bab ii landasan teori - Perpustakaan Universitas Mercu Buana

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Sel Surya
Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya
menjadi listrik. Mereka disebut surya atau matahari atau "sol" karena matahari
merupakan sumber cahaya terkuat yang dapat dimanfaatkan. Panel surya sering
kali disebut sel photovoltaic, photovoltaic dapat diartikan sebagai "cahaya listrik".
Sel surya bergantung pada efek photovoltaic untuk menyerap energi.
Pada umumnya, solar cell merupakan sebuah hamparan semi konduktor
yang dapat menyerap photon dari sinar matahari dan mengubahnya menjadi
listrik. Sel surya tersebut dari potongan silikon yang sangat kecil dengan dilapisi
bahan kimia khusus untuk membentuk dasar dari sel surya. Sel surya pada
umumnya memiliki ketebalan minimum 0,3 mm yang terbuat dari irisan bahan
semikonduktor dengan kutub positif dan negatif. Pada sel surya terdapat
sambungan (function) antara dua lapisan tipis yang terbuat dari bahan
semikonduktor yang masing - masing yang diketahui sebagai semikonduktor jenis
“P” (positif) dan semikonduktor jenis “N” (Negatif). Silikon jenis P merupakan
lapisan permukaan yang dibuat sangat tipis supaya cahaya matahari dapat
menembus langsung mencapai junction. Bagian P ini diberi lapisan nikel yang
berbentuk cincin, sebagai terminal keluaran positif . Dibawah bagian P terdapat
bagian jenis N yang dilapisi dengan nikel juga sebagai terminal keluaran
negatif[6].
2.1.1 Semikonduktor dan Sel Surya
Sebuah semikonduktor adalah sebuah elemen dengan kemampuan listrik
diantara sebuah konduktor dan isolator[7]. Sel surya adalah suatu perangkat yang
memiliki kemampuan mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik
dengan mengikuti prinsip photovoltaic, adanya energi dari cahaya (foton) pada
panjang gelombang tertentu akan mengeksitasi sebagian elektron pada suatu
material ke pita energi yang ditemukan oleh Alexandre Edmond Bacquerel
5
http://digilib.mercubuana.ac.id/
(Belgia) pada 1894. Efek ini dapat timbul terutama pada semikonduktor listrik
yang memiliki konduktivitas menengah dikarenakan sifat elektron di dalam
material yang terpisah dalam pita-pita energi tertentu yang disebut pita konduksi
dan pita valensi. Kedua pita energi tersebut berturut-turut dari yang berenergi
lebih rendah adalah pita valensi dan pita konduksi, sedangkan keadaan tanpa
elektron disebut dengan celah pita. Celah pita ini besarnya berbeda-beda untuk
setiap material semikonduktor,tapi disyaratkan tidak melebihi 3 atau 4 eV (1 eV =
1,60 x 10-19 J).
Gambar 2.1 Solar Cell
Berdasarkan teori Maxwell tenteng radiasi electromagnet, cahaya dapat dianggap
sebagai spektrum gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang
berbeda. Pendekatan yang berbeda dijabarkan oleh Einstein bahwa efek
photovoltaic mengindikasikan cahaya merupakan partikel diskrit atau quanta
energi[8]. Dualitas cahaya sebagai partikel dan gelombang dirumuskan dengan
persamaan :
6
http://digilib.mercubuana.ac.id/
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.1)
h.c = (6,6256 x 10-34 Js) (2,9979 x 108 m/s)
= 1,9863 x 10-26 Jm
2.1.2 Proses Konversi Sel Surya
Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini
dimungkinkan karena bahan material yang menyusun sel surya berupa
semikonduktor. Lebih tepatnya tersusun atas dua jenis semikonduktor, yakni jenis
n dan jenis p. Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang memiliki
kelebihan elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n = negatif). Sedangkan
semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut dengan p ( p =
positif) karena kelebihan muatan positif.
Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk
meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik
dan panas semikonduktor alami. Di dalam semikonduktor alami ini, electron
maupun hole memiliki jumlah yang sama. Kelebihan elektron atau hole dapat
meningkatkan daya hantar listrik maupun panas dari sebuah semikoduktor. Dua
jenis semikonduktor n dan p ini jika disatukan akan membentuk sambungan p-n
atau dioda p-n. Istilah lain menyebutnya dengan sambungan metalurgi
(metallurgical junction) yang dapat digambarkan sebagai berikut.
a. Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung.
7
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.2 Semikonduktor jenis p dan n Sebelum Disambung
b. Sesaat setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan
elektron-elektron dari semikonduktor n menuju semikonduktor p, dan
perpindahan hole dari semikonduktor p menuju semikonduktor n.
Gambar 2.3 Perpindahan elektron dan hole pada semikonduktor
c. Elektron dari semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor p
yang mengakibatkan jumlah hole pada semikonduktor p akan berkurang.
Daerah ini akhirnya berubah menjadi lebih bermuatan negatif. Pada saat
yang sama. hole dari semikonduktor p bersatu dengan elektron yang ada
pada semikonduktor n yang mengakibatkan jumlah elektron di daerah ini
berkurang. Daerah ini akhirnya lebih bermuatan positif.
Gambar 2.4 Hasil muatan positif dan negatif pada semikonduktor
d. Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion
region) ditandai dengan huruf W.
e. Baik elektron maupun hole yang ada pada daerah deplesi disebut dengan
pembawa
muatan
minoritas
(minority
charge
carriers)
Karena
keberadaannya di jenis semikonduktor yang berbeda.
8
http://digilib.mercubuana.ac.id/
f. Dikarenakan adanya perbedaan muatan positif dan negatif di daerah
deplesi, maka timbul dengan sendirinya medan listrik internal E dari sisi
positif ke sisi negatif, yang mencoba menarik kembali hole ke
semikonduktor p dan elektron ke semikonduktor n. Medan listrik ini
cenderung berlawanan dengan perpindahan hole maupun elektron pada
awal terjadinya daerah deplesi.
Gambar 2.5 Timbulnya Medan Listrik Internal E
g. Adanya medan listrik mengakibatkan sambungan pn berada pada titik
setimbang, yakni saat di mana jumlah hole yang berpindah dari
semikonduktor p ke n dikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik
kembali kearah semikonduktor p akibat medan listrik E. Begitu pula
dengan jumlah elektron yang berpindah dari semikonduktor n ke p,
dikompensasi dengan mengalirnya kembali elektron ke semikonduktor n
akibat tarikan medan listrik E.
Pada sambungan p-n inilah proses konversi cahaya matahari menjadi
listrik terjadi. Untuk keperluan sel surya, semikonduktor n berada pada lapisan
atas sambungan p yang menghadap kearah datangnya cahaya matahari, dan dibuat
jauh lebih tipis dari semikonduktor p, sehingga cahaya matahari yang jatuh ke
permukaan sel surya dapat terus terserap dan masuk ke daerah deplesi dan
semikonduktor p.
9
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.6 Sambungan Semikonduktor Terkena Cahaya Matahari
Ketika sambungan semikonduktor ini terkena cahaya matahari, maka
elektron mendapat energi dari cahaya matahari untuk melepaskan dirinya dari
semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor. Terlepasnya elektron ini
