Halo Sobat Algos! Bertemu lagi dalam AlgoInfo!
AlgoInfo kali ini berkenaan dengan perencanaan daya suatu sistem yang nantinya akan kita operasikan di lapangan. Sebelum ke tahap pengoperasian serta penempatan sistem di lapangan, maka kita perlu merencanakan terlebih dahulu banyaknya daya yang kita butuhkan untuk menjalankan suatu sistem. Sebagai contoh, jika kita ingin menempatkan stasiun pasang surut di lapangan, maka kita perlu menghitung berapakah total daya yang dibutuhkan untuk menyokong beberapa komponen, seperti microcontroller, sensor pasang surut, sirine, atau bahkan kamera pengawas.
Tahapan perencanaan dan perhitungan daya yang diperlukan ini sangat penting sobat Algos! Hal ini dikarenakan kita perlu mengantisipasi terjadinya kematian sistem yang disebabkan akibat tidak tercukupinya daya yang dibutuhkan oleh sistem. Perencanaan ini juga sangat penting agar efektivitas dari sistem dapat optimal. Daya listrik yang kita gunakan memerlukan perencanaan yang matang agar kita dapat mengupayakan pula pengefisiensian energi listrik yang kita gunakan.
Daya pada sistem terbagi menjadi 3, yaitu:
Daya Sistem Inti, bisa terdiri dari microcontroller, sensor, WiFi, dsb.
Daya Akumulator, dan
Daya dari Panel Surya.
Perhitungan untuk perencanaan daya yang dibutuhkan dapat kita lakukan dengan terlebih dahulu menuliskan komponen dalam sistem utama dan sistem pendukung beserta daya pada tiap komponen. Sebagaimana contoh dalam video tutorial, kebutuhan sistem utama di antaranya ialah microcontroller yaitu Arduino. Bagaimanakah cara kita menghitung daya pada satu board Arduino? Nah, biasanya kita dapat melihat datasheet untuk data arus maksimum dan voltase maksimum pada tiap pin dalam Arduino.
Daya Sistem Inti
Contohnya, disini kita menggunakan Arduino UNO ATmega328. Pada datasheet (https://www.farnell.com/datasheets/1682209.pdf) kita dapat mengetahui informasi Arus DC tiap pin I/O ialah sebesar 200mA. Kemudian tegangan pengoperasiannya adalah 5V. Dengan menggunakan rumus daya:
P = V x I
Maka, total daya yang dibutuhkan oleh satu board Arduino UNO ATmega328 adalah:
P = 5V x 200mA = 1000mW = 1 Watt
Perhitungan tersebut kita lakukan pada seluruh komponen baik pada sistem utama maupun pada sistem pendukung sebagaimana yang dijelaskan dalam video tutorial. Selanjutnya, seluruh daya yang dibutuhkan kita jumlahkan. Kemudian, kita juga harus menyertakan asumsi losses. Asumsi losses disertakan untuk meminimalisasi kesalahan perhitungan ataupun mengantisipasi adanya ketidaktepatan kinerja dari kabel yang kita gunakan, dimana hal tersebut dapat berpengaruh pada total daya yang diperlukan pada sistem.
Kita asumsikan besarnya losses adalah 20% dari total daya yang diperlukan. Maka, total daya pada sistem adalah:
Losses = 20% x 19,15W = 3,83W
Total daya beserta asumsi losses = 19,15W + 3,83 = 22,98W/jam
Total daya beserta asumsi losses dalam 1 hari = 22,98 W/jam x 24 = 551,52W/hari
2) Daya Akumulator
Selanjutnya, kita akan menghitung daya akumulator 12V 20Ah. Perhitungan tersebut menggunakan konsep yang sama dengan sebelumnya yaitu rumus:
P = V x I
Kita akan mengasumsikan bahwa daya akumulator belum mencukupi kebutuhan daya untuk mengoperasikan sistem, yaitu dengan Voltase sebesar 12V dan Kapasitas sebesar 40Ah. Maka daya akumulator ialah sebesar 480 Watt.
Kita juga mengasumsikan skenario daya akumulator tanpa adanya power input lainnya, seperti contohnya panel surya. Maka dalam asumsi ini, akumulator telah terisi penuh kemudian digunakan untuk mengoperasikan sistem. Dalam hal ini kita perlu menghitung:
Arus beban = Daya beban / Voltase akumulator
Daya beban adalah total daya beserta asumsi losses per jam (22,98W/jam), serta Voltase akumulator adalah (12V). Maka arus beban adalah 1,915 A.
