Pembuatan Sistem Monitoring Optimasi Energi Cahaya Matahari

advertisement
Pembuatan Sistem Monitoring Optimasi Energi Cahaya Matahari
Menggunakan Sensor Arus pada Antarmuka Personal Computer
1)
2)
Oki Petrus Hutauruk
Takdir Tamba 3)Tua Raja Simbolon
Jurusan Fisika Bidang Keahlian Elektronika & Instrumentasi – Fakultas MIPA USU
1
Mahasiswa FISIKA FMIPA
2
Dosen Pembimbing FISIKA FMIPA
3
Departemen FISIKA FMIPA
Jl. Bioteknologi No 1 USU
Email: [email protected]
Hp: 0852 06384254
ABSTRAK
Pemakaian energi matahari di Indonesia mempunyai prospek yang sangat baik, hal ini terlihat dari
radiasi harian yaitu sebesar 4,5 kWh/m2/hari. Maka penulis mencoba merealisasikan alat yang dapat
mengatur bagaimana arah panel sel surya selalu mengikuti pergeseran dari sumber cahaya yang akan
menjadi sumber energi listrik. Tujuan dari penelitian alat ini adalah sebagai penggerak motor servo DC
untuk mengendalikan gerak panel sel surya, pengontrol waktu setiap derajat motor servo DC
menggerakkan panel sel surya, pengontrol waktu pengukuran dan pensaklaran panel diam ke panel
bergerak, dan mengirim data secara serial ke PC menggunakan mikrokontroler AVR ATMega 8535.
Panel sel surya yang digunakan memiliki daya listrik keluaran maksimum 0,3 Watt dengan sensor arus
tipe ACS712ELC-20A sebagai pengindera arus untuk mengukur daya listrik yang dihasilkan oleh
kedua panel sel surya. Kemudian resolusi ADC sebagai aproksimasi tiap bit sinyal yang masuk ke
mikrokontroler AVR ATMega 8535 adalah sekitar ± 4,89 mV/bit dengan besar optimasi energi oleh
kedua panel sel surya adalah 0,191 kWh dan sudut presisi motor servo DC tersebut sebesar 10 / 0,67
sekon. Selanjutnya data-data tersebut akan ditampilkan ke display PC ke dalam bentuk grafik melalui
bahasa pemrograman visual Borland Delphi 7.0.
Kata kunci : sensor arus ACS712ELC-20A, mikrokontroler AVR ATMega 8535, panel sel surya,
Borland Delphi 7.0
ABSTRACT
Use of a solar energy in Indonesia has a very good prospect, it is seen from the daily radiation at 4.5
kWh/m2/day. The author then tries to realize a tool that can set the direction of the solar cell panel
always follows a shift from a light source that will be a source of electrical energy. The purpose of this
research instrument is as a driver DC servo motor to control the motion of solar cell panels, the
controller when any degree of DC servo motor to move the solar cell panel, time measurement and
switching controller for still panel to the moving panel, and send serial data to a PC using AVR
microcontroller ATMega 8535. Solar cell panels that are used have a maximum output power 0,3 Watt
with current sensor type ACS712ELC-20A as a current sensing to measure the electrical power
generated by the solar cell panel. Then the ADC resolution as an approximation of each bit signal
going into the AVR microcontroller ATMega 8535 is about ± 4.89 mV/bit with the energy optimization
by these two solar cell panels is 0,191 kWh and the precision angle of DC servo motor is 10 / 0,67
seconds. Furthermore, these data will be shown to the display PC into a graphical form through visual
programming language Borland Delphi 7.0.
Keywords: ACS712ELC-20A current sensor, AVR microcontroller ATMega 8535, solar cell panels,
Borland Delphi 7.0
I. PENDAHULUAN
Matahari merupakan sumber energi yang
bergerak dan setiap derajat matahari bergerak
akan mempengaruhi besar penerimaan
intensitas cahaya yang akan diterima oleh
suatu alat / bahan yang disebut panel sel surya.
Panel sel surya akan menghasilkan energi
listrik sesuai besar intensitas cahaya yang
diterimanya dari pancaran cahaya matahari.
Untuk memanfaatkan energi cahaya matahari
dengan maksimal maka panel sel surya ini
harus terus diarahkan sesuai dengan arah
pancaran cahaya matahari.
