Smart Grid - Sistem Komunikasi Data Bagian 2

WIDE AREA MONITORING SYSTEMS (WAMS)

WAMS didesain dengan utilitas untuk mengoptimal kapasitas grid transmisi dan mencegah melebarnya gangguan. Dengan menyediakan informasi kestabilan secara real-time dan margin pengoperasian yang aman, WAMS memberikan sistem peringatan dini tentang adanya gangguan untuk pencegahan dan penguranagn terjadi sistem menjadi black-out (padam). Sensor WAMS terdistribusi melalui jaringan yang terhubung dengan satelit GPS untuk ketepatan pengukuran dalam sistem transmisi. Sensor – sensor yang terintegrasi terhubung dengan jaringan komunikasi.

Baca Juga : Spesialis Listrik Makassar

PHASOR MEUSUREMENT UNIT (PMU) 

PMU atau Synchrophasor memberikan operator keakuratan snapshot sistem tenaga. PMU terdiri dari phasor tegangan bus dan phasor arus cabang dan juga memberikan informasi lokasi dan parameter jaringan. Pengukuran fasor diambil dengan presisi tinggi dari berbagai titik sistem tenaga dalam waktu yang sama, sehingga memungkinkan operator untuk memvisualisasikan sudut yang tepat yang berbeda-beda dengan lokasi yang berbeda. 

PMU dilengkapi dengan penerima GPS yang memungkinkan sinkronisasi pembacaan diambil pada titik yang jauh. Standar IEEE tentang Synchrophasor menspesifikasikan protokol komunikasi data PMU ke phasor data concentrator seperti gambar berikut:

Gambar 1. Diagram konsep PMU berdasarkan standar IEEE

PMU memastikan keakuratan tegangan dan arus pada rate frekuensi 2,88 kHz. PMU dapat menghitung daya nyata, frekuensi dan sudut phasa 12 kali per 60 Hertz siklus dengan rate sampling aktual yang digunakan adalah 1,4 MHz. 

Tren terbaru saat ini membutuhkan kontrol yang cepat dan diimplemetasikan secara online untuk mengurangi tegangan collapse dalam waktu yang singkat. Selama beberapa tahun para ahli telah menemukan bahwa PMU lebih cocok untuk memonitoring dan mengatur kestabilan tegangan. Saat PMU terintegrasi dengan sistem komunikasi data smart grid, pengkuran yang dilakukan memberikan visibilitas dinamis dalam sistem tenaga

SMART METER

Smart meter memiliki dua fungsi: 

• Memberikan data penggunaan energi pelanggan untuk mengontrol cost dan konsumsi. 
• Mengirim data pada utilitas untuk pengaturan faktor daya, beban puncak dan strategi harga berdasarkan informasi konsumsi sehingga automasi pembacaan data adalah komponen tambahan dari komunikasi dua arah antara pelanggan dan utilitas. 

Smart meter menentukan berapa jumlah tagihan pelanggan per kWh dan bagaimana serta kapan pelanggan menggunakan energi. Hal ini akan menghasilkan keakuratan informasi harga. Dan dimasa yang akan datang akan mengizinkan rate demand-respon, pajak, opsi tarif, dilengkapi juga dengan fasilitas meremote putus/hubungan energi pelanggan, peralatan kontrol dan monitoring, smart thermostat, switching dan metering prabayar.

SMART APPLIANCE (SA) 

SA (peralatan pintar) bersiklus ON/OFF dalam merespon signal yang terkirim ke utilitas. SA memungkinkan pelanggan berpartisipasi dalam program respon demand sukarela (seperlunya) yang membatasi penggunaan daya dalam periode demand puncak, dimana dalam hal ini memungkinkan pelanggan untuk mengontrol SA mereka melalui jaringan internet. 

SA seperti pendingin dan pemanas ruangan (AC/SH), pemanas air, kulkas, mesin cuci dan pengering menyatakan 20% dari total demand selama sehari, SA yang bersahabat (grid-friendly) menggunakan chip komputer sederhana yang dapat merasakan gangguan dalam grid sehingga SA yang digunakan dapat me-non-aktifkan dirinya dalam beberapa menit untuk memberikan kesempatan pada grid kembali stabil (normal)

ADVANCED METERING INFRASTRUCTURE (AMI) 

AMI merupakan konvergensi dari grid, infrastruktur komunikasi, dan mensuport infrstruktur informasi. Jaringan pusat AMI digabung dengan komposit set AMI industri yang memerlukan sistem keamanan dan panduan. Permasalahan domain dialamatkan dengan implementasi AMI adalah relatif baru pada utility industri. Meskipun demikian keberadaan AMI didahulukan untuk skala yang besar. 

Fungsi AMI dapat dibagi kedalam bebrapa sub katagori, seperti : 

• Market Application: melayani untuk mengurangi pekerja, transportasi dan infrastruktur dengan pembacaan meter dan pemeliharaan, meningkatkan akurasi tagihan, dan memungkinkan untuk mengurangi tagihan yang tidak baik berdasarkan rate time-based, dan memfasilitasi pelanggan untuk berpartisipasi dalam manajemen energi.
• Costumer Application: melayani pertumbuhan kesadaran pelanggan tentang pengurangan beban, mengurangi tagihan yang tidak baik, memperbaiki cash flow, meningkatkan kepercayaan dan kepuasan pelanggan, memberikan respon demand dan majemen beban untuk memperbaiki kehandalan dan performansi. 
• Distribution Operation: mengurangi beban pelanggan untuk manajemen grid, optimasi jaringan berdasarkan pengumpulan data, memungkinkan untuk lokasi pemadaman dan pemulihan layanan, meningkatkan kepuasan pelanggan, mengurangi losses energi, meningkatkan kinerja dalam hal pemadaman dengan mengurangi durasi pemadaman dan optimalisasi sistem distribusi dan manajemen pembangkit terdistribusi, memberikan respon permintaan darurat.

GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEM (GIS) DAN GOOGLE MAPPING 

GIS digunakan untuk memanajemen jaringan transmisi/distribusi dan telekomunikasi, GIS juga digunakan untuk memenajemen informasi tentang asset utiliti untuk pengumpulan data dan pemeliharaan. Google mapping menawarkan informasi geografis dalam suatu platform ter-update untuk fasilitas studi dan analisis. Melalui satelit, tersedia peta mulai dari ruang udara dan kontur jalan. 

Integrasi GIS dan Google Earth atau pemetaan lain akan dapat membantu pemahaman hubungan grid jaringan ,sebagai contoh menentukan lokasi optimal atau cara yang baik untuk menempatkan sensor atau tiang dll. Teknologi GIS memberikan kontek secara parsial kepada operator dan perencana, sebagai contoh sensor real-time yang mengumpulkan data yang diperlukan untuk merekonfigurasi jaringan untuk mengurangi pemadaman dan kegagalan peralatan.

TEKNOLOGI MULTIAGENT SYSTEM (MAS)

MAS adalah sistem komputasi dengan beberapa agent yang bekerja sama dalam mencapai suatu tugas yang diinginkan. Performansi MAS dapat di tentukan dengan berinteraksi antara berbagai agent. Agent-agent tersebut bekerjasama untuk mencapai berbagai tujuan. Sistem multiagen beroperasi secara otonom tanpa intervensi manusia. Sistem multiagen bersosialisasi dalam berinteraksi dengan agen lain melalui beberapa jenis bahasa komunikasi agen. Para agen juga merasakan dan bereaksi terhadap lingkungan mereka. Sistem multiagen secara proaktif mampu berorientasi dalam mencapai tujuan dengan berprilaku mengambil inisiatif sendiri.

