Full page fax print

ISBN: 978-602-9115-21-5
PENGEMBANGAN SISTEM MONITORING ‘ONLINE’
OUTPUT MODUL PV POLIKRISTALIN HOORAY
BERBASIS µC ATMEGA8535
Rahmondia N. Setiadi, Lazuardi U., Nurul Purqan
[email protected]
Jurusan Fisika FMIPA Universitas Riau
Kampus Bina Widya, Jl. Prof. Dr. Muchtar Lutfi Sp. Baru Pekanbaru 28293
ABSTRAK
Telah dilakukan pengembangan sistem monitoring online (real time) untuk output panel surya jenis polikristalin
Hooray berbasis mikrokontroler ATmega8535. Informasi dari sistem monitoring ini berupa data arus (I) dan
tegangan (V) pada fotovoltaik dan beban dalam bentuk grafik data dan angka yang ditampilkan secara online (real
time). Sistem monitoring ini didesain menggunakan bahasa pemrograman BASCOM AVR untuk memprogram
mikrokontroler ATmega8535, dan software Borland Delphi 7 untuk pemrograman display pada PC. Pengujian dan
perhitungan faktor kalibrasi telah dilakukan yaitu dengan cara memberikan sumber tegangan yang konstan dan
dibandingkan dengan pengukuran menggunakan multimeter digital, dimana diperoleh faktor koreksi dari alat yaitu
sebesar 0.29%. Berdasarkan nilai dari faktor kalibrasi tersebut, maka dapat dikatakan bahwa alat sistem monitoring
ini memiliki ketelitian yang cukup tinggi.
Kata-kunci: Fotovoltaik, pengukuran ‘online’, komunikasi serial, uC ATmega8535
PENDAHULUAN
Sel surya (photovoltaic) merupakan salah satu alternatif dari permasalahan kelangkaan
sumber energy yang terjadi pada saat ini. Sel surya merupakan piranti yang dapat mengubah
energi cahaya matahari menjadi energi listrik secara langsung.
Dewasa ini, dengan perkembangan teknologi di bidang modul sel surya yang pesat berbagai
jenis panel surya banyak kita jumpai di pasaran. Untuk pemanfaatan sel surya sebagai penyuplai
listrik yang efisien maka kita harus terlebih dahulu mengetahui performance dari sel surya. Untuk
mengetahui performance sel surya dapat dilakukan dengan melakukan pengukuran arus (I) dan
tegangan (V).
METODE PENELITIAN
Disain Rangkaian Elektronik
Sebagai cara untuk memperoleh arus dan tegangan dari sel surya diperlukan beberapa
rangkaian elektronik pengkondisi sinyal, seperti penguat diferensial dan penyangga.
1.1. Rangkaian Penguat Diferensial
Rangkaian penguat diferensial digunakan untuk mengukur arus. Pengukuran arus diperoleh
dari resistor yang dipasang seri dengan rangkaian sel surya, sehingga diperlukan sebuah penguat
diferensial.
Penguatan penguat diferensial ditentukan oleh nilai resistansi R1, R2, Rf dan Rg. R1 sama
dengan R2 dan Rf sama dengan Rg pada gambar berikut;
Gambar 1. Konfigurasi penguat differensial.
Nilai resistor-resistor
dan
, maka persamaan untuk penguat differensial
dinyatakan dengan:
(1)
V1 dan V2 adalah tegangan pada ujung-ujung resistor.
Pada penelitian ini digunakan resistor pendeteksi arus sebesar 0,083 ohm. Jika arus
maksimum sel surya adalah 6 A, maka tegangan maksimum pada ujung-ujung resistor adalah
0,498 V. Untuk menyesuaikan tegangan ini dengan masukan ADC yang mempunyai rentang 0-5
V, maka penguatan pada penguat diferensial cukup sebesar 10 kali, sehingga tegangannya
menjadi 4.98 V. Penguatan sebesar 10 kali dapat dibuat dengan nilai R1 = 10k ohm dan Rf = 100k
ohm.
PROSIDING SEMIRATA BKS-PTN MIPA 2012-fisika
Hotel Madani-Universitas Negeri Medan, 11-12 Mei 2012
366
ISBN: 978-602-9115-21-5
2.2. Rangkaian Pembagi Tegangan (Potential Divider)
Rangkaian pembagi tegangan dibuat bertujuan untuk menyesuaikan tegangan sel surya
dengan tegangan kerja pada mikrokontroler yaitu pada 4,5-5,5 volt. Rangkaian pembagi tegangan
ini menggunakan dua buah resistor dengan nilai R1 4 K dan R2 1 K. Penentuan nilai resistor ini
berdasarkan spesifikasi alat, dimana tegangan open circuit (Voc) dari sel surya adalah 21.6 volt.
Berdasarkan rumus pembagi tegangan maka dengan nilai resistor tersebut diperoleh tegangan
keluaran maksimum 4.32 volt yang masih berada di dalam tegangan kerja mikrokontroller
ATmega8535. 4.32 volt
Sebagai penyangga (buffer) digunakan opamp TL071. Rangkaian penyangga diperlukan agar
tidak terjadi jatuh tegangan pada pembagi tegangan. Rangkaian elektronik penyangga
ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Rangkaian pembagi tegangan.
