedangkan pada subsistem battery charging
controller menggunakan ic 7408 sebagai kontroler relay dan IC LM 324 sebagai
sensor tegangan. Kemudian untuk inverter menggunakan IC 4047 sebagai
kontroler PWM dan mosfet IRFZ44 sebagai komponen switching.
Dari hasil pengujian singkat sistem kontrol catu daya hibrida PLTS-PLN
dengan kapasitas 500 watt dengan menggunakan variable DC power supply
bahwa sistem telah berfungsi dengan baik dan bekerja sesuai dengan perencanaan
operasi. Ketika tegangan baterai berada diatas 12,1 V, secara otomatis sistem akan
mengaktifkan inverter, kemudian memilih Baterai sebagai catu daya dan memutus
catu daya dari PLN. Ketika tegangan baterai turun di bawah 11,3 V, secara
otomatis sistem akan memilih PLN sebagai catu daya, memutus catu daya dari
baterai dan kemudian mematikan inverter.
Kata Kunci : Sistem kontrol catu daya hibrida, automatic transfer switch
controller
viii
ABSTRACT
Solar power plant (PLTS) is now widely used because of its potential is
very large, easy to apply to the domestic scale, photovoltaic component
technology is growing and easy to obtain. But, solar power plant has a limited
generation time. Therefore, to increase the continuity of power supply, need to be
applied a hybrid system by combining solar power plant with PLN. Hybrid power
supply system needs to be supported by a control system to ensure constant load
get the power supply. However, hybrid control systems available today have a
fairly expensive cost, so it is not possible to be applied on a domestic scale. That
is why research is needed to develop a hybrid control system PLTS-PLN which is
low-cost, practical, and effective.
From the research which was conducted, it had been successfully
developed a hybrid power supply control system PLTS-PLN with a capacity of
500 watts. In the control system used ARDUINO UNO R3 as a controller, IC LM
324 and IC 75279 as a voltage sensor. While in the battery charging controller
subsystem, it used IC 7408 as relay controller and IC LM 324 as a voltage sensor.
Then, for the inverter, it used IC 4047 as a PWM controller and MOSFET IRFZ44
as switching components.
From the results of a brief test the hybrid power supply control system
PLTS-PLN with a capacity of 500 watts by using a variable DC power supply that
the system had been functioning well and working in accordance with the
operational plan. When the battery voltage was above 12.1 V, the system would
automatically activate the inverter, then chose a battery as a power source and
disconnected the power supply from PLN. When the battery voltage dropped
below 11.3 V, the system would automatically choose the PLN as the power
supply, disconnected the power supply from the battery and then turned off the
inverter.
Key Words: a hybrid power supply control system, automatic transfer switch
controller
ix
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ........................................................................................... i
LEMBAR PRASYARAT ................................................................................ ii
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS ................................................ iii
LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. iv
UCAPAN TERIMAKASIH ............................................................................. v
ABSTRAK ....................................................................................................... vii
ABSTRACT ..................................................................................................... viii
DAFTAR ISI .................................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xii
DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1
1.1 Latar Belakang .............................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ......................................................................... 3
1.3 Tujuan Penelitian........................................................................... 3
1.4 Manfaat Penelitian......................................................................... 3
1.5 Batasan Masalah ............................................................................ 3
BAB II KAJIAN PUSTAKA ......................................................................... 4
2.1 Tinjauan Mutakhir ........................................................................ 4
2.2 Pembangkit Listrik Hibrida ........................................................... 6
2.3 Pembangkit Listrik Tenaga Surya ................................................. 7
2.4 Sel Surya ....................................................................................... 7
2.5 Media Penyimpanan Energi .......................................................... 8
2.6 Charger Controller ........................................................................ 9
2.7 Inverter .......................................................................................... 11
2.8 Arduino ......................................................................................... 13
x
BAB III METODE PENELITIAN ............................................................... 15