MAS adalah pilihan preferensial untuk mengembangkan sistem terdistribusi. Pengembangan skema pemantauan dan pengukuran dalam lingkungan smart grid dapat ditingkatkan melalui penggunaan arsitektur MAS. Sebagai contoh MAS telah digunakan sebagai deteksi dan perangkat diagnosis dan dalam sistem monitoring. Bentuk arsitektur teknologi Multiagent System (MAS) seperti ditunjukan pada gambar 2 berikut :

Gambar 2. Asitektur Teknologi Multiagent System (MAS)

Arsitektur MAS seperti memanfaatkan koleksi agen seperti Agen Arbiter (AA), Agen Sistem Monitoring (SMA), Agen Deteksi Kegagalan (FDA), Diagnosis Agen (DA), Agen Indeks Penghakiman (JIA), dan Agen Penjadwalan (SA). Informasi yang melintas di antara agen tentang tindakan yang tepat yang akan diambil. Ketika diimplementasikan, proses berulang untuk terus memonitor sistem sehingga manajemen kondisi sistem dapat diimplementasikan secara instan.

A. Karakteristik Teknologi Multiagent System (MAS) 

Karakteristik dari teknologi Multiagent System (MAS) seperti berikut:

• Setiap agen memiliki kemampuan lengkap untuk memecahkan masalah 
• Tidak ada kontrol sistem global 
• Data Desentralisasi 
• perhitungan Asynchronous

B. Spesifikasi Multiagent System (MAS) 

Spesifikasi dari agen kontrol, agen sumber energi terdistribusikan (DER), agen pengguna, dan agen database dalam Intelligent Distributed Autonomous Power System (IDAPS) MAS didefinisikan. 

1. Agen kontrol: bertanggung jawab memonitoring sistem tegangan dan frekuensi untuk mendeteksi situasi contingency atau grid failure dan pengiriman signal ke CB utama untuk mengisolasi IDAPS mikrogrid dari utiliti saat pemadaman hulu terdeteksi; menerima signal harga tarif listrik (R/kWh) dari grid utama yang dihasilkan dari AMI dan di publis ke dalam komunitas IDAPS.
2. Agen DER: bertanggung jawab menyimpan informasi terkait DER, monitoring dan pengontrolan level daya DER dan connect/disconnect status, informasi DER yang disimpan meliputi identifikasi jumlah, tipe (solar cell, microturbin, fuel cell), rating daya (kW), keberadaan bahan bakar lokal, fungsi biaya atau harga dimana pelanggan setuju, ketersediaan DER, jadwal pemeliharaan. 
3. Agen pelanggan: bertindak sebagai gateway pelanggan yang membuat fitur dari microgrid IDAPS yang dapat diakses oleh pengguna, tanggung jawabnya meliputi menyediakan pelanggan dengan Informasi real-time dalam entitas yang berada dalam sistem IDAPS; memonitor Konsumsi listrik oleh masing-masing beban kritis dan tidak kritis, memungkinkan pengguna untuk mengontrol status beban berdasarkan prioritas yang telah ditetapkan pengguna
4. Agen Database: berfungsi sebagai titik akses data untuk agen lainnya serta pengguna; tanggung jawabnya meliputi sistem informasi menyimpan, merekam pesan dan data bersama antara agen.

C. Teknik Multiagent System (MAS)

Suatu agen dari MAS dapat didefinisikan sebagai suatu entitas dengan atribut dianggap berguna dalam domain tertentu. Dalam kerangka ini, agen adalah prosesor informasi yang melakukan tindakan otonom berdasarkan informasi. Umum atribut agen meliputi: 

• Otonomi: goal-directednes, proaktif dan berprilaku self –starting 
• Berperilaku kollaborasi: mampu bekerja dengan agen lainu ntuk mencapai tujuan bersama. 
• Level – pengetahuan kemampuan komunikasi : mampu berkomunikasi dengan agen lain dengan bahasa yang menyerupai bahasa manusia daripada tipikal simbol program-to-program protokol 
• Reaktifitas: mampu secara selektif merasakan dan bertindak 
• Kontinuitas sementara: mampu mengidetifikasi dan mengkondisikan untuk periode yang lama

Smart Grid - Sistem Komunikasi Data Bagian 1

Smart Grid-Sistem Komunikasi Data

Sistem Komunikasi Data

Komunikasi Data dalam jaringan (transmisi dan distribusi) konvensional: 

• Remote Terminal Unit (RTU) 
• Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) 

Dalam SmartGrid, Kedua teknologi komunikasi ini dikembangkan hingga dapat di aplikasikan secara terpadu dengan beban rumah, publik,sosial dan industri dalam komunikasi data dua arah. 

Baca Juga : Ahli Pasang Listrik Makassar

Arsitektur plug - and - play sistem komunikasi didesain dalam bentuk jaringan yang aman, memiliki smart sensor, kontrol peralatan dan pusat kontrol, sistem proteksi (firewall) dan user. Teknologi komunikasi kabel dan nirkabel yang memungkin adalah: 

1. Multiprotocol Label Switching (MPLS): Jaringan komunikasi yang memiliki performansi tinggi untuk komunikasi data antar node jaringan 
2. Wordwide Interoperability for Microwave Acces (WiMax): teknologi komunikasi wireless untuk transmisi data dari satu point ke multipoint yang menggunakan teknologi internet. 
3. Broadband over Power Line: komunikasi power line dengan akses internet 
4. Wi-Fi: Biasanya digunakan sistem wireless LAN

Karakteristik komunikasi data dalam smartgrid terdiri dari beberapa katagori yaitu :

1. High bandwidth
2. IP-Enabled digital communication (IPV6 support is preferable )
3. Encryption
4. Cyber security
5. Support and quality of service and Voice over Internet Protocol (VoIP)

Teknologi komunikasi tambahan 

• Fiber optic, mesh dan multipoint spread spectrum. 
• LAN 
• Home Acces Network (HAN) adalah LAN yang memungkin remote control automasi digital peralatan yang ada dalam rumah dan sistem metering yang dimonotoring dan terintegrasi berdasarkan web-based monitoring.
• Neighborhood Area Network (NAN) adalah sebuah komunitas nirkabel yang saat ini digunakan untuk aplikasi distribusi lokal data. Idealnya akan mencakup area lebih besar dari LAN. 

Beberapa struktur arsitektur akan fokus pada integrasi dan interoperabilitas berbagai domain dalam smartgrid. Domain terdiri dari kelompok bangunan, sistem, individu, atau perangkat yang memiliki karakteristik komunikasi yang sama:

• Bulk Generation: meliputi market service interface, plant control system, dan generator; domain ini berinteraksi dengan operasi pasar energi dan domain transmisi melaui WAN, substation LAN dan Internet
• Transmisi: meliputi peralatan GI dan Controller, data collector dan electric storage; domain ini berinteraksi bulk generation dan pengoperasian melalui WAN dan substation LAN: yang terintegrasi dengan domain distribusi. 
• Costumer : Meliputi equipment pelanggan, metering, energy management System (EMS), electric storage, dsb. 
• Service Provider: meliputi utilitas dan provider pihak ke-3 yang menangani masalah billing costumer services, dll; domain ini berinteaksi dengan pelanggan melalui internet. 
• Pengoperasian: meliputi EMS, Web Acces Management System (WAMS) dan SCADA ; domain ini dapat dibagi kedalam sub domain ISO/RTO, transmisi dan distribusi. 
• Market: meliputi ISO/RTO, aggregator (pialang) dan market participant

Komponen tool komunikasi data dalam smart grid digunakan untuk:

• Sensor 
• Metering, dan 
• Pengukuran pada semua level 

Komponen tersebut memberikan data yang diperlukan untuk memonitoring grid dan pasar energi listrik. Komponen tersebut digunakan untuk mendeteksi/respon sistem, mengevaluasi peralatan yang terintegrasi dengan grid, mengeliminasi estimasi meter, mendeteksi pencurian energi. 

Berkenaan dengan metering dan pengukuran, teknologi digital baru yang digunakan adalah dengan menggunakan dua – arah komunikasi, berbagai variabel masukan (input) seperti (signal harga, tarif time-of-day, region transmission organization (RTO)), dan variabel output seperti (konsumsi data real time, kualitas daya, parameter listrik), mampu menghubungkan dan memutuskan, terhubung dengan pembangkit (generator), grid operator, portal pelanggan untuk pengukuran daya.