III. DISAIN PERANGKAT LUNAK
3.1. Pemrograman ADC dan Pengolahan Data di Mikrokontroler
ADC digunakan untuk mengkonversi tegangan analog dari panel surya setelah melewati
rangkaian pembagi tegangan dan juga rangkaian penguat differensial menjadi data digital. Data
digital hasil konversi ADC akan bernilai maksimum 1023, hal ini sesuai dengan mikrokontroler
yang digunakan adalah 10 bit. Setiap kenaikan atau penurunan nilai data digital (desimal) hasil
konversi ADC pada mikrokontroler ATmega8535 merupakan nilai yang setara dengan kenaikan
atau penurunan tegangan analog yang masuk ke mikrokontroler ATmega8535. Semua
pemrograman mikrokontroler dibuat dengan menggunakan bahasa Basic. Diagram alir dari
program ADC tampak seperti pada Gambar 5.
Gambar 5. Diagram alir pemrograman mikrokontroler.
Pemrograman pada mikrokontroler ATmega8535 dimulai dengan inisialisasi terhadap chip,
crystal serta baudratenya. Frekuensi crystal yang digunakan adalah 11 MHz serta kecepatan
transfer data (baudrate) 9600 bits per second (bps). Setelah proses inisialisasi, variabel-variabel
yang digunakan selama pemrograman harus dideklarasikan terlebih dahulu termasuk port ADC
PROSIDING SEMIRATA BKS-PTN MIPA 2012-fisika
Hotel Madani-Universitas Negeri Medan, 11-12 Mei 2012
367
ISBN: 978-602-9115-21-5
yang akan digunakan. ADC yang digunakan sejumlah 4 buah yang sesuai dengan jumlah
tegangan analog masukan. Masukan ADC ini terdiri dari ADC0 tegangan sel surya, ADC1 untuk
tegangan beban, ADC2 untuk arus sel surya, dan ADC3 untuk arus beban. Tegangan beban
adalah tegangan pada beban setalah melewati regulator, sedangkan tegangan sel surya merupakan
tegangan sel surya yang langsung dihubungkan ke pengukur tegangan. Konversi untuk data
tegangan digunakan rumus:
(2)
Sedangkan konversi untuk data arus, digunakan rumus:
(3)
Faktor pembagi 0.055 berhubungan dengan nilai R yang digunakan sebagai sensor arus. Proses
diagram alir di atas akan diulang kembali dengan delay 10 sekon. Semua data akan dikirim oleh
mikrokontroler ke PC menggunakan komunikasi serial RS232.
IV. HASIL DAN KALIBRASI
4.1. Hasil Pengukuran ADC
Penentuan faktor kalibrasi (persentase kesalahan) alat monitoring online (real time) output
modul sel surya ini dilakukan dengan memberikan sumber tegangan konstan pada alat monitoring
menggunakan power supply. Penggunaan power supply bertujuan agar memudahkan untuk
pembacaan tegangan pada saat melakukan pengujian. Pengukuran tegangan sumber dilakukan
menggunakan multimeter digital. Pengukuran dilakukan dengan pengambilan data sebanyak 10
kali. Hasil pembacaan pada multimeter analog dianggap sebagai kalibrator yang akan
dibandingkan dengan hasil pembacaan alat monitoring (ADC). Data hasil pengujian yang
diperoleh diolah menggunakan Persamaan 4.
(4)
Hasil pengolahan data pengujian alat monitoring dapat dilihat pada kurva kalibrasi ADC sebagai
berikut:
15
0.55
0.50
Kesalahan Relatif, ε (%)
Tegangan Terukur, Volt
14
13
12
0.45
0.40
0.35
0.30
0.25
0.20
11
Kalibrator
ADC
0.15
10
0.10
0
1
2
3
4
5
6
Pengukuran Ke-
(a) 7
8
9
10
11
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Pengukuran Ke-
(b) Gambar 6. Kurva kalibrasi bagian ADC dari akuisisi data online panel sel surya (a) dan
kesalahan relative pengukuran ADC terhadap kalibrator (b). Berdasarkan kurva kalibrasi bagian ADC dari akuisisi data online panel sel surya, terlihat
bahwa data hasil pembacaan alat monitoring (ADC) mendekati data hasil pembacaan kalibrator,
seperti terlihat pada gambar 6.(a). Sedangkan pada gambar 6.(b) terlihat bahwa tingkat kesalahan
relatif hasil pengukuran menggunakan ADC terhadap kalibrator cukup kecil, yaitu bernilai
maksimum 0,47 %. Besar kesalahan relatif rata-rata berdasarkan data dari pengujian sebanyak 10
kali adalah 0,29 %.
4.2. Pembuatan Display Menggunakan Pemrograman Borland Delphi 7
Pembuatan desain display pada penelitian ini menggunakan bahasa pemrograman Borland
Delphi 7.
PROSIDING SEMIRATA BKS-PTN MIPA 2012-fisika
Hotel Madani-Universitas Negeri Medan, 11-12 Mei 2012
368
ISBN: 978-602-9115-21-5
Gambar 7. Diagram alir pemrograman display.