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ....................................................... 15
3.2 Sumber dan Jenis Data .................................................................. 15
3.2.1 Sumber Data ......................................................................... 15
3.2.2 Jenis Data ............................................................................. 15
3.3 Komponen dan Alat ...................................................................... 15
3.3.1 Rancang Bangun Inverter ..................................................... 15
3.3.2 Rancang Bangun Battery Charging Controller .................... 16
3.3.3 Rancang Bangun Automatic Transfer Switch Controller .... 17
3.3.4 Rancang Bangun Perangkat Lunak ...................................... 17
3.3.5 Peralatan ............................................................................... 17
3.4 Tahapan Penelitian ........................................................................ 18
3.5 Rancangan Perangkat Keras.......................................................... 21
3.6 Rancangan Perangkat Lunak ......................................................... 23
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... 24
4.1 Perancangan Sistem Kontrol Catu Daya Hibrida PLTS-PLN
Untuk Beban 500 watt................................................................... 24
4.1.1 Perancangan Subsistem Battery charging Controller ........... 24
4.1.2 Perancangan Subsistem Inverter .......................................... 27
4.1.3 Perancangan Automatic Transfer Switch Controller ........... 30
4.2 Unjuk Kerja Sistem Kontrol Catu Daya Hibrida PLTS-PLN
Untuk Beban 500 Watt .................................................................. 35
4.2.1 Pengujian Subsistem Battery Charging Controller .............. 35
4.2.2 Pengujian Subsistem Inverter ............................................... 37
4.2.3 Pengujian Subsistem Automatic Transfer Switch
Controller ............................................................................. 38
4.2.4 Pengujian sistem (subsistem terintegrasi) ............................ 40
xi
BAB V SIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 44
5.1 Simpulan ....................................................................................... 44
5.2 Saran.............................................................................................. 44
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 45
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Ilustrasi Sel Surya ..................................................................... 7
Gambar 2.2 Ilustrasi Baterai Akumulator .................................................... 9
Gamabr 2.3 Charger Controller ................................................................... 10
Gamabr 2.4 Rangkaian Full bridge inverter ................................................ 11
Gamabr 2.5 Switching rangkaian Full bridge inverter ................................ 12
Gamabr 2.6 Arduino Uno Rev.3 .................................................................. 12
Gambar 3.1 Diagram Alur Tahapan Penelitian ............................................ 20
Gambar 3.2 Diagram Blok Perencanaan Operasi Sistem ............................. 21
Gambar 3.3 Diagram alur tahapan kerja perangkat lunak ............................ 23
Gambar 4.1 Diagram Blok Perencanaan Operasi Battery charging
Controller .................................................................................. 25
Gambar 4.2 Skematik Subsistem Battery charging Controller .................... 26
Gambar 4.3 Realisasi Subsistem Battery charging Controller ..................... 26
Gambar 4.4 Diagram Blok Perencanaan Operasi Inverter ........................... 27
Gambar 4.5 Skematik Rangkaian Kontrol PWM ......................................... 27
Gambar 4.6 Skematik Rangkaian Inverter ................................................... 28
Gambar 4.7 Skematik Rangkaian Filter ....................................................... 28
Gambar 4.8 Realisasi Subsistem Inverter..................................................... 29
Gambar 4.9 Diagram Blok Perencanaan Operasi Automatic Transfer
Switch Controller...................................................................... 30
Gambar 4.10 Skematik Rangkaian Sensor Tegangan Baterai ........................ 31
Gambar 4.11 Skematik Rangkaian Kontroler ................................................ 32
Gambar 4.12 Realisasi Subsistem Automatic Transfer Switch Controller .... 33
Gambar 4.13 Realisasi Sistem Kontrol Catu Daya Hibrida
PLTS-PLN Terintegrasi (A) ..................................................... 34
Gambar 4.13 Realisasi Sistem Kontrol Catu Daya Hibrida
PLTS-PLN Terintegrasi (B) ..................................................... 34
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data Unjuk Kerja Battery Charging Controller ........................ 36
Tabel 4.2 Data Unjuk Kerja Inverter ........................................................ 37
Tabel 4.3 Data Unjuk Kerja Automatic Transfer Switch Controller ........ 39
Tabel 4.4 Data Unjuk Kerja Sistem .......................................................... 41