Arus listrik merupakan besaran penting
untuk mengetahui produktivitas panel sel surya
menghasilkan daya listrik. Selain itu arus juga
sangat penting untuk diamati karena panel sel
surya hanya bekerja pada siang hari atau saat
ada cahaya. Semakin besar intensitas cahaya
matahari yang ditangkap oleh panel sel surya,
semakin besar daya listrik yang dihasilkan
(Zulfi, 2010). Oleh karena itu dibuat alat
"Pembuatan Sistem Monitoring Optimasi
Energi Cahaya Matahari Menggunakan Sensor
Arus pada Antarmuka Personal Computer"
yang semua sistemnya dikontrol oleh
mikrokontroler AVR ATMega 8535.
Gambar 2.2
a) Arus yang Diterima
pada IC
b) Tegangan yang
Diukur pada IC
Dimana VH adalah tegangan yang melalui lebar
pelat, I adalah arus yang melalui panjang pelat,
B adalah medan magnet, d adalah tebal pelat, e
adalah elektron, dan n adalah kerapatan
elektron pembawa (Iwan Setiawan, 2009).
Radiasi Harian Matahari
II. TINJAUAN PUSTAKA
Hall Effect Current Sensor (Sensor Arus
ACS712ELC-20A)
Cara kerja sensor ini adalah arus yang
dibaca mengalir melalui kabel tembaga yang
terdapat di dalam menghasilkan medan magnet
yang ditangkap oleh integrated Hall IC dan
diubah menjadi tegangan proporsional.
Saat tidak ada arus yang terdeteksi, maka
keluarannya adalah 2,5 V. Ketika saat arus
mengalir dari IP+ ke IP-, maka keluaran akan
>2,5 V. Ketika arus listrik mengalir terbalik
dari IP- ke IP+, maka keluaran akan <2,5 V:
Gambar 2.3 Radiasi Sorotan dan Radiasi
Sebaran yang Mengenai Permukaan Bumi
Faktor-faktor yang mempengaruhi penerimaan
radiasi matahari di bumi :
 Sudut datang sinar matahari; sinar datang
tegak lurus memberikan energi sinar yang
lebih besar dibanding yang datangnya
condong, karena sinar datang tegak lurus
akan menyinari wilayah yang lebih sempit
dibanding sinar yang condong.
 Panjang hari, bergantung pada musim dan l
etak lintang suatu tempat.
 Pengaruh atmosfer; kejernihan atmosfer
memberikan
energi
radiasi
yang
kuat, semakin banyak bahan penyerap sinar
di atmosfer energi radiasi semakin turun.
Pada waktu pagi dan sore radiasi yang sampai
permukaan bumi intensitasnya kecil (Dewi,
2006).
Gambar 2.1 Grafik Tegangan Keluaran
terhadap Arus yang Terukur
Karakteristik V Output Analog & V Output
Digital
Salah satu yang paling penting dari Hall
Effect adalah perbedaan antara beban positif
bergerak dalam satu arah dan beban negatif
bergerak
pada
kebalikannya.
Dengan
mengukur tegangan Hall yang melalui bahan,
dapat ditentukan kekuatan medan magnet yang
ada. Hal ini bisa dirumuskan :
VH =
Pengaruh Sudut Datang terhadap Radiasi
yang Diterima
IB ........................................(2.1)
ned
Gambar 2.4 Arah Sinar Datang Membentuk
Sudut Terhadap Normal Bidang pada Panel
2
Besarnya radiasi yang diterima panel sel surya
dipengaruhi oleh sudut datang
(angle
of
incidence), yaitu sudut antara arah sinar datang
dengan komponen tegak-lurus bidang panel.
Panel akan mendapat radiasi matahari
maksimum saat matahari ﬩ dengan bidang
panel. Saat arah matahari tidak ﬩ dengan
bidang panel atau membentuk sudut pada
Gambar 2.6 maka panel akan menerima radiasi
lebih kecil dengan faktor cos (Yuwono,
2005).
Ir = Ir0 cos......................................(2.2)
Di mana: Ir = Radiasi yang diserap Panel
Ir0 = Radiasi yang mengenai Panel
 = Sudut antara sinar datang
dengan normal bidang Panel
resistansinya. Rangkaian pengontrol akan
mengamati perubahan resistansi dan ketika
resistansi mencapai nilai yang diinginkan
maka motor akan berhenti pada posisi yang
diinginkan.