meninggalkan hole pada daerah yang ditinggalkan oleh elektron yang disebut
dengan fotogenerasi electron hole yakni, terbentuknya pasangan elektron dan hole
akibat cahaya matahari.
10
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.7 Sambungan Semikonduktor Ditembus Cahaya Matahari
Cahaya matahari dengan panjang gelombang (dilambangkan dengan
symbol “lamda” sebagian di gambar atas) yang berbeda, membuat fotogenerasi
pada sambungan pn berada pada bagian sambungan pn yang berbeda pula.
Spektrum merah dari cahaya matahari yang memiliki panjang gelombang lebih
panjang, mampu menembus daerah deplesi hingga terserap di semikonduktor p
yang akhirnya menghasilkan proses fotogenerasi di sana. Spektrum biru dengan
panjang gelombang yang jauh lebih pendek hanya terserap di daerah
semikonduktor n.
Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan pn terdapat medan listrik E,
elektron hasil fotogenerasi tertarik ke arah semikonduktor n, begitu pula dengan
hole yang tertarik ke arah semikonduktor p.
Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka
11
http://digilib.mercubuana.ac.id/
elektron akan mengalir melalui kabel. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan ke
kabel, lampu tersebut menyala dikarenakan mendapat arus listrik, dimana arus
listrik ini timbul akibat pergerakan elektron.
Gambar 2.8 Kabel Dari Sambungan Semikonduktor Dihubungkan Ke Lampu
Untuk mengetahui daya yang dihasilkan dari solar cell pada saat pengisian
baterai langsung digunakan rumus :
. . . . . . . .. . . . .. . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . .(2.2)
Keterangan
:
P
= daya (dalam watt ,W)
V
= ggl (dalam volt, V)
I
= arus (dalam Ampere, A) [9]
12
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.1.3 Radiasi Harian Matahari pada Permukaan Bumi
Konstanta radiasi matahari sebesar 1353 W/m2 dikurangi intensitasnya
oleh penyerapan dan pemantulan oleh atmosfer sebelum mencapai permukaan
bumi. Ozon di atmosfer menyerap radiasi dengan panjang-gelombang pendek
(ultraviolet) sedangkan karbon dioksida dan uap air menyerap sebagian radiasi
dengan panjang gelombang yang lebih panjang (inframerah). Selain pengurangan
radiasi bumi yang langsung atau sorotan oleh penyerapan tersebut, masih ada
radiasi yang dipencarkan oleh molekul-molekul gas, debu, dan uap air dalam
atmosfer sebelum mencapai bumi yang disebut sebagai radiasi sebaran.
Gambar 2.9 Radiasi sorotan dan radiasi sebaran yang mengenai
permukaan bumi
Besarnya radiasi harian yang diterima permukaan bumi ditunjukkan pada
grafik gambar 2.10. Pada waktu pagi dan sore radiasi yang sampai permukaan
bumi intensitasnya kecil. Hal ini disebabkan arah sinar matahari tidak tegak lurus
dengan permukaan bumi (membentuk sudut tertentu) sehingga sinar matahari
mengalami peristiwa difusi oleh atmosfer bumi.
13
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.10 Grafik besar radiasi harian matahari yang mengenai
pemukaan bumi
2.1.4 Pengaruh Sudut Datang terhadap Radiasi yang diterima
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.
Gambar 2.11 Arah sinar datang membentuk sudut terhadap normal bidang
panel sel surya
Panel akan mendapat radiasi matahari maksimum pada saat matahari tegak
lurus dengan bidang panel. Pada saat arah matahari tidak tegak lurus dengan
bidang panel atau membentuk sudut Ɵ seperti gambar 2.11 maka panel akan
menerima radiasi lebih kecil dengan faktor cos Ɵ .
14
http://digilib.mercubuana.ac.id/
…………………………………………… (2.3)
Dimana :
Ir
= Radiasi yang diserap panel
Ir0
= Radiasi yang mengenai panel