• 
  

Apa itu Smart Grid

Pengertian Smart Grid 

Smart Grid [SG] adalah jaringan sistem tenaga listrik (dari hulu hingga hilir) yang menggunakan teknologi sistem digital untuk memonitoring dan memenajemen transfer energi listrik dari semua sumber pembangkit untuk memenuhi kebutuhan beban. 

Smart Grid mengkoordinasi kebutuhan dan kemampuan semua unit generator, operator grid, end-users dan stakeholder pasar listrik untuk mengoperasikan semua bagian sistem seefesien mungkin, meminimasi biaya dan efek lingkung.

Karakteristik Smart Grid

• Memungkinkan partisipasi informasi pelanggan. Pelanggan dapat membantu menyeimbangkan antara suplai dan demand dengan memodifikasi cara penggunaan dan pembelian daya listrik. Modifikasi ini muncul sebagai hasil dari motivasi dan perilaku pelanggan yang memilih bentuk pembelian daya yang berbeda. Pilihan tersebut meliputi teknologi dan informasi baru tentang penggunaan listrik mereka dan bentuk baru harga listrik serta insentif yang diterima. 
• Mengakomodasi semua pembangkit dan pilihan penyimpanan (Storage Option). Smart grid mengakomodasi tidak hanya sistem pembangkit tenaga listrik yang besar, namun juga menumbuhkan komponen sumber energi terdisitribusi pelanggan, dan mengintegrasikannya termasuk Renewable Energy (RE) skala kecil, energi storage, yang akan tumbuh dengan pesat dalam pasar energi listrik. 
• Memungkinkan menghasikan produk baru, pelayanan dan pasar energi listrik. Perencanaan yang tepat dan pengoperasian pasar listrik yang efesien membuka peluang untuk pelanggan untuk memilih pelayanan yang kompetitif. Beberapa dari variabel grid independen harus memenajemen secara eksplisit energi, kapasitas, lokasi waktu, rate perubahan dan kualitas. Pasar dapat memainkan peranan yang besar dalam memenajemen variabel variabel tersebut. 
• Menyediakan kualitas daya pada batasan yang diperlukan. Tidak pada semua perusahaan dan tidak semua pelangga rumah tangga membutuhkan kualitas daya yang sama. Smart grid mensuplai berbagai variasi grade (harga) kualitas daya. Dalam masa yang akan datang harga (cost) kualitas daya premium dapat dimasukkan dalam kontrak pelayanan. 
• Optimisasi Asset peralatan dan efesiensi operasi. Smart grid diaplikasikan untuk mengoptimalkan penggunaan aset-aset yang ada. Contoh: mengoptimalkan kapasitas yang dapat dicapai dengan rating dinamik yang mengizinkan asset untuk digunakan pada beban yang besar secara kotinyu. Efesiensi pemeliharaan dapat dioptimalkan dengan kondisi dasar-pemeliharaan. Sistem kontrol devais dapat diatur untuk mengurangi losses dan mengeliminasi kesemrawutan. Efesien pengoperasian meningkat saat pemilihan biaya termurah pengiriman energi (least-cost energy-delivery) sistem yang tersedia melalui ragam devais sistem kontrol.
• Memberikan kefleksibelan (resiliency) terhadap gangguan, serangan dan bencana alam. Kefleksibelan (resiliency) mengacu pada kemampuan sistem untuk bereaksi terhadap kejadian yang tidak diharapkan dengan mengisolir elemen yang bermasalah sedangkan yang lainnya dipulihkan pada operasi normal. Hal ini merupakan tindakan aksi pemulihan mandiri (self healing action) dalam mengurangi gangguan pelayanan kepada pelanggan. 

Area Teknologi Smart Grid

Area dari teknologi Smart grid terdiri dari beberapa bagian yaitu sebagai berikut :

1. Wide Area Monitoring and Control. 

• Memonitor secara real time dan menampilkan (display) komponen sistem tenaga listrik dan performansinya yang melintasi sistem interkoneksi dan area geograpis yang luas, serta menolong operator dalam memahami dan mengoptimalkan komponen sistem. 
• Sistem analitik teknologi monitoring dan kontrol meliputi wide area monitoring awarness (WASA), wide area monitoring system (WAM) dan wide area adaptive protection, control dan automation (WAAPCA) serta menghasilkan data untuk decision making, mitigate wide area disturbance dan perbaikan kapasitas transmisi dan kehandalan sistem

Gambar 1. Ilustrasi Area Teknologi Smart Grid

2. Integrasi teknologi informasi dan komunikasi;

• Pokok infrastrukur komunikasi adalah apakah menggunakan jaringan komunikasi private (radio network, meter mesh network) atau publik dan jaringan (internet, cellular, telepon) yang mendukung transmisi data off-line dan real time dan selama terjadi gangguan. 
• Bersama dengan perangkat komunikasi, komputasi signifikan, perangkat lunak sistem kontrol dan perencanaan sumber daya perusahaan, perangkat lunak pendukung pertukaran dua arah informasi antara stakeholder adalah memungkinkan penggunaan dan manajemen grid yang lebih efisien.

3. Integrasi pembangkit Renewable Energy (RE) dan Distributed Generation (DG); 

• Integrasi pembangkit RE dan DG meliputi skala besar pada level transmisi, skala medium pada level distribusi dan skala kecil pada level komersial atau level residensial yang hadir menantang yang dapat di dispatch dan dikontrol

Apikasi Penguatan Sistem Transmisi 

• Penggunaan teknologi FACTS (flexible AC transmission system). 
• Penggunaan teknologi HVDC 
• Penggunaan HTS (High tempratur super conductor) untuk mengurangi losses dan membatasi arus Hubung singkat. 

Manajemen grid sistem distribusi 

• Distribusi dan gardu mensensing dan melakukan proses otomasi yang dapat mengurangi gangguan dan mempercepat waktu pemulihan, memelihara level tegangan dan memperbaiki manajemen asset. 
• Sistem distribusi yang advance dapat melakukan proses automasi real time dari sensor dan meter untuk mendeteksi lokasi gangguan, automasi rekonfigurasi feeder, tegangan dan optimasi daya reaktif atau mengontrol DG.

Infrastruktur Metering yang Advance 

Advance Metering Infrastruktur (AMI) meliputi sejumlah teknologi dalam arti smart meter yang memungkinkan dua arah aliran informasi, yaitu memberikan data kepada pelanggan tentang harga jual listrik dan pemakaian konsumsi energi, yang meliputi waktu dan konsumsi energi listrik. 

AMI berfungsi: 

1. Meremote signal harga pelanggan. 

2. Mampu mengoleksi dan dan melaporkan data konsumsi pelanggan. 

3. Memperbaiki diagnosa energi secara lebih detil dari penggunaan beban. 

4. Mampu mengidentifikasi lokasi dan perluasan gangguan secara remote melalui fungsi metering. 

5. Meremote hubungan dan memutuskan hubungan. 

6. Deteksi Losses dan pencurian. 

7. mampu untuk melayani pilihan energi yang di inginkan.

Infrastruktur Sistem Charging Transportasi 

Infrastruktur charging sistem transportasi menangani pembayaran (billing), schedulling dan kepintaran (intelligent) lain dimasa depan untuk smart charging (grid-to-vehicle). Untuk jangka panjang sistem charging akan menyediakan sistem tenaga tambahan seperti cadangan kapasitas, penghematan beban puncak dan regulasi transportasi pada sistem grid. Hal ini akan berinteraksi dengan sistem AMI dan sisi pelanggan (costumer-side).

Sistem Sisi Pelanggan 

• Sistem sisi pelanggan digunakan untuk mengatur konsumsi energi lsitrik (misal pada industri, dan level rumah tangga) meliputi manajemen sistem, energy strorage devais, perkakas pintar dan DG. 
• Keuntungan efisiensi energi dan pengurangan demand puncak dapat dipercepat dengan menampilkan di rumah / dashboard energi, peralatan pintar dan lokal storage. 
• Respon permintaan meliputi respon pelanggan manual dan otomatis.