Gambar 2.6 Susunan Dasar Motor Servo DC
III. METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini akan dibahas mengenai
perencanaan dan pembuatan perangkat lunak
(software) serta perangkat keras (hardware)
dari sistem yang akan dibuat. Di mana konsep
dasar dari perencanaan tugas akhir ini adalah
pembuatan akuisisi data sensor arus
ACS712ELC-20A sebagai output tegangan
analog dengan inputnya adalah arus analog
pada panel sel surya sebagai sumber energi
listrik sekaligus menyimpan data, mengolah,
dan menampilkannya pada PC.
Perangkat Lunak Borland Delphi 7.0
.
Dari
beberapa
software
aplikasi
pemrograman yang banyak digunakan, Delphi
versi 7 masih merupakan yang terbaik. Berikut
beberapa kelebihan yang dimiliki oleh Delphi
7.0. antara lain:
1. Menggunakan
IDE
(Integrated
Development
Environment)
atau
Lingkungan Pengembangan Terpadu.
2. Menyediakan fasilitas pemrograman yang
lengkap,
yaitu
sebagai
bahasa
pemrograman visual yang mempunyai
cakupan kemampuan luas.
3. Untuk program database, Delphi
menyediakan object yang sangat kuat,
canggih dan lengkap.
4. Merancang aplikasi berbasis web
development. Oleh karena fungsinya yang
sangat beragam, Borland Delphi disebut
Rapid Application Development (RAD).
Diagram Blok Penelitian Sistem Rangkaian
Diagram blok perancangan sistem dan
pembuatan alat ke dalam bentuk software serta
hardware dikontrol oleh mikrokontroler AVR
ATMega 8535 dapat dilihat pada Gambar 3.1
di bawah ini.
Panel Sel
Surya 2
Switch
pada Relay
12V
Sensor Arus
(ACS712ELC-20A)
ATMega 8535
Sensor Tegangan
Motor
Servo
Panel Sel Surya 1
RS 232
PC
Gambar 2.5 Tampilan Awal Borland Delphi
7.0
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Rangkaian
Motor Servo DC
Motor servo atau lebih singkat disebut Servo
adalah sebuah alat yang terdiri dari motor DC,
Gear Box dan Driver control yang terpadu
menjadi satu. Cara kerja dari motor ini adalah
ketika motor DC diberi signal oleh rangkaian
pengontrol maka dia akan bergerak, demikian
pula potensiometer otomatis akan mengubah
Sistem Hardware pada Alat Solar Energy
Light Monitoring
Kedua panel ini dikaitkan dengan
aluminium siku dan dipasang pada poros yang
terhubung dengan gear polos. Poros terbuat
dari sambungan 2 buah mur 5 cm, kemudian
poros dihubungkan pada motor servo dengan
3
internal gear yang semuanya terintegrasi
dalam gearbox. Komponen-komponen tersebut
diletakkan pada kerangka yang terbuat dari
mika akrilik seperti pada Gambar 3.2.
dengan tegangan masukan maksimal dari
ADC.
Vin
R1
Vout
R2
Ground
Gambar 3.4 Rangkaian Pembaca Tegangan
Pada panel sel surya mempunyai Vout
maksimal 10.00 Volt, pada mikrokontroler
menggunakan V referensi sebesar 5 Volt. Agar
dapat dibaca oleh mikrokontroler telah diset
input ke ADC tidak melebihi 5 Volt.
Maka nilai R1 = 5k1Ω dan R2 = 4k7Ω jika
dimasukkan ke dalam persamaan adalah
sebagai berikut:
R2
V

xV ....................(3.1)
Gambar 3.2 Sistem Hardware pada Alat Solar
Energy Light Monitoring
Dipilih motor servo sebagai penggerak, karena
dapat dilakukan pengesetan besar sudut
pergerakannya.
R1  R2
4700

x10  4,796 Volt
5100  4700
out
Pengambilan Data Pergeseran Sudut
Cahaya Matahari
Pengambilan data posisi/sudut cahaya matahari
sangat diperlukan. Hal ini bertujuan untuk
mengetahui seberapa besar pergeseran sudut
cahaya matahari pada selang waktu tertentu.
Pengambilan data ini dilakukan pukul 9.00
hingga pukul 17.00. Hasil yang diperoleh pada
langkah ini digunakan untuk perhitungan besar
pergeseran arah panel sel surya setiap 30
menit.
Vout
in
Vout inilah yang menjadi masukan ADC
channel 1 pada port A.1 pada mikrokontroler
ATMega 8535.