= Sudut antara sinar datang dengan normal bidang panel
2.1.5 Jenis Panel Surya
Ada beberapa jenis panel surya yang dijual dipasaran :
1. Jenis pertama, yaitu jenis yang terbaik dan yang terbanyak digunakan
masyarakat saat ini, adalah jenis monokristalin. Panel ini memiliki tingkat
efisiensi antara 12 sampai 14%.
Gambar 2.12 Panel Surya Monokristalin
2. Jenis kedua adalah jenis polikristalin atau multi kristalin, yang terbuat dari
kristal silikon dengan tingkat efisiensi antara 10 sampai 12%.
15
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.13 Panel Surya Polikristalin
3. Jenis ketiga adalah silikon jenis amorphous, yang berbentuk film tipis.
Efisiensinya sekitar 4-6%. Panel surya jenis ini banyak dipakai di mainan
anak-anak, jam dan kalkulator.
Gambar 2.14 Panel Surya Silikon Amorphous
4. Jenis keempat adalah panel surya yang terbuat dari GaAs (Gallium
Arsenide) yang lebih efisien pada temperatur tinggi.
16
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.15 Panel Surya Gallium Arsenide
2.2 Light Dependent Resistor (LDR)
LDR (Light Dependent Resistant) merupakan suatu jenis resistor yang
nilai resistansinya berubah-ubah karena adanya intensitas cahaya yang diserap.
LDR dibentuk dari Cadium Sulfide (CDS) yang mana Cadium Sulfide dihasilkan
dari serbuk keramik. Prinsip kerja LDR ini pada saat mendapatkan cahaya maka
tahanannya turun, sehingga pada saat LDR mendapatkan kuat cahaya terbesar
maka tegangan yang dihasilkan adalah tertinggi.
Pada saat gelap atau cahaya redup, bahan dari cakram pada LDR
menghasilkan elektron bebas dengan jumlah yang relatif kecil. Sehingga hanya
ada sedikit elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Artinya pada saat cahaya
redup LDR menjadi pengantar arus yang kurang baik, atau bisa disebut juga LDR
memiliki resistansi yang besar pada saat gelap atau cahaya redup. Pada saat
cahaya terang, ada lebih banyak elektron yang lepas dari bahan semikonduktor
tersebut. Sehingga akan ada lebih banyak elektron untuk mengangkut muatan
elektrik. Artinya pada saat cahaya terang LDR menjadi konduktor atau bisa
disebut juga LDR memilki resistansi yang kecil pada saat cahaya terang. Simbol
LDR seperti ditunjukan pada Gambar 2.16, sedangkan Gambar 2.17 menunjukkan
grafik hubungan antara resistansi dan intensitas cahaya.
17
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.16 Simbol LDR
Gambar 2.17 Grafik hubungan antara resistansi dan intensitas cahaya
LDR digunakan untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik.
Saklar cahaya otomatis adalah salah satu contoh alat yang menggunakan LDR.
Akan tetapi karena responsnya terhadap cahaya cukup lambat, LDR tidak
digunakan pada situasi dimana intesitas cahaya berubah secara drastis.
Gambar 2.18 LDR (Light Dependent Resistor)
18
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.3 Arduino Uno