Teknologi Smart Grid

Baca Juga :

• Jasa Instalasi Listrik Makassar

Tutorial Arduino Mengukur Arus Dengan Modul Sensor Arus ACS712

1. Sensor Arus ACS712

Sensor arus yang digunakan berupa modul sensor arus ACS712 yang memiliki kegunaan untuk mendeteksi besar arus yang mengalir lewat blok terminal[1]. 

Feature dan manfaat yang diberikan oleh sensor arus ACS712 seperti berikut [2]:

• Rendah noise
• Bandwidth Perangkat diatur melalui FILTER pin baru waktu naik 
• 5 mikrodetik keluaran dalam menanggapi arus masukan
• Bandwith 80 kHz
• Total output error 1,5% pada TA = 25 ° C
• Tampak Kecil, low-profile paket SOIC8
• 1,2 MW resistansi konduktor internal
• Isolasi tegangan 2,1 kVRMS minimum dari pin 1-4 ke pin 5-8
• 5.0 V, operasi catu daya tunggal
• 66-185 mV / A sensitivitas keluaran

Modul Sensor Arus ACS712 seperti pada gambar 1, dapat mendeteksi arus hingga 30A dan sinyal arus ini dapat dibaca melalui analog IO port Arduino, Produk tersedia dipasaran untuk modul ini adalah 30A, 20A, 5A. Untuk demonstrasi kali ini akan menggunakan ACS712 untuk arus 5A. Sensor arus ACS712 dapat mengukur arus positif dan negatif dengan kisaran -5A sampai 5A. Sensor ini memelukan suplai daya sebesar 5V. Untuk membaca nilai tengah (nol Ampere) tegangan sensor diset pada 2.5V yaitu setengah kali tegangan sumber daya VCC = 5V [1]. Pada polaritas negatif pembacaan arus -5A terjadi pada tegangan 0,5V. Tingkat perubahan tegangan berkorelasi linear terhadap besar arus sebesar 400 mV/Ampere. 

Gambar 1. Modul sensor arus ACS712 [3]

Gambar 2. Rangkaian skematik sensor arus ACS712 [2]

Pada gambar 2 menunjukkan rangkaian sensor arus ACS712. Hasil pembacaan dari modul sensor arus perlu disesuaikan kembali dengan pembacaan nilai arus sebenarnya yang dihasilkan. Konfigurasi Pin dari sensor arus ini dapat dilihat pada tabel 1 berikut :

Tabel 1 Tabel konfigurasi Pin ACS712 [2]

2. Kalibrasi Sensor Arus ACS712

Modul ACS712 memiliki sensitifitas tegangan sebesar 66-185 mV/A. Sama halnya dengan sensor tegangan yang telah kita bahas lalu, sensor arus memiliki jangkauan pembacaan mulai dari 0 (pada input 0V input) sampai 1023 (pada input 5V) dengan resolusi sebesar 0,0049V. Pembacaan sensor arus, I pada analogread dirumuskan pada persamaan(1.1) berikut [1]:

I = (0,0049 x Vout - 2,5) / 0,185 

Atau disederhanakan;

I = (0.0264 x Vout -13.51)                                (1.1)

Modul sensor arus ini disusun secara seri terhadap beban, seperti yang ditunjukan pada Gambar 3 berikut:

Gambar 3. Rangkaian sensor arus yang terhubung seri terhadap beban panel surya[1]

3. Rangkaian koneksi Aduino dengan Sensor Arus ACS712

Mengkoneksikan sensor arus ACS712 dengan arduino yaitu dimana tegangan 5V arduino dihubungkan melalui kabel merah ke Pin Vcc sensor arus ACS712, kemudian Ground arduino dihubungkan melalui kabel biru ke Pin GND sensor arus ACS712 dan Analog Read (A0) arduino dihungkan ke pada pin sinyal output sensor arus ACS712, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 4 berikut.

Gambar 4. Rangkaian koneksi arduino dengan modul sensor tegangan [3]

4. Source Code Sensor Arus ACS712 untuk Arduino

Contoh memprogram arduino untuk dapat menjalankan sensor arus ACS712 untuk 5A dengan memasukkan rumus kalibrasinya persamaan (1.1), seperti berikut:

void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
//Sensor Arus max 5A
float average = 0;
for(int i = 0; i < 1000; i++) {
average = average + (0.0264 * analogRead(A0) -13.51);
delay(1000);
}
Serial.print(average);
Serial.println("mA");
}

Referensi:

1. M. Rizal F., Ira D. S., Yuwaldi A., “Pemantauan Parameter Panel Surya Berbasis Arduino secara Real Time”, Jurnal Rekayasa Elektrika Vol. 11, No. 4, Agustus 2015, hal. 123-128. [Online]: Download 
2. Datasheet ACS712, April 2015, [Online]: Download
3. Introduction of ACS712 Current Sensor Module – 30A With Arduino, September 2016., [Online]: Buka Disini

Analisis Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Di Indonesia

BAB I

PENDAHULUAN

Energi listrik tenaga surya merupakan energi utama yang diterima oleh bumi. Kurang lebih 173 triliun kilowatt energy diterima melalui bagian atas atmosfir 30% direfleksikan kembali, 47% diserap oleh molekul – molekul di atmosfer, di ubah panjang gelombangnya kemudian diradiasikan kembali sebagai inframerah dan sisanya yang 23% sebagian besar di ubah melalui proses gerakkan thermochemodinamik di permukaan bumi, seperti angin, arus laut, dan juga proses penguapan dan fotosintesis, dan lain-lain. Energi hasil fotosintesis pada umumnya di simpan dalam bentuk tumbuhan yang kemudian dalam proses alam sebagai berubah menjadi fosil karbon, seperti batu bara, minyak dan gas alam.

Energi surya melalui konversi di manfaatkan menjadi energi listrik, yang diperoleh dengan system fotovoltaik (Pembangkit Listrik tenaga surya). Pembangkit listrik tenaga surya di arahkan agar dapat di manfaatkan oleh para pemakai di daerah terpencil yang tidak mungkin di jangkau oleh PLN.

Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) di Indonesia, paling populer digunakan untuk listrik pedesaan (terpencil), system seperti ini populer dengan sebutan SHS (Solar Home System). SHS umumnya berupa system berskala kecil, dengan menggunakan modul surya 50-100 Wp (Watt Peak) dan menghasilkan listrik harian sebesar 150-300 Wh. Karena skalanya yang kecil, system DC (direct current) lebih disukai, untuk menghindari losses dan self consumption akibat digunakannya inverter[1-2].

BAB II

LANDASAN TEORI

2. 1 Sel Surya

Energi surya adalah sumber energi terbarukan yang paling penting (energi angin pada dasarnya juga berasal dari energi surya), dan hanya energi panas bumi dan pasang surut yang tidak memperoleh energi dari matahari.

Gambar 1 Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Banyak orang menggunakan istilah energi surya dan tenaga surya sebagai sinonim meskipun hal ini mengandung kesalahan karena tenaga surya mengacu pada konversi sinar matahari menjadi listrik (Photovoltaic). 

Sel Surya atau Sel Photovoltaic itu sendiri terbuat dari potongan silikon yang sangat kecil dengan dilapisi bahan kimia khusus untuk membentuk dasar dari sel surya. Sel surya pada umumnya memiliki ketebalan minimum 0,3 mm yang terbuat dari irisan bahan semikonduktor dengan kutub positif dan negatif. Tiap sel surya biasanya menghasilkan tegangan 0,5 volt. Sel surya merupakan elemen aktif (Semikonduktor) yang memanfaatkan efek photovoltaic untuk merubah energi surya menjadi energi listrik. 

2.2. Konsep Kerja

Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu junction antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar. Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron (muatan negatif) sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole (muatan positif) dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk mendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom fosfor. Ilustrasi pada gambar 2 dibawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.