Subroutine Pengaturan Motor Servo
Pada perancangan alat ini, timer0
disetting agar clock timer diatur sebesar clock
utama dibagi 1024 byte. Dengan frekuensi
clock utama sebesar 11,059200 MHz, maka
clock timer ini mempunyai frekuensi sebesar:
f timer  8 MHz / 1024 byte = 0,0078125
Rangkaian Sensor Arus
Sensor arus yang digunakan adalah
sensor arus linear ACS712ELCTR-20A-T
(±20A). Maksimum arus yang diterima oleh
sensor ini adalah 20A dengan sensitifitas
adalah 96mV/A-104mV/A (100mV/A). Vout ini
yang nantinya akan menjadi masukan dari
ADC mikrokontroler ATMega 8535 pada port
A.0.
MHz = 7812,5 Hz
atau dengan kata lain bahwa periode 1 clock
timer adalah:
= 0,128 msec.
1
1
Ttimer 

 128s
f timer 7812,5
sehingga, untuk mendapatkan nilai lebar pulsa
high sebesar 1 msec., maka dibutuhkan
pencacahan sebanyak:
1.10 3 s
n
 7,8125 kali
0,128.10 3
Berikut ini gambar sebuah sistem pemasangan
motor servo ditunjukkan pada Gambar 3.5
berikut ini:
Gambar 3.3 Rangkaian Sensor Arus ACS712
Rangkaian Pembaca Tegangan
Rangkaian
pembaca
tegangan
ditunjukkan pada Gambar 3.4. Besar R1 dan R2
disesuaikan dengan tegangan maksimum dari
VCC yang diukur. Kemudian disesuaikan
Gambar 3.5 Pengkabelan Pada Motor Servo
4
karena mikrokontroler tidak mengenal adanya
bilangan pecahan, maka nilai n tersebut
dibulatkan sehingga menjadi 7. Dengan nilai n
pembulatan ke-7 ini, didapatkan nilai waktu
sebenarnya sebesar:
7
t 1ms  128 
 0,896 ms
1000
Dan dengan cara yang sama pula didapatkan
untuk nilai waktu 2ms akan diperoleh dari n=8
atau dengan waktu sesungguhnya sebesar :
t 2 ms  256 
Pada mikrokontroler setiap 6 detik sekali
(3 detik untuk panel sel surya diam dan 3 detik
untuk panel sel surya bergerak) di display
timer0 mengirim data terkini dari sensor arus
melalui proses switching pada Relay,
sedangkan pada Delphi 7.0 di display timer1
mengambil selang waktu dari pengambilan
data yang dilakukan oleh mikrokontroler
berdasarkan settingan tampilan timer1 yang
diinginkan. Sehingga dapat diselidiki pada jam
berapakah jumlah energi cahaya matahari yang
optimal diserap oleh kedua panel sel surya
tersebut.
8
 2,048 ms
1000
Untuk menghitung waktu sebesar 20 ms, maka
dibutuhkan pencacahan sebanyak 2161 dengan
n sebanyak 26 kali atau sebesar :
t 20 ms
Diagram Alir Keseluruhan Perangkat
Lunak pada Mikrokontroler ATMega 8535
26
 2560˙
 66,566 ms
1000
Dengan menggunakan timer 10 bit dibutuhkan
2 kali timer overflow ditambah 113
pencacahan lagi. Setelah keadaan ini terpenuhi,
maka pin keluaran OC0 akan di-toggle dan
timer akan direset, dan keadaan ini akan
berulang-ulang dijalankan. Sehingga, keluaran
pin OC0 akan tampak seperti ini:
Toggle
Toggle & Clear
Timer
Clear
Timer
Gambar 3.6 Pulsa Kendali Posisi Motor Servo
Tipe motor servo DC pada rangkaian
alat ini adalah motor servo standar 1800
dengan
defleksi
masing-masing
sudut
mencapai 900 sehingga total defleksi sudut dari
kanan – tengah –kiri adalah 1800.
