RANCANG BANGUN AUTOMATIC TRANSFER SWITCH SOLAR …

13
RANCANG BANGUN AUTOMATIC TRANSFER SWITCH PADA SOLAR HOME SYSTEM UNTUK MENDUKUNG PROSES MONITORING SECARA REALTIME TUGAS AKHIR Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Teknik (S.T.) Putu Gandhi Aditya Bayuntara 00000022154 PROGRAM STUDI TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNIK DAN INFORMATIKA UNIVERSITAS MULTIMEDIA NUSANTARA TANGERANG 2021

Transcript of RANCANG BANGUN AUTOMATIC TRANSFER SWITCH SOLAR …

Page 1: RANCANG BANGUN AUTOMATIC TRANSFER SWITCH SOLAR …

RANCANG BANGUN AUTOMATIC TRANSFER SWITCH

PADA SOLAR HOME SYSTEM UNTUK MENDUKUNG

PROSES MONITORING SECARA REALTIME

TUGAS AKHIR

Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Memperoleh

Gelar Sarjana Teknik (S.T.)

Putu Gandhi Aditya Bayuntara

00000022154

PROGRAM STUDI TEKNIK FISIKA

FAKULTAS TEKNIK DAN INFORMATIKA

UNIVERSITAS MULTIMEDIA NUSANTARA

TANGERANG

2021

Kerangka Penulisan

Page 2: RANCANG BANGUN AUTOMATIC TRANSFER SWITCH SOLAR …

ii

LEMBAR PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir ini adalah karya ilmiah saya

sendiri, bukan plagiat dari karya ilmiah yang ditulis oleh orang lain atau lembaga

lain. Semua karya ilmiah orang lain atau lembaga lain yang dirujuk dalam Tugas

Akhir ini telah disebutkan sumber kutipannya serta dicantumkan di Daftar Pustaka.

Jika di kemudian hari terbukti ditemukan kecurangan / penyimpangan, baik dalam

pelaksanaan Tugas Akhir maupun dalam penulisan laporan Tugas Akhir, saya

bersedia menerima konsekuensi dinyatakan TIDAK LULUS untuk mata kuliah

Tugas Akhir yang telah saya tempuh dan status kesarjanaan strata satu yang sudah

diterima akan dicabut.

Tangerang, 2 Juni 2021

Putu Gandhi Aditya Bayuntara

Page 3: RANCANG BANGUN AUTOMATIC TRANSFER SWITCH SOLAR …

iii

HALAMAN PENGESAHAN

Tugas Akhir dengan judul

“Rancang Bangun Automatic Transfer Switch Pada Solar Home System Untuk

Mendukung Proses Monitoring Secara Realtime”

oleh

Putu Gandhi Aditya Bayuntara

telah diujikan pada hari Rabu, 16 Juni 2021,

pukul 08.00 s.d. 9.30 dan dinyatakan lulus

dengan susunan penguji sebagai berikut.

Ketua Sidang

Muh. Salehuddin, S.T., M.T.(SMIEEE)

Penguji

Caesar O. Harahap, Ph.D.

Dosen Pembimbing

Dr. Eng. Niki Prastomo

Disahkan oleh

Ketua Program Studi Teknik Fisika

Universitas Multimdia Nusantara

Muh. Salehuddin, S.T., M.T.(SMIEEE)

Page 4: RANCANG BANGUN AUTOMATIC TRANSFER SWITCH SOLAR …

iv

RANCANG BANGUN AUTOMATIC TRANSFER SWITCH PADA

SOLAR HOME SYSTEM UNTUK MENDUKUNG PROSES

MONITORING SECARA REALTIME

ABSTRAK

Oleh : Putu Gandhi Aditya Bayuntara

Usaha pemerintah Indonesia dalam Kebijakan Energi Nasional membuahkan hasil

yang positif, yaitu bertambahnya penggunaan energi baru terbarukan terutama

energi surya. Penggunaan panel surya di Indonesia lebih condong kearah sistem on-

grid dikarenakan sistem ini memiliki nilai investasi yang lebih rendah jika

dibandingkan dengan sistem off-grid. Rendahnya investasi pada on-grid ini

diakibatkan tidak menggunakan baterai yang menyebabkan tidak dapat digunakan

pada malam hari, saat beban puncak PLN terjadi.

