bab iii metode penelitian 3.1 diagram alir penelitian...
Post on 26-Mar-2021
5 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Adi Fitrah Alfaridzi, 2018 OPTIMALISASI SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM BERBASIS
SOLAR PANEL DENGAN PENGATURAN INTENSITAS CAHAYA
SECARA OTOMATIS Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
| perpustakaan.upi.edu
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian
Langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian ini terdiri dari
beberapa langkah sebagai berikut, Tahapan pengerjaan penulis sajikan
dengan diagram alir dari awal penelitian hingga selesai.
34
Adi Fitrah Alfaridzi, 2018 OPTIMALISASI SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM BERBASIS
SOLAR PANEL DENGAN PENGATURAN INTENSITAS CAHAYA
SECARA OTOMATIS Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
| perpustakaan.upi.edu
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
Gambar 3.1 menjelaskan prosedur pada penelitian ini, yang
terdiri dari beberapa langkah. Langkah pertama yaitu melakukan studi
literatur dan studi lapangan. Studi literatur dilakukan untuk menambah
wawasan mengenai PJU secara teori, studi literatur yang dilakukan
35
Adi Fitrah Alfaridzi, 2018 OPTIMALISASI SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM BERBASIS
SOLAR PANEL DENGAN PENGATURAN INTENSITAS CAHAYA
SECARA OTOMATIS Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
| perpustakaan.upi.edu
meliputi studi mengenai standar pencahayaan, jenis – jenis jalan, jenis-
jenis tiang PJU, standar tinggi tiang, dan standar jarak antara tiang.
Kemudian Studi lapangan dilakukan untuk mengetahui sistem yang ada
dilapangan, mengobservasi dan memahami sistem dan keadaan yang ada
di lapangan.
Langkah kedua adalah melakukan pengumpulan data yang
mendukung penelitian. Pengumpulan data ini diambil dari data yang
sudah ada dan diambil dari observasi di lapangan secara langsung.
Observasi di lapangan secara langsung dilakukan dengan tujuan untuk
memverifikasi data yang sudah ada sekaligus mengumpulkan
kekurangan data yang ada. Langkah ketiga yaitu melakukan pengecekan
terhadap data yang sudah didapat, memastikan data yang sudah didapat
sehingga benar-benar cukup untuk melakukan perancangan. Jika data
masih dirasa kurang maka dilakukan pengulangan pengumpulan data.
Langkah keempat melakukan desain optimalisasi PJU berbasis
solar panel dengan pengaturan intensitas cahaya secara otomatis.
Terdapat dua aspek optimalisasi yang diperhitungkan di dalam desain,
yang pertama adalah optimalisasi solar panel secara statis, menggunakan
MPPT dengan algoritma Perturb and Observe (P&O). Dalam
optimalisasi ini dilakukan perancangan buck konverter, nilai-nilai
besaran komponen diperhitungkan dengan spesifikasi yang sesuai
dengan kebutuhan pada sistem, selain itu nilai efisiensi dari buck
konverter juga diperhitungakan. Algoritma MPPT diimplementasikan
pada microcontroller untuk mengatur nilai duty cycle pada buck
konverter. Kemudian simulasi MPPT dilakukan dengan menggunakan
perangkat lunak PSIM v.9.0.3.4, dan hasil dari simulasi diverifikasi.
Aspek kedua adalah optimalisasi konsumsi daya pada bagian
penerangan dengan cara merancang sistem peredupan secara otomatis.
Desain pencahayaan dilakukan terlebih dahulu agar sistem pencahayaan
baik pada saat redup maupun pada saat pencahayaan penuh memenuhi
standar, Setelah itu rangakaian serta pemrograman peredupan otomatis
didesain, dengan microcontroller sebagai pengendali peredupan dan PIR
36
Adi Fitrah Alfaridzi, 2018 OPTIMALISASI SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM BERBASIS
SOLAR PANEL DENGAN PENGATURAN INTENSITAS CAHAYA
SECARA OTOMATIS Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
| perpustakaan.upi.edu
sensor sebagai input. Pengambilan data dari penerapan dilapangan
dilakukan selama satu minggu.
Langkah kelima adalah menganalisis hasil yang didapat, hasil
simulasi optimalisasi pada solar panel dengan menggunakan perangkat
lunak PSIM v.9.0.3.4 dan hasil optimalisasi konsumsi daya pada lampu
berdasarkan penerapan dilapangan di analisis. Dalam analisis
optimalisasi solar panel, hasil simulasi tanpa MPPT dan simulasi dengan
menggunakan MPPT dibandingkan, sedangkan pada analisis
optimalisasi peredupan lampu, perbandingan konsumsi daya antara
sistem dengan peredupan lampu dan tanpa peredupan dibandingkan.