Program Visualisasi Grafik Tegangan, Arus,
& Daya pada Borland Delphi 7.0
Gambar 3.8 Flowchart Keseluruhan Perangkat
Lunak pada Mikrokontroler AVR ATMega
8535
Gambar 3.7 Visualisasi Grafik Tegangan, Arus,
& Daya terhadap Waktu pada Borland Delphi
7.0
5
Diagram Alir Keseluruhan Perangkat
Lunak pada Borland Delphi 7.0
Start
Baca Waktu
pada PC
Kirim Data Waktu
ke Motor Servo
Baca Data pada
Komunikasi Serial
Pisahkan Data
Arus (A) &
Tegangan (T)
Tampilkan
Grafik Arus
Gambar 4.1 Pengujian Pengaruh Arah Sudut
Cahaya Matahari terhadap Keluaran Sel Surya
(a). Arah cahaya ﬩ panel (b). Arah cahaya
membentuk sudut tertentu
Tampilkan Grafik
Tegangan
Hitung Daya
Pemasangan sebuah panel sel surya dengan
posisi ﬩ terhadap arah cahaya matahari pada
gambar 4.1(a) dilakukan untuk mengetahui
keluaran maksimum, lalu untuk mengetahui
pengaruh arah cahaya matahari terhadap
keluaran panel dilakukan dengan merubah arah
panel sel surya tiap 40-->50 hingga mencapai
sudut 900 terhadap sudut datang cahaya
matahari pada gambar 4.1(b). Dari langkahlangkah tersebut dapat diketahui pengaruh arah
cahaya matahari terhadap keluaran panel sel
surya.
Tampilkan
Grafik Daya
Simpan Data
dalam Database
End
Gambar 3.9 Flowchart Keseluruhan Perangkat
Lunak pada Borland Delphi 7.0
IV. PENGUJIAN ALAT DAN PROGRAM
Dalam tugas akhir ini dilakukan dua macam
pengujian, yaitu pengujian perangkat lunak
dan perangkat keras. Tujuan dari pengujian ini
adalah untuk mengetahui kinerja dari sistem
yang telah dibuat dan mengetahui kesalahan
penghitungan oleh sistem. Ketepatan eksekusi
antara program dengan modul yang dibuat
untuk mengontrol sistem yang ada, sangat
diharapkan dalam proses ini. Tanpa menutup
kemungkinan adanya kekurangan dalam sistem
yang telah dibuat.
Gambar 4.2 Grafik Pengujian Derajat
Pergerakan Panel Tiap 30 Menit
Pengujian Data Pergeseran Sudut Cahaya
Matahari
Pada penelitian ini pertama dilakukan
adalah pengujian pengaruh sudut datang
cahaya matahari terhadap keluaran panel sel
surya. Hal ini bertujuan untuk mengetahui
seberapa besar pengaruh sudut datang cahaya
matahari dan juga seberapa besar pengaruh
sudut tersebut dapat diabaikan. Cara pengujian
dilakukan seperti gambar 4.1.
Pengujian Sensor Arus ACS712ELC-20A
Sensor arus listrik ACS712ELC-20A
dihubungkan dengan tegangan supply +12
Volt,
variasi
hambatan
pada
beban,
amperemeter, dan voltmeter. Pengujian
dilakukan dengan memberikan beban berupa
tegangan konstan menggunakan baterai aki
(Pb-Acid) yang diberi hambatan dengan nilai
yang bervariasi. Data hasil pengujian
ditunjukkan pada tabel berikut:
6
Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Sensor Arus
Hambatan Arus secara
Tegangan
(Ω)
Teori
Output pada
(mA)
Sensor (mV)
100
120
590
200
60
290
300
40
200
400
30
150
500
24
120
600
20
100
700
17,1
90
800
15
80
900
13,3
70
1000
12
60
1100
10,9
50
Pengujian Antarmuka Komputer untuk
Sensor Arus
Karakterisasi dilakukan dengan mencatat
pemberian beban arus listrik yang dilewatkan
pada sensor arus listrik kemudian dikonversi
ke bilangan biner pada PC. Setiap kenaikan
mV/bit dari resolusi ADC dapat terekam
sehingga tidak terpengaruh dengan pembulatan
angka apabila pencatatan dengan nilai
tegangan keluaran dari ADC pada PC. Hasil
karakterisasi sensor arus listrik dan
pengkondisi sinyal ditunjukkan pada Tabel 4.3
berikut ini.
Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Antarmuka
Komputer untuk Sensor Arus
Arus Listrik pada PC
Tegangan
(mA)
Output dari
ADC pada PC
Bil.
Bil. Biner
(V)
Desimal
120
0001111000
120,832
59
0000111011
59,392
40
0000101000
40,96
30
0000011110
30,72
24
0000011000
24,576
20
0000010100
20,48
18
0000010010
18,432
16
0000010000
16,384
14
0000001110
14,336
12
0000001100
12,288
10
0000001010
10,24
Pada alat ini, tegangan referensi yang
digunakan pada ADC adalah AVCC = 5 Volt,
dan resolusi ADC 10 bit adalah 210 = 1024
byte. Untuk mengetahui tiap bit sinyal yang
masuk ke mikrokontroler ATMega 8535, maka
dapat diketahui dengan mencari nilai resolusi
tegangan ADC. Resolusi tegangan dari sebuah
ADC adalah sebanding dengan skala
pengukuran keseluruhan dibagi dengan
banyaknya nilai diskrit, yaitu:
..............................(4.2)
Berikut ini perhitungan resolusi ADC 10 bit
yang built in dalam ATMega 8535:
.....(4.3)
Sehingga kenaikan bit ADC dalam orde
miliVolt, yaitu sekitar ± 4,89 mV/bit.
