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