Gambar 2. Junction antara semikonduktor tipe-p (kelebihan hole) dan tipe-n (kelebihan elektron)[3]

Peran dari p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron (dan hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang mana ketika cahaya matahari mengenai susuna p-n junction ini maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya hole bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang, seperti ditunjukan pada gambar 3 dibawah.

Gambar 3. Ilustrasi cara kerja sel surya dengan prinsip p-n junction [3].

Lebih detailnya komponen-komponen kerja perlengkapan sel surya seperti ditunjukan pada gambar 4 berikut.

Gambar 4. Komponen-komponen pelengkap sel surya agar dapat bekerja (Balance of System)[4]

2.3. Daya dan Efisiensi

Sebelum mengetahui daya sesaat yang dihasilkan kita harus mengetahui energi yang diterima, dimana energi tersebut adalah perkalian intensitas radiasi yang diterima dengan luasan dengan persamaan [1]:

E = Ir x A

dimana :
Ir = Intensitas radiasi matahari ( W/m2)
A = Luas permukaan (m2)

Sedangkan untuk besarnya daya sesaat yaitu perkalian tegangan dan arus yang dihasilkan oleh sel fotovoltaik Untuk mengetahui kapasitas daya yang dihasilkan, dilakukanlah pengukuran terhadap arus (I) dan tegangan (V) pada gususan sel surya yang disebut modul/panel, dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

P = V x I

dimana :
P = Daya (Watt),
V = Beda potensial (Volt)
I = Arus (Ampere)

Radiasi surya yang mengenai sel photovoltaic dengan menggunakan alat pyranometer adalah dalam satuan mV sehingga harus dikonversikan menjadi W/m2, persamaan yang digunakan adalah :

Ir = ( Ir (mV) / 21,13 ) x 1000                       (W/m2)

Efisiensi yang terjadi pada sel surya adalah merupakan perbandingan daya yang dapat dibangkitkan oleh sel surya dengan energi input yang diperoleh dari sinar matahari. Efisiensi yang digunakan adalah efisiensi sesaat pada pengambilan data. 

2.4. Sistem Penyimpanan

Sistem penyimpanan daya yang dihasilkan sel surya saat ini masih menggunakan baterai. Baterai merupakan alat yang menyimpan daya yang dihasilkan oleh panel surya yang tidak segera digunakan oleh beban. Daya yang disimpan dapat digunakan saat periode radiasi matahari rendah atau pada malam hari. Komponen baterai kadang-kadang dinamakan akumulator (accumulator). Baterai menyimpan listrik dalam bentuk daya kimia. Baterai yang paling biasa digunakan dalam aplikasi surya adalah baterai yang bebas pemeliharaan bertimbal asam (maintenance-free lead-acid batteries), yang juga dinamakan baterai recombinant atau VRLA (klep pengatur asam timbal atau valve regulated lead acid).

Baterai terbentuk oleh sekelompok elemen atau sel yang diletakan secara seri. Baterai timbal-asam terdiri dari dua elektroda timbal yang berada dalam larutan elektrolit air dan asam sulfat. Perbedaan potensial sekitar 2 volt terjadi di antara elektroda, tergantung pada nilai seketika kondisi penyimpanan baterai. Baterai yang paling umum dalam aplikasi surya fotovoltaik mempunyai tegangan nominal sebanyak 12 atau 24 volt. Maka sebuah baterai 12 V berisi 6 sel secara seri. 

Baterai memenuhi dua tujuan penting dalam sistem fotovoltaik, yaitu untuk memberikan daya listrik kepada sistem ketika daya tidak disediakan oleh array panel-panel surya, dan untuk menyimpan kelebihan daya yang ditimbulkan oleh panel-panel setiap kali daya itu melebihi beban. Baterai tersebut mengalami proses siklis menyimpan dan mengeluarkan, tergantung pada ada atau tidak adanya sinar matahari. Selama waktu adanya matahari, array panel menghasilkan daya listrik. Daya yang tidak digunakan dengan segera dipergunakan untuk mengisi baterai. Selama waktu tidak adanya matahari, permintaan daya listrik disediakan oleh baterai, yang oleh karena itu akan mengeluarkannya.

Siklus menyimpan dan mengeluarkan ini terjadi setiap kali daya yang dihasilkan oleh panel tidak sama dengan daya yang dibutuhkan untuk mendukung beban. Kalau ada cukup matahari dan bebannya ringan, baterai akan menyimpan daya. Tentunya, baterai akan mengeluarkan daya pada malam hari setiap kali sejumlah daya diperlukan. Baterai juga akan mengeluarkan daya ketika penyinaran tidak cukup untuk menutupi kebutuhan beban (karena variasi alami kondisi keikliman, awan, debu, dan lain-lain). 

Jika baterai tidak menyimpan cukup daya untuk memenuhi permintaan selama periode tidak adanya matahari, sistem akan kehabisan daya dan tidak siap memenuhi konsumsi. Di sisi lainnya, memperbesar sistem (dengan menambahkan terlalu banyak panel dan baterai) mahal dan tidak efisien. Ketika mendesain sistem yang mandiri, kita perlu mengkompromikan antara biaya komponen dengan ketersediaan daya dari sistem. Satu cara untuk melakukan ini adalah memperkirakan jumlah hari dimana sistem beroperasi secara mandiri. Sebaliknya, jika sistem surya bertanggung jawab atas daya yang menyediakan ke peralatan pelanggan anda mungkin dapat mengurangi jumlah hari otonomi sampai dua atau tiga. Di daerah dengan penyinaran yang rendah, nilai ini mungkin perlu ditambah semakin banyak. Dalam kasus apapun, anda harus selalu menemukan keseimbangan yang baik antara biaya dan kehandalan.

Ada dua kondisi istimewa penyimpanan yang dapat terjadi selama siklus penyimpanan dan pengeluaran daya dari baterai. Sebaiknya kondisi tersebut dihindari guna memperpanjang umur baterai [5].

1. Penyimpanan yang berlebihan (Overcharge)

Penyimpanan yang berlebihan atau overcharge terjadi pada saat baterai berada pada kondisi keterbatasan kapasitasnya. Jika daya yang dimasukan di luar batas titik penyimpanan maksimum, elektrolit mulai hancur. Ini menghasilkan gelembung oksigen dan hidrogen, dalam proses yang diketahui sebagai pembuatan gas atau gasification. Sehingga hilangnya air, oksidasi di elektroda positif, dan dalam kasus ekstrim, terjadi bahaya ledakan.

Di sisi lainnya, keberadaan gas menghindari stratifikasi asam. Setelah beberapa siklus penyimpanan dan pengeluaran yang terus menerus, asam cenderung terpusat di bagian bawah baterai, sehingga mengurangi kapasitas efektifnya. Proses gasifikasi menggerakan elektrolit dan menghindari stratifikasi. Sekali lagi, adalah perlu untuk menemukan kompromi antara keuntungan (menghindari stratifikasi elektrolit) dan keadaan merugikan (kehilangan air dan produksi hidrogen). Satu pemecahannya adalah lebih sering membiarkan penyimpanan yang sedikit berlebihan. Satu metode yang umum adalah membiarkan tegangan sebanyak 2,35 sampai 2,4 Volt untuk masing-masing elemen baterai sekali dalam beberapa hari, di suhu 25o C. Regulator sebaiknya menjamin penyimpanan berlebihan yang berkala dan terkontrol.

2. Pengeluaran daya yang berlebihan

Dengan cara yang sama dimana ada batas atas, ada juga batas bawah dari kondisi penyimpanan baterai. Mengeluarkan melebihi batas itu akan menimbulkan pengrusakan pada baterai. Ketika persediaan baterai yang efektif habis, pengatur mencegah daya yang tersisa agar tidak diambil dari baterai. Kalau tegangan baterai mencapai batas minimum 1,85 Volt setiap selnya di suhu 25° C, pengatur memutuskan beban dari baterai.