Pengujian Rangkaian Switch pada Relay
Relay ini berfungsi untuk mengcompare /
membandingkan nilai sinyal arus analog yang
diterima dari panel sel surya diam dan
bergerak melewati sensor arus. Pada rangkaian
ini digunakan relay 12 Volt, pengujian
rangkaian relay dilakukan dengan memberikan
tegangan 5 Volt dan 0 Volt pada basis transistor
C945. Transistor C945 merupakan transistor
jenis NPN, transistor jenis ini akan aktif jika
pada basis diberi tegangan > 0.7 Volt dan tidak
aktif jika pada basis diberi tegangan < 0.7 Volt.
Aktifnya transistor akan mengaktifkan relay 12
Volt.
Pengujian Pembaca Tegangan
Pembaca tegangan yang digunakan
adalah dengan menggunakan prinsip rangkaian
pembagi tegangan. Pengujian dilakukan
dengan memberikan variasi tegangan masukan
dari 2,68 Volt - 15,40 Volt. Berikut adalah data
hasil pengujian pembaca tegangan ditunjukkan
pada Tabel 4.2 di bawah ini.
Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Pembaca
Tegangan
Tegangan Masukan Tegangan Keluaran
(V)
(V)
2,68
0,71
4,61
1,12
6,64
1,40
8,55
1,60
10,13
1,72
11,92
1,82
15,40
1,92
Pengujian Motor Servo DC
Pengujian
dilakukan
dengan
menyesuaikan antara kemiringan awal panel
sel surya ﬩ dengan arah cahaya matahari. Dari
pengamatan menunjukkan waktu arah panel
sel surya menghadap ﬩ dengan cahaya
matahari adalah kurang lebih pukul 09:00
WIB. Kemudian ditentukan waktu panel
tersebut bergerak adalah 8 jam sehingga awal
sampai akhir panel bergerak dari pukul 09:00
WIB - 17.00 WIB.
7
Banyaknya putaran tiap derajat dari
motor telah diuji dengan memberikan nilai
data serial selisih 1 pada program
mikrokontroler untuk menggerakkan motor.
Telah dihitung terlebih dahulu kecepatan
motor ini dilihat dari datasheet tipe HS-422
Standard Deluxe, yaitu 0,16sec./60° atau 160
msec. / 60°, sehingga 1° = 2,67 msec. tanpa
beban (no load). Tingkat presisi motor servo
DC yang sudah diprogram pada pembacaan
data serial settingan USART, sebagai berikut:
cukup stabil. Terjadi penurunan besar tegangan
seperti grafik di atas dikarenakan perubahan
besar intensitas yang diterima panel sel surya.
Daya listrik panel sel surya terhadap waktu
ditunjukkan pada Gambar 4.5 di bawah ini.
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Daya Listrik
terhadap Waktu
4,440
Maka pada arah 500 - 900 menunjukkan pukul
09:00 WIB - 18.00 WIB dengan selisih 4,440 /
3000 ms atau 10 / 0,67 s waktu setempat.
Grafik di atas menunjukkan daya listrik
yang dihasilkan terjadi fluktuasi yang sangat
tajam diakibatkan perubahan intensitas cahaya
matahari yang diterima panel sel surya.
Data Hasil Pengamatan Panel Sel Surya
Bergerak
Data hasil pengamatan ditunjukkan
dalam grafik hubungan arus listrik terhadap
waktu, tegangan terhadap waktu, dan daya
listrik terhadap waktu. Grafik tersebut dapat
ditunjukkan pada Gambar 4.3.
Data Hasil Pengamatan Panel Sel Surya
Diam
Pada panel sel surya diam sama seperti
panel sel surya bergerak mempunyai 3 macam
data, arus listrik, tegangan listrik, daya listrik.
Grafik tersebut dapat ditunjukkan pada
Gambar 4.6 berikut ini.