Pembuatan Arduino dimulai pada tahun 2005, oleh sebuah perusahaan
komputer Olivetti di Ivrea, Pendiri dari Arduino itu sendiri adalah Massimo Banzi
dan David Cuartielles. Pada awalnya mereka memberi nama proyek itu dengan
sebutan Arduin dari Ivrea tetapi seiring dengan perkembangan zaman, maka nama
proyek itu diubah menjadi Arduino yang berarti “teman yang kuat” atau dalam
versi
bahasa
Inggrisnya
dikenal
dengan
sebutan
“Hardwin”.
Mereka
mengembangkan Arduino dengan bootloader dan software yang user friendly
sehingga menghasilkan sebuah board mikrokontroler yang bersifat open source
yang bisa dipelajari dan dikembangkan oleh mahasiswa, pelajar, professional,
pemula, Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open
source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip
mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Mikrokontroler itu
sendiri adalah chipatau IC (integrated Circuit) yang bisa diprogram menggunakan
komputer. Tujuan menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar
rangkaian elektronik dapat membaca input, proses, dan output sebuah rangkaian
elektronik. dan penggemar elektronika maupun robotik di seluruh dunia.
Arduino hardware diprogram menggunakan bahasa Wiring berbasis
(sintaks dan perpustakaan), mirip dengan C + + dengan beberapa penyederhanaan
sedikit dan modifikasi, dan lingkungan pengembangan terpadu berbasis
Processing. Komponen utama Arduino adalah mikrokontroler sehingga Arduino
dapat diprogram menggunakan komputer sesuai dengan kebutuhan kita.
Arduino adalah inovasi dibidang elektronika yang telah membuat
perubahan besar dalam dunia mikrokontroler sehingga seorang yang awam
amatiran bisa membuat proyek-proyek elektronika atau robotika dengan relative
mudah dan cepat.Arduino lahir dari lingkungan mahasiswa dan dosen yang
merasakan
sulitnya
mempelajari
mikrokontroler.Kemudian
mereka
mengembangkan sebuah sistem minimum berbasis AVR yang dilengkapi dengan
bootloader dan software yang user friendly. Hasilnya adalah sebuah board
mikrokontroler yang bersifat open source yang bisa dipelajari atau dikembangkan
oleh mahasiswa, professional, atau penggemar mikrokontroler di seluruh dunia.
19
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Konon Arduino sudah lebih popular dibandingkan Basic Stamp yang lahir lebih
awal yang harganya relatif mahal dan close source. Penjualan board Arduino bisa
menghasilkan milyaran Rupiah pada penjualan kit online seperti Sparkfun.
Gambar 2.19 Bentuk Fisik Arduino Uno
Mikrokontroler ada pada perangkat elektronik di sekelililng kita. Misalnya
Handphone, MP3 player, DVD, televisi, AC, dll. Mikrokontroler juga dipakai
untuk keperluan mengendalikan robot.
Karena komponen utama Arduino adalah mikrokontroler, maka Arduino
pun dapat diprogram menggunakan komputer sesuai dengan kebutuhan. Adapun
data teknis board Arduino UNO sebagai berikut :