Langkah terakhir yang dilakukan adalah mengambil kesimpulan
berdasarkan hasil yang telah didapat.
3.2 Lokasi Penelitian dan Waktu Penelitian
Lokasi tempat penelitian dan penerapan dilapangan desain
optimalisasi dilakukan di Jalan Sukamaju, Kelurahan Cipadung Kulon,
Kecamatan Panyileukan, Kota Bandung, Jawa Barat. Jalan ini
merupakan tipe jalan lokal yang merupakan jalan umum yang berfungsi
untuk melayani angkutan setempat, dengan lebar jalan sebesar lima
meter. Waktu penelitian dilakukan selama satu minggu yaitu pada
tanggal 24 Desember 2017 – 30 Desember 2017.
3.3 Sumber Data
Data yang digunakan pada penelitian adalah data PJU yang
didapat dari Dinas Pekerjaan Umum (DPU) Kota Bandung bidang
Penerangan Jalan Umum (PJU) dan data hasil observasi lapangan secara
langsung. Adapun data yang didapat dari DPU dan hasil observasi
adalah data spesifikasi PJU untuk jalan lokal mengenai tingkat iluminasi,
tinggi tiang dan jarak antar tiang yang harus terpenuhi sesuai dengan
SNI sedangkan data dari lapangan adalah data jarak antara tiang dan
tinggi tiang.
3.4 Data Teknis
37
Adi Fitrah Alfaridzi, 2018 OPTIMALISASI SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM BERBASIS
SOLAR PANEL DENGAN PENGATURAN INTENSITAS CAHAYA
SECARA OTOMATIS Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
| perpustakaan.upi.edu
Data teknis yang digunakan dalam penelitian meliputi data
iluminasi, data spesifikasi tiang, data solar panel, dan data baterai. Data
iluminasi digunakan sebagai acuan dalam perancangan agar sistem
pencahayaan memenuhi standar SNI, kemudian data solar panel dan
data baterai digunakan untuk simulasi optimalisasi solar panel
menggunakan Maximum Power Point Tracking (MPPT) dengan
algoritma Perturb and Observe (P&O) yang disimulasikan
menggunakan aplikasi PSIM v.9.0.3.4.
Tabel 3.1 Spesifikasi PJU
Spesifikasi PJU
E rata-rata (lux) = 2 - 5 2-5 Lux
Tinggi tiang 5 meter
Jarak antara tiang 25 meter
Tipe Satu Sisi
Tabel 3.2 Data Parameter Solar Panel
Parameter Solar Panel (2 x 60W/Paralel)
Daya Maksimum 120 W
Tegangan Saat Pmax Vmpp = 17,1 V
Arus Saat Pmax Impp = 7 A
Tegangan Open Circuit Voc = 21,1 V
Arus Short Circuit Isc = 7,6 A
Tabel 3.3 Data Parameter Baterai
Parameter Baterai
38
Adi Fitrah Alfaridzi, 2018 OPTIMALISASI SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM BERBASIS
SOLAR PANEL DENGAN PENGATURAN INTENSITAS CAHAYA
SECARA OTOMATIS Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
| perpustakaan.upi.edu
3.5 Desain Rancangan Optimalisasi
Rancangan optimalisasi penerangan jalan umum berbasis solar
panel dengan pengaturan intensistas cahaya secara otomatis ini
ditunjukan pada Gambar 3.2. Sistem terdiri dari beberapa komponen
utama yaitu solar panel, baterai dan LED, kemudian beberapa komponen
kendali seperti microcontroller, buck konverter, MOSFET, driver,
sensor, dan relay.
Gambar 3.2 Diagram Optimalisasi
Sumber energi berasal dari cahaya matahari dikonversi menjadi
energi listrik dengan menggunakan solar panel. Kemudian untuk
mengoptimalisasi output dayanya diimplementasikan MPPT dengan
algoritma P&O pada buck konverter dengan menggunakan
microcontroller sebagai pengendali Duty Cycle. Energi listrik pada
Tegangan 12V
Kapasitas 110Ah
39
Adi Fitrah Alfaridzi, 2018 OPTIMALISASI SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM BERBASIS
SOLAR PANEL DENGAN PENGATURAN INTENSITAS CAHAYA
SECARA OTOMATIS Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
| perpustakaan.upi.edu
baterai digunakan untuk menghidupkan lampu LED yang didesain untuk
redup secara otomatis bergantung kepada kondisi lalu lintas jalan
dengan bantuan microcontroller. PIR sensor berfungsi untuk
memberikan input keadaan jalan kepada microcontroller.