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Arus Listrik
terhadap Waktu
Gambar 4.6 Grafik Hubungan Arus Listrik
Terukur terhadap Waktu
Grafik di atas menunjukkan adanya
perubahan besar arus yang sangat drastis
dikarenakan besar intensitas cahaya yang
mengenai panel sel surya pada waktu tersebut
berubah-ubah. Grafik hubungan tegangan
listrik terhadap waktu ditunjukkan pada
Gambar 4.4.
Seperti pada panel sel surya bergerak
terdapat fluktuasi perubahan besar arus listrik
pada saat-saat akhir pengukuran. Grafik
hubungan tegangan listrik terukur terhadap
waktu ditunjukkan pada Gambar 4.7.
Gambar 4.7 Grafik Hubungan Tegangan
Listrik Terukur terhadap Waktu
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Tegangan
Listrik terhadap Waktu
Grafik hubungan daya listrik terukur
terhadap waktu seperti ditunjukkan pada
Gambar 4.8.
Grafik di atas menunjukkan besar
tegangan listrik yang dihasilkan panel sel surya
8
2. Intensitas Cahaya pada kedua Panel Sel
Surya
a. Panel Diam: G = Pmaximum
A
G = 0,32938 = 85,55Watt/m2
0,00385
b. Panel Bergerak: G = Pmaximum
A
Gambar 4.8 Grafik Hubungan Daya Listrik
Terukur terhadap Waktu
G=
Perbandingan Data Hasil Pengamatan
Dari kedua hasil pengukuran antara panel
sel surya yang bergerak dan yang diam hasil
perhitungan rata-rata ditunjukkan pada Tabel
4.3 di bawah ini.
3. Energi Optimasi
a. Panel Diam: W = P x t
W = 289,996214 mW x 8 jam
= 2319,9697 mWjam
b. Panel Bergerak: W = P x t
W = 266,044575 mW x 8 jam
= 2128,3566 mWjam
maka energi optimasi yang diperoleh
adalah:
E Optimasi = E panel bergerak - E panel diam
EO = Edinamik - Estatik = 2319,9697 - 2128,3566 =
191,6131 mWjam = 0,191Wh
sehingga dapat menghasilkan efisiensi:
(η) = 2319,9697 - 2128,3566 x 100%
2128,356
191,6131
η 
x 100%  9%
2128,356
Artinya, akan sangat efektif apabila
penggunaan pengatur arah panel sel surya
dalam suatu sistem realisasi alat memerlukan
keakuratan yang tinggi.
Tabel 4.3 Perbandingan Data Hasil
Pengujian I, V, P -vs- t yang Terukur Oleh
Kedua Panel Sel Surya
Panel
Statik
Panel
Dinamik
I (mA)
V (Volt)
P (mWatt)
28,095965
9,365322
266,044575
29,400377
9,800126
289,996214
Dari hasil perbandingan menunjukkan
besar daya listrik terukur yang dihasilkan panel
sel surya yang bergerak lebih besar. Dengan
mengusahakan panel sel surya bergerak untuk
mendapatkan pancaran cahaya matahari lebih
terarah, maka besarnya intensitas cahaya yang
diterima harus dapat mempengaruhi panel sel
surya.
Dari kedua sistem pemasangan tersebut telah
didapat jumlah nilai rata–rata tegangan
keluarannya, intensitas cahaya pada kedua
panel sel surya, & energi optimasi:
V. PENUTUP
Kesimpulan
1. a. Tegangan keluaran panel sel surya diam
Voutput = 2247,6772 = 9,365322 Volt.
Dari hasil analisa program dan hasil pengujian
alat maka dapat diambil kesimpulan sebagai
berikut :
240
persentase tegangan keluaran
diperoleh adalah :
Voutput rata  rata
x 100% 
Voutput max
0,35826
= 93,1Watt/m2
0,00385
yang
1.
Besar intensitas cahaya matahari yang
mengenai panel sel surya diam adalah
85,55Watt/m2 dan panel sel surya bergerak
adalah 93,1Watt/m2, sebagai representasi
jumlah kuat cahaya terbanyak yang
terserap oleh kedua panel.
2.
Dapat diketahui bahwa solar cell statik
(diam) merupakan sistem kendali tidak
teroptimasi, sedangkan yang dinamik
(bergerak)
adalah
sistem
kendali
teroptimasi. Buktinya adalah Eoptimasi =
Edinamik - Estatik = 2319,9697 mWh 2128,3566 mWh = 191,6131 mWh.