Jika pengeluaran baterai sangat mendalam dan baterai tetap dalam kondisi pengeluaran untuk jangka waktu yang lama, akan terjadi tiga efek: pembentukan sulfat yang terkristal pada pelat baterai, bahan aktif pada pelat baterai akan lepas / berguguran, dan pelat baterai akan melengkung. Proses membentuk kristal sulfat yang stabil dinamakan sulfasi keras. Ini benar-benar tidak baik karena akan membentuk kristal besar yang tidak turut serta dalam reaksi kimia dan dapat membuat baterai anda tidak dapat digunakan.

BAB III

ANALISA POTENSI ENERGI SURYA

3.1 Pemanfaatan Energi Surya

Di Indonesia Pemanfaatan energi surya memiliki potensi masa depan yang sangat besar, tidak hanya dalam menyediakan listrik dan panas tetapi juga untuk digunakan pada proses industri serta pengembangan kendaraan surya.

Beberapa keuntungan menggunakan PLTS di Indonesia adalah :

• Sumber energi tersedia sepanjang tahun dan gratis;
• Bebas polusi udara;
• Tidak bising;
• Tidak memerlukan sistem transmisi yang rumit;
• Tidak menyebabkan efek pemanasan global;
• Dapat ditempatkan di daerah terpencil;
• Umur pakainya panjang, kurang lebih 20 tahun;
• Aman;
• Perawatannya sangat mudah dan hampir tanpa biaya.

Meskipun energi surya adalah bentuk energi paling berlimpah yang tersedia di Indonesia bahkan di planet bumi ini, energi surya tetap bukanlah sumber energi yang sempurna. Hal ini tidak hanya merujuk pada kalahnya prioritas biaya dibandingkan bahan bakar fosil tetapi juga karena masalah intermitten (tidak kontinyu). Seperti yang kita ketahaui, energi surya tidak tersedia pada malam hari dan karenanya membutuhkan solusi penyimpanan energi yang memadai untuk menutup kekurangan ini.

Beberapa Hambatan Distribusi PLTS di Indonesia adalah:

• Biaya/harga pengadaan (investasi) PLTS tinggi;
• Target sasaran: rakyat yang belum dilayani PLN, mereka yang berpendapatan sangat rendah, tinggal di daerah terpencil, kondisi infrastruktur minim;
• Biaya distribusi dan pelayanan tinggi;
• Harapan Konsumen melebihi kemampuan teknologi PLTS, karena cara pandang konsumen sangat dipengaruhi oleh sifat listrik konvensional (PLN);
• Banyak pihak, termasuk lembaga keuangan melihat Listrik sebagai produk konsumtif dan menganggapnya sebagai infrastruktur dan bukan komoditas;
• Pengetahuan dan kesadaran masyarakat tentang peranan PLTS dalam memberikan energi listrik alternatif ramah lingkungan terbatas;
• Beberapa Instansi Pemerintah melaksanakan proyek PLTS tahunan dengan pendekatan proyek (bukan program), caranya beragam yang seringkali bertabrakan dengan bisnis perusahaan swasta yang menjual secara kredit;
• Kebijakan Nasional yang jelas dan komprehensif pemanfaatan PLTS (bandingkan dengan negara-negara yang telah berhasil memanfaatkannya : Srilanka, Kenya dll) belum ada;

3.2 Potensi Energi Surya di Indonesia

Indonesia mempunyai intensitas radiasi yang berpotensi untuk membangkitkan energi listrik, dengan rata-rata daya radiasi matahari di Indonesia sebesar 4.8 Watt/m2. Data hasil pengukuran intensitas radiasi tenaga surya di seluruh indonesia yang sebagian besar dilakukan oleh BPPT dan sisanya oleh BMG dari tahun 1965 hingga 1995 ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Intensitas Radiasi Matahari di Indonesia [6]

Pada Tabel 1 terlihat bahwa Nusa Tenggara Barat dan Papua mempunyai intensitas radiasi matahari paling tinggi di seluruh wilayah Indonesia, sedangkan Bogor mempunyai intensitas radiasi matahari paling rendah di seluruh wilayah Indonesia. Dalam penelitian potensi PLTS di Indonesia ini, semua wilayah baik yang mempunyai intensitas radiasi matahari paling tinggi maupun paling rendah dipertimbangkan.

Secara umum biaya pembangkitan PLTS lebih mahal dibandingkan dengan biaya pembangkitan pembangkit listrik tenaga fosil, pembangkit listrik tenaga air, minihidro, dan panas bumi. Tetapi seiring dengan adanya penelitian dari Amerika yang menyatakan bahwa biaya investasi PLTS di masa datang akan menurun, sehingga dengan dihapuskannya subsidi Bahan Bakar Minyak (BBM) secara bertahap dimungkinkan PLTS dapat dipertimbangkan sebagai pembangkit listrik alternatif.

BAB IV

KESIMPULAN

1. Energi surya melalui konversi di manfaatkan menjadi energi listrik, yang diperoleh dengan system photovoltaic (Pembangkit Listrik tenaga surya).
2. Energi yang dihasilkan panel/modul surya perhari tergantung pada intensitas cahaya matahari.
3. Efisiensi yang terjadi pada sel surya adalah merupakan perbandingan daya yang dapat dibangkitkan oleh sel surya dengan energi input yang diperoleh dari sinar matahari.
4. Intensitas radiasi matahari rata-rata di seluruh wilayah Indonesia sekitar 4,8 kWh/m2 yang berpotensi untuk membangkitkan energi listrik dan dapat digunakan sebagai sumber energi alternatif. Kendala yang dihadapi pada penerapan PLTS di Indonesia adalah tingginya biaya investasi, piranti utama PLTS yaitu modul fotovoltaik masih diimpor dari negara lain dan efisiensi dari modul fotovoltaik hanya sebesar 16% yang menyebabkan harga PLTS per kW masih sangat tinggi.
5. Untuk meningkatkan kapasitas terpasang dari PLTS, Pemerintah perlu mengeluarkan regulasi atau menambah kandungan lokal terhadap pembuatan piranti pendukung PLTS.

Daftar Pustaka

1. Suriadi, syukri, Mahdi. 2010. Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Terpadu Menggunakan Software PVSYST Pada Komplek Perumahan di Banda Aceh. Jurnal Rekayasa Elektrika Vol. 9, No. 2, Hal : 77-80.
2. Alpensteel.com, 2013. Sel surya sebagai energy alternative.[Online]: http://www.alpensteel.com
3. Teknologisurya.wordpress.com, 2011. Sel surya : Struktur & Cara kerja. [Online]: http://teknologisurya.wordpress.com.
4. Energisurya.wordpress.com, 2008. Membuat Sel Surya Sendiri? Bagian 2 : Proses Pembuatan Sel Surya, [Online]: Buka Disini
5. Wahyu H., 2007. Pembuatan Battery Control Unit (BCU) Dengan Kapasitas 120VA Pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya, Tugas Akhir. Politeknik Bandung.
6. Irawan R., Ira F., 2010. Analisis Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Surya di Indonesia. [Online]: Download

Tutorial Arduino Mengukur Tegangan Dengan Modul Sensor Tegangan

1. Modul Sensor Tegangan

Prinsip kerja modul sensor tegangan yaitu didasarkan pada prinsip penekanan resistansi, dan dapat membuat tegangan input berkurang hingga 5 kali dari tegangan asli. Bentuk modul sensor tegangan seperti ditunjukkan pada gambar 1 berikut :

Gambar 1  Modul sensor tegangan [1]

Fitur-fitur dan kelebihannya:

• Variasi Tegangan masukan: DC 0 - 25 V
• Deteksi tegangan dengan jangkauan: DC 0.02445 V - 25 V
• Tegangan resolusi analog: 0,00489 V
• Tegangan DC masukan antarmuka: terminal positif dengan VCC, negatif dengan GND
• Output Interface: "+" Koneksi 5 / 3.3V, "-" terhubung GND, "s" terhubung Arduino pin A0
• DC antarmuka masukan: red terminal positif dengan VCC, negatif dengan GND