Untuk menghindari hal tersebut maka sistem hybrid merupakan pilihan yang bijak.

Untuk memaksimalkan penggunaan listrik yang disimpan pada sistem off-grid

dibutuhkan sebuah alat untuk memindahkan sumber listrik saat terjadi beban

puncak yaitu, Automatic Transfer Switch (ATS). Penulis mengembangkan ATS

berbasis Arduino yang dapat memindahkan sumber listrik dengan fitur memantau

dan menyimpan data penggunaan sistem hybrid pada Solar Home System.

Proses pembangunan dan pengujian ATS yang dapat memindahkan sumber 11 kali

dalam 30 detik dengan rata rata jeda 163 ms dan dapat mencatat data Solar Home

System setiap 2 detik. Harga ATS yang dibangun sebesar 19% dari ATS yang dijual

dipasaran dengan merk SMARTGEN HGM420N.

Kata kunci: automatic transfer switch, jeda, off-grid

Page 5: RANCANG BANGUN AUTOMATIC TRANSFER SWITCH SOLAR …

v

DESIGN,ASSEMBLY AUTOMATIC TRANSFER SWITCH IN SOLAR

HOME SYSTEM FOR SUPPORTNG REALTIME MONITORING

PROCESS

ABSTRACT

By : Putu Gandhi Aditya Bayuntara

The Indonesian government's efforts in the National Energy Policy have yielded

positive results, namely the increased use of new and renewable energy, especially

solar energy. The use of solar panels in Indonesia is more inclined towards on-grid

systems because this system has a lower investment value when compared to off-

grid systems. The low investment in on-grid is due to not using the battery which

makes it unusable at night, when PLN's peak load occurs. To avoid this, hybrid

system is a wise choice.

To maximize the use of electricity stored in an off-grid system, a device is needed

to switch the power source during peak loads, namely, Automatic Transfer Switch

(ATS). The author developed an ATS that can switch a power source with a feature

to monitor and store data of hybrid system on Solar Home System

The process of building and testing ATS which can move the source 11 times in 30

seconds with an average delay of 163 ms and can record Solar Home System data

every 2 seconds. The price of the ATS that was built was 19% of the ATS sold in the

market under the SMARTGEN HGM420N brand.

Keywords: automatic transfer switch, delay, off-grid

Page 6: RANCANG BANGUN AUTOMATIC TRANSFER SWITCH SOLAR …

vi

KATA PENGANTAR

Puji Untuk mengawali tugas akhir ini, penulis hendak mengucap puji dan syukur

kepada Tuhan Yang Maha Kuasa sehingga tugas akhir yang berjudul” Rancang

Bangun Automatic Transfer Switch Pada Solar Home System Untuk Mendukung

Proses Monitoring Secara Realtime ” dapat selesai tepat pada waktunya. Dalam

penyusunan tugas akhir ini, penulis banyak memperoleh petunjuk dan bimbingan

dari berbagai pihak. Penulis hendak mengucapkan terima kasih kepada Universitas

Multimedia Nusantara yang telah memberikan kesempatan untuk dapat

menjalankan proses pembelajaran pada jenjang kuliah selama ini.

Selain itu, pada kesempatan ini perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih

pula yang sebesar-besarnya kepada:

1. Kedua orang tua penulis yaang telah memberikan doa dan bantuan untuk

menyelesaikan tugas akhir dengan baik.

2. Dr. Eng. Niki Prastomo sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang selalu

memberikan bimbingan, saran, serta berbagai masukan yang membangun

guna membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir dengan baik.

3. Bapak Muhammad Salehuddin, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi

Teknik Fisika Universitas Multimedia Nusantara yang telah memberi

panduan dan arahan dalam penulisan laporan tugas akhir ini.

Page 7: RANCANG BANGUN AUTOMATIC TRANSFER SWITCH SOLAR …

vii

4. Bapak/Ibu Dosen dan teman-teman di Program Studi Teknik Fisika angkatan

2017 telah memberikan semangat dan doa kepada penulis dalam penyelesaian

tugas akhir ini.

5. Evan Rizky Suyana Nur, S.T. selaku asisten laboratorium Fakultas Teknologi

dan Informatika Universitas Multimedia Nusantara yang telah mengajarkan

dan membantu penulis dalam merancang dan membuat produk tugas akhir

ini.