Dengan demikian solar cell yang bergerak
dapat menghasilkan energi optimasi 0,191
Wh lebih besar dari solar cell yang diam.
9,365322
x 100%  89,38 %
10,4782
b. Tegangan keluaran panel sel surya
bergerak
Voutput = 2352,0302 = 9,800126 Volt.
240
persentase tegangan keluaran yang
diperoleh adalah :
Voutput rata  rata
x 100% 
Voutput max
9,800126
x 100%  92,69%
10,5732
9
3.
4.
5.
Dilihat dari jumlah sudut yang terbentuk
oleh gerak panel dinamik, dapat dicari
tingkat presisi motor servo DC yang sudah
diprogram pada pembacaan data serial
settingan USART. Sehingga sudut ratarata yang terbentuk sebesar 4,440 / 3000
ms atau sudut 10 dapat tercapai dalam
hitungan waktu 0,67 s.
Hutauruk, Pinondang. 1987. Tugas Akhir,
STUDI OPTIMASI UNTUK LOKASI
GARDU INDUK. Medan: Universitas
Sumatera Utara.
KOMPUTER,
WAHANA.
2009.
PAS
(Panduan Aplikatif dan Solusi) "Aplikasi
Cerdas
Menggunakan
DELPHI".
Semarang: Wahana Komputer dan
Yogyakarta: Penerbit Andi.
Dari data hasil pengamatan, berdasarkan
grafik I, V, P -vs- t untuk kedua panel sel
surya tersebut diperoleh selisih persentase
tegangan keluaran yang dihasilkan sebesar
3,31%.
Sefly, Hotma. 2004. Tugas Akhir, Pengatur
Arah Penjejak Sumber Cahaya Dua
Dimensi Pada Sel Surya Berbasis
Mikrokontroler AT89S8252.Yogyakarta:
Universitas Gajah Mada.
Efisiensi (η) yang dihasilkan oleh kedua
panel sel surya dengan daya maksimum
0,35826 mW adalah sebesar 9%.
Setiawan, Afrie. 2011. 20 APLIKASI
MIKROKONTROLER ATMEGA 8535 &
ATMEGA
16
MENGGUNAKAN
BASCOM-AVR. Yogyakarta: Penerbit
Andi.
Saran
Pada perancangan dan realisasi alat ini masih
mempunyai banyak kekurangan sehingga perlu
pengembangan lebih lanjut. Adapun saransaran pada perancangan dan realisasi alat ini
antara lain:
1.
2.
3.
Yuwono, Budi. 2005. Skripsi, Optimalisasi
Panel Sel Surya dengan Menggunakan
Sistem Pelacak Berbasis Mikrokontroler
AT89C51. Surakarta: Universitas Sebelas
Maret.
Menggunakan sensor arus yang lebih
presisi untuk mendapatkan kemampuan
pengukuran daya listrik lebih maksimal.
Zulfi, Muhammad Muqarrabin. 2010. Tugas
Akhir, Rancang Bangun Penggerak dan
Sensor Arus Pada Panel Sel Surya
Berbasis Mikrokontroler ATMega 8535.
Semarang: Universitas Diponegoro.
Pengendalian panel sel surya mengikuti
arah rotasi matahari adalah melalui
kecepatan sudut dari motor servo DC,
untuk itu akan lebih baik lagi apabila
pengendalian ini dilakukan dengan
melihat sudut dari matahari dikaji lebih
lanjut pada penelitian selanjutnya agar
memperoleh hasil yang maksimal.
DOSEN PEMBIMBING
Setiap pemasangan panel sel surya agar
optimal digunakan panel sel surya dengan
sistem bergerak, yang disebut dengan
sistem kendali penjejak matahari pada
panel sel surya tersebut.
Drs. Takdir Tamba M.Eng.Sc
NIP : 196006031986011002
DAFTAR PUSTAKA
Fakultas Teknik, Tim. 2003. SENSOR DAN
TRANSDUSER. Yogyakarta: Universitas
Negeri Yogyakarta.
EDITOR
Hendri Maja Saputra, dkk. 2011. Rancang
Bangun Sistem Kontrol Mekanisme
Pelacakan Matahari Beserta Fasilitas
Telekontrol Hemat Energi. Journal of
Mechatronics, Electrical Power, and
Vehicular Technology Vol. 02, No 1, hal.
31-40. Bandung: Pusat Penelitian Tenaga
Listrik dan Mekatronik - LIPI.
Dr. Kerista Tarigan, M.Eng.Sc
NIP : 196002031986011001
10
Download