3.5.1 Desain Optimalisasi MPPT
Dalam desain optimalisasi solar panel, simulasi MPPT dilakukan
dengan menggunakan perangkat lunak PSIM v.9.0.3.4, dengan
algoritma P&O. Gambar 3.3 menunjukan flowchart algoritma yang
digunakan.
Gambar 3.3 Flowchart MPPT P&O
40
Adi Fitrah Alfaridzi, 2018 OPTIMALISASI SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM BERBASIS
SOLAR PANEL DENGAN PENGATURAN INTENSITAS CAHAYA
SECARA OTOMATIS Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
| perpustakaan.upi.edu
3.5.2 Desain Buck Konverter
Jenis buck konverter yang digunakan pada peneilitian ini adalah
synchronous buck konverter dengan parameter buck konverter adalah
sebagai berikut.
Tabel 3.4 Parameter Buck Konverter
Tegangan Input 17,1 V
Tegangan Output Minimal 11 V
Daya Input Maksimum 120 W
Frekuensi Switching 50kHz
Ripple Arus Induktor 10% dari arus maksimum
Ripple Tegangan Output 50 mV
Ripple Tegangan Input 1 V
Mode CCM
Berdasarkan data teknis maka perhitungan besaran pada buck konverter
adalah :
Iout(maks) = 𝑃
𝑉 =
120
11= 10,9 A ≈ 11 A (3.1)
Sehinga nilai ripple arusnya
∆𝐼L = 0,1 x Iout(maks) = 0,1 x 11 = 1,1 A≈ 1A (3.2)
Duty Cycle
D = 𝑉𝑜𝑢𝑡
𝑉𝑖𝑛 =
11
17,1 = 0,643 (3.3)
Nilai Induktor dan Kapasitor ditentukan dengan rumus
L = 𝑉𝑖𝑛−𝑉𝑜𝑢𝑡
∆𝐼𝑙 DT =
17.1 −11
1 𝑥 50000 0,643= 78,446 µH (3.4)
41
Adi Fitrah Alfaridzi, 2018 OPTIMALISASI SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM BERBASIS
SOLAR PANEL DENGAN PENGATURAN INTENSITAS CAHAYA
SECARA OTOMATIS Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
| perpustakaan.upi.edu
Dengan asumsi nilai ESR 0,03 Ohm
Cout = ∆𝐼𝑙 𝑥 𝑇
8 (∆𝑉𝑐−∆𝐼𝑙𝑅𝑐) =
1
8 (0.05 −(1 𝑥 0,03))50000 = 125 uF
(3.5)
Kemudian nilai kapasitor input
Cin = Iout(max) (1−𝐷)𝐷𝑇
(∆𝑉𝑖𝑛−𝑅𝑐.𝐼𝑜𝑢𝑡𝑚𝑎𝑥)
= 10 0,327 𝑥 0,673
(1−(0,05 𝑥 11))𝑥 50000 = 97,8 µF ` (3.6)
Rugi- rugi pada induktor
PL = (Iout2 +
∆𝐼𝑙2
12) RL = (11
2 +
12
12) 0,2 x 10
-3 = 0,024 W (3.7)
Rugi-rugi pada kapasitor Cout
Pcout = Rcout ∆𝐼𝑙2
12 = 30 x 10
-3 12
12 = 0,0025 W (3.8)
Rugi-rugi pada kapasitor Cin adalah
Pcin = RcinD(Iout2 (1-D) +
∆𝐼𝑙2
12)
=50 x 10-3
x 0,643 (112 (0,357) +
12
12) = 1,39 W (3.9)
Rugi-rugi pada MOSFET
Pon = =2((Iout2 +
∆𝐼𝑙2
12) DRon )
=2((112 +
12
12)0,643(1,7 x10
-3))= 0,132 W (3.10)
Psw + PG = (VIL(on)(trise + tfall) + QGVG)fs
= 2(((Vin – Vout)( IL(on)/2)( trise + tfall)) + (QGVG))fs
= 2(((17,1V – 11V)( 11A/2)( 10ns + 10ns)) +
(50nC.10V))50000
42
Adi Fitrah Alfaridzi, 2018 OPTIMALISASI SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM BERBASIS
SOLAR PANEL DENGAN PENGATURAN INTENSITAS CAHAYA
SECARA OTOMATIS Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
| perpustakaan.upi.edu
=2(( 0,03355 + 0,025))
= 0,1171 W (3.11)
Rangkuman hasil-hasil dari perhitungan nilai besaran dan
efisiensi buck konverter disajikan pada Tabel 3.5.