6. Markus Aminius Gielbert selaku rekan kerja penulis yang telah bersedia

bekerja sama dalam membantu dan melengkapi pelaksanaan tugas akhir ini.

7. Nadya Laurencya selaku rekan kerja penulis yang telah bersedia bekerja sama

dalam membantu dan melengkapi pelaksanaan tugas akhir ini.

8. Nadhira Aisyah Priyatna yang telah membantu penulis menulis tugas akhir.

9. Hanif dan Diza yang telah memberikan motivasi untuk menyelesaikan tugas

akhir.

Semoga laporan tugas akhir ini dapat memberikan informasi dan inspirasi yang

bermanfaat bagi para pembaca.

Tangerang, 31 Mei 2021

Putu Gandhi Aditya Bayuntara

Page 8: RANCANG BANGUN AUTOMATIC TRANSFER SWITCH SOLAR …

viii

DAFTAR ISI

LEMBAR PERNYATAAN .................................................................................. ii

HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................. iii

ABSTRAK ............................................................................................................ iv

ABSTRACT ............................................................................................................ v

KATA PENGANTAR .......................................................................................... vi

DAFTAR ISI ....................................................................................................... viii

DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. x

DAFTAR TABEL ............................................................................................... xii

DAFTAR RUMUS ............................................................................................. xiii

BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

1.1. Latar Belakang .................................................................................... 1

1.2. Rumusan Masalah ............................................................................... 4

1.3. Tujuan Tugas Akhir ............................................................................ 5

1.4. Batasan Masalah ................................................................................. 5

1.5. Sistematika Penulisan ......................................................................... 6

BAB II LANDASAN TEORI ................................................................................ 7

2.1. Tinjauan Pustaka ................................................................................. 7

2.2. Dasar Teori........................................................................................ 12

2.2.1. Panel Surya ........................................................................... 12

2.2.2. Charge controller ................................................................. 14

2.2.3. Inverter ................................................................................. 15

2.2.4. Baterai................................................................................... 16

2.2.5. Arduino ................................................................................. 18

2.2.6. Relai ...................................................................................... 19

2.2.7. Sensor Tegangan dan Arus ................................................... 21

2.2.8. Real Time Clock (RTC) ....................................................... 23

BAB III METODOLOGI PERANCANGAN .................................................... 24

3.1. Alur penelitian .................................................................................. 24

3.2. Kebutuhan Desain ............................................................................. 26

Page 9: RANCANG BANGUN AUTOMATIC TRANSFER SWITCH SOLAR …

ix

3.3. Cara Kerja Perangkat ATS................................................................ 26

3.4. Alur Perancangan .............................................................................. 28

3.5. Pemilihan Komponen........................................................................ 29

3.5.1. Pemilihan Arduino................................................................ 30

3.5.2. Pemilihan Panel Surya .......................................................... 30

3.5.3. Pemilihan Aki ....................................................................... 31

3.5.4. Pemilihan Inverter ................................................................ 32

3.5.5. Pemilihan Relai .................................................................... 33

3.5.6. Pemilihan Sensor Tegangan dan Arus. ................................. 33

3.5.7. Pemilihan kartu memori ....................................................... 34

3.6. Rancangan Pemograman. .................................................................. 34

3.6.1. Bagian Inisiasi ...................................................................... 37

3.6.2 Bagian Setup .......................................................................... 38

3.6.3 Switching Program ................................................................ 39

3.6.4 Bagian Perhitungan Arus AC ................................................ 39

3.6.5. Print ...................................................................................... 40

3.7. Pengujian Rancangan ATS ............................................................... 42

BAB IV HASIL DAN ANALISIS ....................................................................... 43

4.1. Ujicoba Lab ....................................................................................... 43

4.1.1. Inisiasi pengujian dengan power supply ............................... 43

4.1.2. Cara pengujian ...................................................................... 44

4.1.3. Hasil Pengujian Pertama....................................................... 46

4.1.4. Hasil Pengujian kedua .......................................................... 47

4.2 Uji coba lapangan .............................................................................. 50

4.2.1. Inisiasi Pengujian.................................................................. 50

4.2.2 Cara pengujian ....................................................................... 55

4.2.3. Hasil ...................................................................................... 56

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 65

5.1. Kesimpulan ....................................................................................... 65

5.2 Saran ................................................................................................... 65

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 66

LAMPIRAN .......................................................................................................... 70

Page 10: RANCANG BANGUN AUTOMATIC TRANSFER SWITCH SOLAR …

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Grafik Pelanggan PLTS Atap di Indonesia [3] ................................... 3