2. Kalibrasi Modul Sensor Tegangan

Prinsip kerja modul sensor tegangan ini dapat membuat tegangan input mengurangi 5 kali dari tegangan asli. Sehingga, sensor hanya mampu membaca tegangan maksimal 25 V bila diinginkan Arduino analog input dengan tegangan 5 V, dan jika untuk tegangan 3,3 V, tegangan input harus tidak lebih dari 16.5 V. Pada dasarnya pembacaan sensor hanya dirubah dalam bentuk bilngan dari 0 sampai 1023, karena chip Arduino AVR memiliki 10 bit, jadi resolusi simulasi modul 0,00489 V yaitu dari (5 V / 1023), dan tegangan input dari modul ini harus lebih dari 0,00489 V x 5 = 0,02445 V. Sehingga dapat dirumuskan seperti persamaan (1.1) berikut :

Volt = ((Vout x 0.00489) x 5)       (1.1)

Modul tegangan ini disusun secara parallel terhadap beban. Pada gambar 2 menunjukan contoh cara mengukur tegangan beban pada panel surya (PV) dengan sensor tegangan yang dihubungkan secara paralel, seperti gambar berikut :

Gambar 2 Bentuk rangkaian sensor tegangan untuk mengukur tegangan beban pada Panel Surya[2]

3. Rangkaian koneksi Aduino dengan Sensor Tegangan

Cara merangkai modul sensor tegangan yang di koneksi dengan arduino yaitu kabel merah dihubungkan dengan sumber tegangan 5V, kabel hitam dihubungkan dengan ground (GND) dan kabel hijau dihungkan dengan analog read 0 (A0) pada arduino. Untuk lebih jelasnya seperti yang ditunjukkan pada gambar 3 berikut ini :

Gambar 3 Rangkaian koneksi arduino dengan modul sensor tegangan[2]

4. Source Code Sensor tegangan untuk Arduino

Contoh memprogram arduino untuk dapat menjalankan sensor tegangan dengan tegangan maksimum 25V. Memasukkan rumus kalibrasinya persamaan (1.1), kedalam program seperti berikut:

#include <Wire.h>
int Volt1;
int Volt;

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Voltage: ");
 }
void loop()
{
      Volt1=analogRead(0);
      Volt=((Volt1*0.00489)*5);
      Serial.print(Volt);
      Serial.println("V");
     
   delay(1000);
}

Referensi:
[1] Arduino, September 2016, “Voltage Sensor Module”, [Online]: http://www.emartee.com/product/42082/Voltage%20Sensor%20Module%20%20Arduino%20Compatible
[2] M. Rizal, F., "Rancangan dan Analisis Data Logger Multichannel untuk Menentukan Performansi Panel Surya," Tesis, Unsyiah, Banda Aceh, Indonesia, 2015.

Belajar Dasar Arduino dan Tutorial Pemograman arduino

A. Arduino

Arduino adalah sebuah kit elektronik open source yang dirancang khusus dengan kemampuan komputasi yang dapat berinteraksi secara lebih dekat dengan dunia nyata dibandingkan komputer biasa, untuk memudahkan bagi para seniman, desainer, dan siapapun yang tertarik dalam menciptakan objek atau mengembangkan perangkat elektronik yang dapat berinteraksi dengan bermacam-macam sensor dan pengendali [1-2].

B. Software Arduino

Arduino dapat di operasikan dengan cara menginstal terlebih dahulu software atau aplikasi pendukung untuk memprogram mikrokontroler arduino berupa program Sederhana, dengan programming environment turunan dari bahasa pemrograman C yang mudah dimengerti [3].

Software arduino untuk windows dapat di download langsung Di sini

Jika menginginkan Software Arduino untuk dijalankan pada Operasi Sistem (OS) lainnya, dapat diperoleh pada alamat situs web resminya, dimana tersedia untuk sistem operasi Windows, Mac dan Linux: Klik Disini

C. Tutorial Dasar Pemograman Arduino

Setelah proses penginstalan software arduino berhasil, maka untuk dasar tutorial pemrograman Arduino dapat diperhatikan gambar 1 dan berikut ini penjelasan beberapa function yang biasa digunakan pada program arduino. 

Gambar 1 Bentuk software arduino versi 1.6.2 [1]

Void setup( ) dimana Semua kode program yang berada dalamnya akan dibaca sekali oleh Arduino. Biasanya isinya berupa kode perintah untuk menentukan fungsi pada sebuah pin.

Void loop( ) dimana semua kode program yang berada didalammya akan dibaca setelah void setup dan akan dibaca secara berulang terus-menerus oleh arduino, hingga Arduino dimatikan atau di reset. Isinya berupa kode-kode perintah kepada pin INPUT dan OUTPUT pada Arduino.

pinMode( ) digunakan untuk melakukan konfigurasi secara spesifik fungsi dari sebuah pin, apakah digunakan sebagai input atau sebagai output. Contoh penggunaan function pinMode() ialah sebagai berikut.

• pinMode(0, INPUT); //konfigurasi pin 0 Arduino sebagai pin input
• pinMode(13, OUTPUT); //konfigurasi pin 13 Arduino sebagai pin output

digitalRead() digunakan untuk membaca nilai pin digital yang spesifik, apakah bernilai HIGH atau LOW. Contoh penggunaan function digitalRead( ) seperti berikut ini :

• digitalRead(0); //membaca nilai digital dari pin 0 Arduino

digitalWrite( ) digunakan untuk membaca nilai digital, selain itu function ini juga untuk menuliskan atau memberikan nilai pada suatu pin digital secara spesifik. function digitalWrite() memberikan nilai pin digital yang spesifik apakah bernilai HIGH atau LOW, yang dapat dilakukan. Contoh penggunaan function digitalWrite() seperti berikut ini:

• digitalWrite(13, HIGH); //memberikan nilai digital HIGH pada pin 13 Arduino
• digitalWrite(13, LOW); //memberikan nilai digital LOW pada pin 13 Arduino

delay( ) dimana function delay() ini digunakan untuk memberikan waktu tundaan (dalam satuan millisecond) untuk mengerjakan satu baris program ke baris selanjutnya. Contoh penggunaan function delay() seperti berikut ini :

• delay(500); /*memberikan waktu tundaan 500 millisecond, atau setara dengan 0.5 detik sebelum melanjutkan mengerjakan perintah baris program selanjutnya, jiga diinginkan waktu tunda 1 detik maka ditulis delay(1000) dan seterusnya */

analogRead( ) digunakan untuk membaca nilai analog. Function analogRead(), digunakan untuk membaca nilai analog melalui pin analog. Untuk board Arduino Uno memiliki 6 channel analog, Arduino Mini dan Nano 8 channel, sedangkan Arduino Mega 10 channel, dengan resolusi 10 bit analog to digital converter. Dengan resolusi 10 bit memungkinkan pemetaan tegangan antara 0 volt hingga 5 volt dalam nilai integer dari 0 hingga 1023. Sehingga resolusi pembacaan nilai analog ialah 5 volt dibagi 1024 unit, atau sekitar 4,9 mV per unit. Dibutuhkan sekitar 100 microsecond untuk membaca suatu input analog, dengan kata lain tingkat pembacaan maximum nilai analog ialah 10000 kali dalam satu detik. Contoh dari function analogread() seperti berikut ini :

• analogRead(A0); //membaca nilai analog dari pin A0 Arduino

Serial.print( ) digunakann untuk menampilkan teks dan juga dapat menampilkan nilai pada sebuah sensor di Serial Monitor, contohnya penggunaan function Serial.print( ) seperti berikut ini :

• Serial.print (“Hello World”); //Untuk menampilkan kata Hello World
• Serial.print (nama sensor); //Untuk menampilkan nilai dari sensor yang telah di kenal kan

Serial Monitor pada Arduino sendiri dapat dibuka dengan dengan memilih menu Tools kemudian pilih Serial Monitor. Ataupun dengan menekan kombinasi CTRL+SHIFT+M di keyboard. Atau bisa juga dengan meng-klik ikon Kaca Pembesar di Arduino, seperti ditunjukan pada gambar 2 berikut ini:

Gambar 2 cara menampilkan serial Monitor [1]

D. Tutorial Blink LED

Blinking LED merupakan pelajaran pemrograman yang paling sederhana dari pelajaran pemrograman Arduino. Pada pemograman Arduino, kita akan menanamkan program tersebut kedalam board arduino yang akan mengeksekusi sebuah aksi yang real. Misalnya, menyalakan dan memadamkan lampu, memutar motor dc, dan aksi-aksi lainnya. Dalam praktikum ini, aksi yang akan dilakukan yaitu, membuat sebuah led berkedap-kedip, atau dalam bahasa Inggrisnya sering disebut Blinking [4].