Komponen komunikasi serial port yang digunakan pada Delphi 7 adalah komponen Comport.
Gambar 7 merupakan diagram alir pemrograman display. Sebelum menampilkan data dari port
serial pada display, dilakukan pengaturan terhadap port serial, baudrate, stop bit, flow control dan
parity. Timer pada display disesuaikan dengan timer pada windows sehingga data dikirimkan
secara realtime. Mikrokontroler ATmega8535 akan terhubung dengan database dan
mikrokontroler akan mengirimkan data sesuai dengan delay yang sudah diprogram pada
mikrokontroler.
Data yang masuk pada database secara langsung ditampilkan dalam bentuk grafik dengan
menggunakan komponen DB Chart dan juga ditampilkan dalam bentuk tampilan angka. Desain
display dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Tampilan saat pengambilan data.
Grafik data hasil monitoring online terhadap modul sel surya dapat dilihat pada Gambar 9.
PROSIDING SEMIRATA BKS-PTN MIPA 2012-fisika
Hotel Madani-Universitas Negeri Medan, 11-12 Mei 2012
369
ISBN: 978-602-9115-21-5
Gambar 9. Grafik data tegangan dan arus sel surya.
Selama pengambilan data, data akan tersimpan secara otomatis pada database. Berikut adalah
tampilan database setelah melakukan monitoring online pada panel surya:
Gambar 10. Tampilan database setelah pengambilan data.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa sistem
monitoring terhadap output modul PV berupa pengukuran arus (I) dan tegangan (V) secara online
(real time) berbasis mikrokontroler ATmega8535 dapat bekerja dengan baik.
Berdasarkan pengujian dan kalibrasi alat sistem monitoring ini, diperoleh faktor kalibrasi atau
nilai toleransi sebesar 0,29 %. Dengan nilai kalibrasi ini dapat dikatakan sistem monitoring ini
memiliki ketelitian yang cukup tinggi.
PROSIDING SEMIRATA BKS-PTN MIPA 2012-fisika
Hotel Madani-Universitas Negeri Medan, 11-12 Mei 2012
370
ISBN: 978-602-9115-21-5
DAFTAR PUSTAKA
Arifianto, B. 2009. Modul Training Microcontroller for Beginer. Melalui http://maxtron.com[Agustus/08/2011].
ATMEL Corporation. 2006. Microcontroller With 8K Bytes In-System Programmable Flash.
Melalui http://www.atmel.com/Images/doc2502.pdf[Juli/21/2011].
CSI California Scientific, Inc. (tanpa tahun). Solar Cell Voltage-Current Characterization.
Melalui
http://www.docstoc.com/docs/22837387/Solar-Cell-Voltage-CurrentCharacterization[Juli/26/2011]. Effendy, N., Ashfahani, A.S., Yulinggar, A. dan Wardana, I.N.K. 2008. Aplikasi Kontrol Logika
Fuzzy padaSistem Tracking matahari (sun tracking system)Panel Photovoltaic.Seminar
Nasional Aplikasi Teknologi Informasi 2008 (SNATI 2008): G-27-G32.
Fekete, G., Kovacs, E., Fuvesi, V., Szalontai, L., Lengyel, J. dan Nyerges, A. 2010. Measuring
the Difference in Output Power Between Fixed and Rotatable PV Arrays.1st Knowbridge
Conference on Renewables. 1-4.
Hooray. 2010. Hooray product Datasheet.
Santhiarsa, I.G.N.N. dan Kusuma, I.G.B.W. 2005. Kajian Energi Surya untuk Pembangkit
Tenaga Listrik. Teknologi elektro. Vol.4 No. 1: 29-33.
Imperial College Press.(tanpa tahun). The Physics Of Solar Cells. Melalui
http://www.worldscibooks.com/physics/p276.html[Juli/21/2011].
Iswanto. 2008. Design dan Sistem implementasi Embedded Mikrokontroler ATmega8535 dengan
Bahasa Basic. Yogyakarta: Gava Media.
Jasruddin, D.M. dan Momang, A.Y. 2009. Pengembangan Sel Surya p-i-n Berbasis Silikon
Amorf Terhidrogenasi pada Reaktor PCVD Ganda. Jurnal Aplikasi Fisika Vol. 5 No. 1: 1421.
Krane, Kenneth S. 1992. Fisika Modern. Terjemahan Hans J. Wospakrik. Penerbit Universitas
Indonesia, Jakarta.
Lay-Ekuakille, A., Trotta, A., Miduri, F., Carella, R. dan Alonso, D. 2009. Experimental Setup
for Multiparametric Characterization of Photovoltaik Panels. IEEE AFRICON. 1-4.
Mahmoud, M.M. 2005. Transient Analysis of a PV Power Generator Charging a Capasitor for
Measurement of the I-V Characteristics.Renewable Energy. 2198-2206.
PROSIDING SEMIRATA BKS-PTN MIPA 2012-fisika
Hotel Madani-Universitas Negeri Medan, 11-12 Mei 2012
371