Gambar 2.1. Cara Kerja dari Panel Surya [17] ...................................................... 12

Gambar 2.2. Cara Kerja dari Panel Surya [17] ...................................................... 13

Gambar 2.3. Gambar Sistem Panel Surya Hybrid [6] ............................................ 14

Gambar 2.4. Charge Controller [20] ..................................................................... 15

Gambar 2.5. Rangkaian Inverter [18] .................................................................... 16

Gambar 2.6 Rangkaian dan Cara Kerja Lead Acid [18] ........................................ 17

Gambar 2.7. Arduino Mega [22] ............................................................................ 19

Gambar 2.8. Gambar Cara Kerja Relai [23] .......................................................... 20

Gambar 2.9. Gambar Relai [24] ............................................................................. 20

Gambar 2.10 Sensor Tegangan INA219 [26] ........................................................ 22

Gambar 2.11 Sensor Tegangan ACS 712 [27] ....................................................... 22

Gambar 2.12. Gambar RTC DS3231 [29] ............................................................. 23

Gambar 3.1. Alur Penelitian................................................................................... 25

Gambar 3.2. Blok Diagram Dari Modul ATS Blok Diagram I Untuk Proses

Monitoring Dan Blok Diagram II Untuk Proses Switching ................................... 27

Gambar 3.3. Skema Perancangan ATS .................................................................. 29

Gambar 3.4. Aki INCOE N100T [33] .................................................................... 32

Gambar 3.5. Inverter Mitsuyama 1500 W [34] ..................................................... 33

Gambar 3.6. MicroSD V-Gen 4 Gb [35] ............................................................... 34

Gambar 3.7. Diagram Alur Pemograman I Untuk Proses Monitoring .................. 35

Gambar 3.8. Diagram Alur Pemograman II Untuk Proses Switching ATS ........... 36

Gambar 3.9. Koding bagian Inisiasi ....................................................................... 37

Gambar 3.10. Koding bagian Setup ....................................................................... 38

Gambar 3.11. Koding switching Program .............................................................. 39

Gambar 3.12. Koding bagian Perhitungan Arus AC ............................................. 40

Gambar 3.13. Koding Print Serial Monitor ............................................................ 41

Gambar 3.14. Koding Print LCD ........................................................................... 41

Gambar 3.15. Koding Print SD Card ..................................................................... 42

Page 11: RANCANG BANGUN AUTOMATIC TRANSFER SWITCH SOLAR …

xi

Gambar 4.1. Flowchart Ujicoba Lab ...................................................................... 45

Gambar 4.2. Grafik Hasil Ujicoba 1 ...................................................................... 47

Gambar 4.3. Grafik Hasil Ujicoba 2 ...................................................................... 48

Gambar 4.4. Peletakan Solar Home System dan Panel surya ................................. 51

Gambar 4.5. Kemiringan Panel surya .................................................................... 52

Gambar 4.6. Hasil rangkaian ATS ......................................................................... 53

Gambar 4.7. ATS ketika ditutup ........................................................................... 53

Gambar 4.8. Tampilan Pada LCD .......................................................................... 55

Gambar 4.9. Grafik Perbandingan Temperatur Dengan Tegangan Baterai ........... 57

Gambar 4.10. Grafik Perbandingan Penggunaan Inverter Dengan PLN ............... 58

Gambar 4.11. Grafik Temperatur Dan Persentase Baterai ..................................... 61

Gambar 4.12. Grafik Regresi Penggunaan Daya ATS ........................................... 62

Page 12: RANCANG BANGUN AUTOMATIC TRANSFER SWITCH SOLAR …

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Tabel Tinjauan Pustaka ........................................................................... 7

Tabel 4.1. Tabel Delay Switch ............................................................................... 49

Tabel 4.2. Tabel Menit Penggunaan Inverter ......................................................... 59

Tabel 4.3. Rincian Harga Pembuatan ATS ............................................................ 64

Page 13: RANCANG BANGUN AUTOMATIC TRANSFER SWITCH SOLAR …

xiii

DAFTAR RUMUS

Rumus 4.1. Rumus perhitungan pemakaian energi ATS. ...................................... 63