Blink LED sebenarnya sudah ada contoh program yang telah disediakan oleh software arduino. Cara mengambilnya yaitu File kemudian Example lalu 01.Basic dan terus Bink, seperti yang ditujukan pada gambar 3 berikut ini :

Gambar 3 menggambil contoh program Blink LED yang telah tersedia pada software arduino[1]

Berikut ini merupakan salah satu contoh bentuk program untuk blink LED :

void setup() {

pinMode(13, OUTPUT); //initialize digital pin 13 as an output.

}

// the loop function runs over and over again forever

void loop() {

digitalWrite(13, HIGH); //turn the LED on (HIGH is the voltage level)

delay(1000); //wait for a second

digitalWrite(13, LOW); //turn the LED off by making the voltage LOW

delay(1000); //wait for a second

}

Setelah program selesai dibuat dan kemudian di upload/ditanamkan ke board arduino maka bentuk rangkain yang perlu di instalasi seperti dicontohkan pada gambar 4 berikut :

Gambar 4 Contoh rangkaian yang di instalasi untuk Blink LED [4]

Maka nanti akan menghasilkan LED tersebut menyala dalam waktu 1 detik dan padam juga dalam 1 detik. Proses nyala dan padam LED dapat diatur menurut delay yang diberikan saat di program. Bisa divariasikan padam dan nyala LED menurut kebutuhan yang diinginkan. 

Selamat mencoba, dan semoga bermanfaat.

Referensi:

[1] Arduino, September 2016, “Arduino”, [Online]: Arduino Website

[2] M. Rizal, F., "Rancangan dan Analisis Data Logger Multichannel untuk Menentukan Performansi Panel Surya," Tesis, Unsyiah., Banda Aceh, Indonesia, 2015.

[3] Feri D., Juli 2011, “Pengenalan Arduino”, [Online]: Download
[4] Bbrobot Indonesia, September 2016, “Panduan Praktikum Dasar Arduino”, [Online]: Download

Pengertian, Rangkaian Ekivalen, kurva karakteristik dan Parameter Panel Surya (Photofoltaic)

Pengertian dan Parameter Panel Surya (Photofoltaic)

Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya menjadi listrik. Surya atau Matahari merupakan sumber cahaya terkuat yang dapat dimanfaatkan. Panel surya sering kali disebut sel photovoltaic, photovoltaic dapat diartikan sebagai “cahaya-listrik”.

Pada umumnya panel surya atau photofoltaic(PV) memiliki rangkaian ekivalen seperti ditunjukkan pada gambar 1 dan pemodelan matematis sangat diperlukan untuk mengetahui parameter panel surya yang digunakan.

Gambar 1 Rangkaian ekivalen PV [1 - 2]

Sebuah sel panel surya dapat dimodelkan oleh sebuah sumber arus secara paralel dengan dioda. Sebuah resistor shunt dan sebuah resistor paralel ditambahkan untuk model mekanisme kerugian dalam sel panel surya. Dari rangkaian ekivalen pada Gambar 1, yang dihasilkan oleh sel panel surya adalah sumber arus dikurangi arus yang mengalir melalui dioda dan yang mengalir melalui resistor paralel, sehingga dapat dituliskan persamaan (1.1) seperti berikut [3] :

                                                                              (1.1)

Dimana I_L arus yang dibangkitkan cahaya (A), I₀ arus saturasi dioda p-n (A), R_S merupakan resistor seri pada sel PV (W), R_sh resistor paralel sel panel surya (W), a adalah parameter diaoda 1 £ a £ 2 dan V_ttegangan terminal (V) yang dinyatakan seperti persamaan (1.2) berikut :

                                                                                                                    (1.2)

Dimana, T merupakan temperatur (K), k konstanta Boltzmann (1.3806 x 10^-23 J/K) dan q muatan elektron (1.6021 x 10^-19C). R_p resistor shunt atau resistor paralel menunjukan arus yang bocor (leakage) pada sambungan p-n dioda, dimana nilainya untuk panel surya modul silikon sekitar 0.1 – 10 m2 [2, 4].

Intensitas radiasi matahari tergantung pada posisi geografis, waktu, hari tahun, kondisi iklim, komposisi atmosfer, ketinggian, dan berbagai faktor lainnya. Pada umumnya data informasi tentang karakteristik dan kinerja perangkat panel surya sehubungan dengan apa yang disebut Standard Test Condition(STC), yang berarti intensitas radiasi matahari 1000 W / m² dengan kondisi suhu pada 25 ^oC [4]. Pada Gambar 2 menunjukan kurva karakteristik I dan V pada panel surya seperti berikut:

 Gambar 2 Kurva karakteristik I dan V panel surya [4]

            Pada kurva di atas V_mpmerupakan tegangan maksimum dan I_mp adalah arus maksimum. Jumlah daya (watt) pada batas maksimum ditentukan dengan perkalian dari V_mp dan I_mp. Output berkurang sebagaimana tegangan menurun. Arus dan daya output dari kebanyakan panel surya menurun sebagaimana tegangan meningkat melebih maximum power point.

Open Circuit VoltageVoc, adalah kapasitas tegangan maksimum yang dapat dicapai pada saat tidak adanya arus (current), sehingga daya yang dihasilkan adalah 0 (nol). Short Circuit Current Isc, adalah maksimum keluaran arus dari panel surya yang dapat dikeluarkan di bawah kondisi dengan tidak ada resistansi atau short circuit. Daya pada Isc adalah 0 watt.

Efisiensi energi panel surya dinyatakan sebagai rasio energi total (termal dan elektrik) terhadap energi matahari yang jatuh pada permukaan panel surya dirumuskan pada persamaan (1.3) berikut [2, 4] :

                                                                                                         (1.3)

Dimana V_OC(V) menyatakan tegangan open circuit, I_SC arus short circuit (A), S_T radiasi global Matahari (W/m²), dan A luas permukaan modul PV (m²).

Daftar Pustaka :

  [1]   Agus Purwadi, Yanuarsyah Haroen., dkk., " Prototype Development of a Low Cost Data Logger for  PV Based LED Street Lighting System," in International Conference on Electrical Engineering and  Informatics, IEEE., 2011.

  [2] Hamdani, Dadan., Subagiada, Kadek., Subagio, Lambang., "Analisis Kinerja SolarPhotovoltaic System (Sps) Berdasarkan Tinjauan Efisiensi Energi dan Eksergi," Jurnal Material dan Energi  Indonesia, Vol. 01, No. 02 (2011), pp : 84 – 92.

  [3]  Di pizza, Carmela, Maria., Ragusa, Antonella., Vitale, Gianpaolo., " Identification of Photovoltaic  Array Model Parameters by Robust Linear Regression Methods," International Conference on      Renewable Energies and Power Quality (ICREPQ’09), Valencia (Spain), 15th to 17th April, 2009.

 [4]  Marcelo G.V., “Comprehensive Approach to Modelling and Simulation of Photovoltaic Arrays”.    IEEE Transaction on power Electronics Vol. 24 No. 5, pp : 1198-1208, 2009.