Selain itu, kita juga dapat menghitung berapa lama pemakaian akumulator yang telah terisi penuh tersebut hingga dayanya habis. Hal itu dilakukan dengan cara:
Waktu pemakaian = Kapasitas Akumulator / Arus Beban
Waktu pemakaian = 40Ah / 1,915 A = 20,888 Jam
Akan tetapi, pada praktiknya pemakaian akumulator tidak diperkenankan hingga benar-benar habis. Oleh sebab itu, diperlukan juga untuk menghitung diefisiensi akumulator. Diefisiensi akumulator yang kita asumsikan adalah sebesar 20%. Maka waktu pemakaiannya menjadi:
Diefisiensi Akumulator = 20% x 20,888 = 4,1776 Jam
Waktu pemakaian dengan asumsi diefisiensi Akumulator = 20,888 – 4,1776 = 16,71 Jam
3) Daya dari Panel Surya
Terdapat berbagai macam daya dari panel surya, namun kali ini kita akan menggunakan panel surya dengan daya 50 wp dalam perhitungan. Kita juga mengasumsikan jumlah panel surya yang kita gunakan sebanyak 2 buah. Efektivitas panel surya diasumsikan selama 6 jam. Maka daya dari panel surya:
Total daya dari panel surya = 50 wp x 2 x 6 jam = 600 Watt/hari
Pengisian Akumulator
Sebelumnya kita mengasumsikan bahwa daya akumulator yang kita gunakan belum mencukupi kebutuhan daya dari sistem yang akan kita operasikan. Oleh sebab itu, kita perlu melakukan perhitungan juga dalam pengisian akumulator dengan asumsi terisi 6 jam. Kita akan menentukan besarnya arus yang dibutuhkan jika akumulator ingin terisi penuh selama 6 jam, yaitu dengan cara:
Arus pengisian akumulator = Kapasitas akumulator / waktu = 40 / 6 = 6,6667 A
Dalam pengisian kita perlu menghitung juga diefisiensi sebesar 20%. Maka besarnya arus yang dibutuhkan untuk mengisi akumulator adalah:
Diefisiensi akumulator = 20% x 6,6667 = 1,33334
Kebutuhan inputt arus = 6,6667 A + 1,33334 A = 8,0004 A
Prinsip pada pengisian akumulator adalah, semakin besar daya akumulator maka semakin lama waktu yang diperlukan untuk mengisi akumulator.
Jika dalam pengisian akumulator arus input maksimalnya adalah 5,74 A, maka waktu yang diperlukan dapat dihitung dengan cara:
Waktu = Kapasitas akumulator / Arus input = 40 / 5,74 = 6,986 Jam
Dengan asumsi kita di awal kapasitas akumulator sebesar 40 Ah, kurang mencukupi kebutuhan daya untuk mengoperasikan sistem inti yang kita rancang. Hal itu dikarenakan, daya pada akumulator tidak dapat dipakai hingga benar-benar habis. Kita harus merancang sistem dimana daya akumulator yang kita gunakan masih tersisa setidaknya 20% untuk menghindari kerusakan yang terjadi pada akumulator.
Maka, kita asumsikan jika kapasitas akumulator sebesar 60 Ah. Dengan melakukan perhitungan yang sama, maka daya dari akumulator menjadi 720 Watt. Daya tersebut sudah mencukupi kebutuhan total daya dari sistem inti yang kita rancang. Hal itu dikarenakan:
Daya 20% dari 720 Watt yaitu 144 Watt
Jika dibandingkan dengan selisih antara daya akumulator dan daya sistem inti, daya yang tersisa ialah 168,4 Watt
Tersisa 24,4 Watt sebagai cadangan lebih daya pada akumulator, selain cadangan 20%
Berdasarkan poin tersebut, maka sistem dapat beroperasi secara efektif dan efisien karena daya yang dibutuhkan telah terpenuhi.
Perencanaan perhitungan daya yang dibutuhkan pada suatu sistem membutuhkan ketelitian serta penuh dengan strategi. Hal ini agar sistem dapat beroperasi secara berkelanjutan, sehingga data yang kita peroleh dapat lebih presisi serta akurat.
Sekian AlgoInfo kali ini Algos! Semoga dapat membantu perencanaan Sobat Algos dalam melakukan proyek yang berkaitan dengan rancang bangun suatu sistem ya!
References :
Listiyarini, R. 2018. Dasar Listrik dan Elektronika. Deepublish: Yogyakarta.
Nugroho, H., dan Dwiyoga, N. 2014. Instrumentasi Pemantauan Jarak Jauh Untuk mengukur Kinerja Turbin Arus Pasang Surut Air Laut. Jurnal Kelautan Nasional. 9(1): 47-57.
Ponto, H. 2018. Dasar Teknik Listrik. Deepublish: Yogyakarta.