Tabel 3.5 Nilai Besaran dan Efisiensi Buck Konverter
Nilai Kapasitor Input Cin 97,8 µF
Nilai Induktor L 78,446 µH
Nilai Kapasitor Output Cout 125 uF
Duty Cycle minimal D 0,643
Daya Input Maksimal Pin 120 W
Rugi-Rugi Daya Induktor PL 0,024 W
Rugi-Rugi Daya Kapasitor
Output
PCout 0,0025 W
Rugi-Rugi Daya Kapasitor Input PCin 1,39 W
Rugi-Rugi Daya MOSFET Saat
On
PRon 0,132 W
Rugi-Rugi Daya Switching
MOSFET
PSW + PG 0,1171 W
Total Rugi-Rugi Daya Ptotal 1,6656
Pout Pin - Pout 118,3344 W
Effisiensi 𝜂 =
Pout
Pin
98,612%
3.5.3 Desain Optimalisasi Peredupan Otomatis
Untuk mengoptimalisasi penggunaan daya pada PJU, didesain
sistem peredupan otomatis. Metode yang digunakan dalam peredupan
adalah PWM, dengan nilai 95% ketikan keadaan kecerahan penuh dan
50% ketika keadaan redup. Setelan trigger PIR sensor menggunakan
single trigger dengan waktu satu kali aktif selama 3 menit 32 detik.
Nilai lumen yang sesuai diperhitungkan agar memenuhi standar yang
43
Adi Fitrah Alfaridzi, 2018 OPTIMALISASI SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM BERBASIS
SOLAR PANEL DENGAN PENGATURAN INTENSITAS CAHAYA
SECARA OTOMATIS Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
| perpustakaan.upi.edu
telah ada. Gambar 3.4 menunjukan Flowchart sistem pengaturan cahaya
secara otomatis.
Gambar 3.4 Flowchart Peredupan Otomatis
Berdasarkan data teknis maka perhitungan pencahayaan adalah :
Lumen = 𝐸(𝑙𝑢𝑥) 𝑥 𝑙𝑒𝑏𝑎𝑟 𝑗𝑎𝑙𝑎𝑛 𝑥 𝑗𝑎𝑟𝑎𝑘 𝑎𝑛𝑡𝑎𝑟𝑎 𝑡𝑖𝑎𝑛𝑔
𝑀𝐹 𝑥 𝐶𝑈 (3.12)
44
Adi Fitrah Alfaridzi, 2018 OPTIMALISASI SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM BERBASIS
SOLAR PANEL DENGAN PENGATURAN INTENSITAS CAHAYA
SECARA OTOMATIS Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
| perpustakaan.upi.edu
Lumen = 5 𝑥 5 𝑥 25
0.9 𝑥 0.29 = 2394,6 lm (3.12)
Nilai lumen yang dibutuhkan ketika keadaan redup adalah :
Lumen = 𝐸(𝑙𝑢𝑥) 𝑥 𝑙𝑒𝑏𝑎𝑟 𝑗𝑎𝑙𝑎𝑛 𝑥 𝑗𝑎𝑟𝑎𝑘 𝑎𝑛𝑡𝑎𝑟𝑎 𝑡𝑖𝑎𝑛𝑔
𝑀𝐹 𝑥 𝐶𝑈 (3.14)
Lumen = 2 𝑥 5 𝑥 25
0.9 𝑥 0.29 = 957,85 lm (3.15)
Tabel 3.6 Spesifikasi Pencahayaan
PWM Frekuensi
PWM
Daya Lumen CCT Lux
95% 490Hz 28,5 W 2821,5 lm 3000K 5
50% 490Hz 15 W 1485 lm 3000K 3,1
3.6 Perangkat Penunjang Penelitian
Perangkat penunjang pada penelitian ini adalah satu buah
komputer portable merk Asus dengan spesifikasi Intel core i3-3217U
CPU 1.80 Ghz, RAM 2 GB, Sistem Type 64 – bit, Sistem Operasi
Windows 7 Ultimate. Sedangkan perangkat lunak yang digunakan yaitu :
Microsoft Office Word 2016 untuk keperluan pengolahan kata;
Microsoft Office Excel 2016 untuk keperluan pembuatan grafik;
Snipping Tool untuk pemotongan gambar; Arduino IDE untuk
pemrograman Arduino; serta PSIM v.9.0.3.4 untuk simulasi
optimalisasi sistem.
top related