BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian ...repository.upi.edu/45673/6/S_TE_1305835_Chapter3.pdf34 Adi Fitrah Alfaridzi, 2018 OPTIMALISASI SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM

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





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





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





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





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





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





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





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





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





=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





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





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.

Documents

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian ...repository.upi.edu/45673/6/S_TE_1305835_Chapter3.pdf34 Adi Fitrah Alfaridzi, 2018 OPTIMALISASI SISTEM PENERANGAN JALAN UMUM