Mikrokontroler : Arduino UNO

Tegangan Operasi : 5 V

Tegangan Input (recommended) : 7 - 12 V

Tegangan Input (limit) : 6 - 20 V

Pin digital I/O : 14 ( 6 diantaranya pin PWM )

Pin analog input : 6

Arus DC per pin I/O : 40 mA

Arus DC untuk pin 3.3 V : 150 mA

Flash Memory : 32 KB dengan 0.5 KB digunakan untuk bootloader

SRAM : 2 KB

EEPROM : 1 KB

Kecepatan Pewaktu : 16 MHz
20
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.3.1 Soket USB
Soket USB berfungsi untuk mengirimkan program dari computer ke
Arduino dan juga sebagai port komunikasi serial.
2.3.2 Input / Output Digital
Input/output digital atau digital pin adalah pin-pin untuk menghubungkan
Arduino dengan komponen atau rangkaian digital.
2.3.3 Input Analog
Input Analog atau analog pin adalah pin-pin yang berfungsi untuk
menerima sinyal dari komponen atau rangkaian analog. Misalnya dari
potensiometer, sensor suhu, sensor cahaya, dsb.
2.3.4 Pemrograman Arduino
Walaupun bahasa pemrograman Arduino adalah bahasa C/C++, tetapi
dengan penambahan library dan fungsi-fungsi standar membuat pemrograman
Arduino lebih mudah dipelajari dan manusiawi. Contoh, untuk mengirimkan nilai
HIGH pada pin 10 Arduino, cukup menggunakan fungsi digitalWrite (10, HIGH),
sedangkan kalau menggunakan bahasa C aslinya adalah PORTB I=(1<<2).
Tersedia library yang sangat banyak untuk menghubungkan Arduino
dengan macam-macam sensor, actuator maupun modul komunikasi. Misalnya
library untuk mouse, keyboard, servo, GPS, dsb. Berhubung Arduino adalah open
source, maka library- library ini juga open source dan dapat di-download secara
gratis di website Arduino. Dengan bahasa yang lebih mudah dan adanya library
dasar yang lengkap, maka mengembangkan aplikasi elektronik relatif lebih
mudah. Contoh, kalau ingin membuat robot wireless, cukup membeli sebuah
modul Bluetooth dan menyambungkan ke Arduino.
Arduino tidak membuat bahasa pemrograman khusus, melainkan
menggunakan bahasa C yang sudah ada, lebih tepatnya menggunakan bahasa C
yang menggunakan compiler AVG – GCC (AVR GNU C – Compiler).Bahasa C
adalah bahasa yang sangat lazim dipakai sejak awal-awal komputer diciptakan
21
http://digilib.mercubuana.ac.id/
dan sangat berperan dalam perkembangan software. Bahasa C telah banyak
membuat bermacam-macam sistem operasi Unix, linux, dsb. Bahasa C juga
biasanya digunakan di akademi dan perguruan tinggi selain bahasa pemrograman
basic atau pascal.Bahasa C adalah bahasa pemrograman yang sangat ampuh yang
kekuatannya mendekati bahasa assembler.
Bahasa C menghasilkan file kode objek yang sangat kecil dan dieksekusi
dengan sangat cepat. Karena itu bahasa C sering digunakan pada sistem operasi
dan pemrograman mikrokontroler. Bahasa C adalah multi-platform, bahasa C
biasa diterapkan pada lingkungan windows, Unix, Linux, atau sistem operasi lain
tanpa mengalami perubahan source code ( kalaupun ada perubahan, biasanya
sangat minim). Karena Arduino menggunakan bahasa C yang multi-platform,
maka software Ardunio pun bisa dijalankan pada semua sistem operasi yang
umum, misalnya : Windows, Linux, MacOs. Bahasa C mudah dipelajari. Maksud
kata mudah di sini adalah relatif, tergantung kemampuan dari tiap user. Kalau
anda sudah mengerti bahasa C, anda dapat melakukan pengembangan dengan
board lain atau mikrokontroler lain dengan lebih mudah. Diinternet banyak library
bahasa C untuk Arduino yang bias di-download secara gratis. Setiap library
Arduino
biasanya
disertai
dengan
contoh
pemakaiannya.
Keberadaan
librarylibrary ini bukan hanya membantu membuat proyek mikrokontroler. Tetapi
bias dijadikan sarana untuk mendalami pemrograman bahasa C pada
mikrokontroler.
2.3.5 Aplikasi Program Arduino IDE ( Integrated Development
Environment )
Ketika kita membuka program Arduino IDE ( Integrated Development
Environment ), akan terlihat serupa dengan tampilan gambar 2.20 di bawah ini.
Jika kita menggunakan Windows atau Linux, akan terlihat perbedaan, tetapi pada
dasarnya IDE akan sama, tidak perduli Operasi sistem apa yang digunakan.
22
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.20 Tampilan Program IDE
2.3.6 Arduino Programming Tool
Arduino merupakan perangkat pemrograman mikrokontroler jenis AVR
yang tersedia secara bebas (open source) untuk membuat prototip elektronika
yang dapat berinteraksi dengan keadaan sekitarnya. Arduino dapat menerima
input dari berbagai jenis sensor dan mengendalikan sensor, servo, dan actuator
lainnya.
23
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.21 Tampilan Utama Aplikasi Arduino
a. Toolbar
Tombol-tombol toolbar memungkinkan Anda untuk memverifikasi dan
meng-upload program, membuat, membuka, dan menyimpan sketsa, juga
membuka monitor serial.
Gambar 2.22 Toolbar Pada Aplikasi Arduino
24
http://digilib.mercubuana.ac.id/

Verify
Tombol ini digunakan untuk meng-compile program yang telah
dibuat. Compile berguna untuk mengetahui apakah program yang
telah dibuat benar atau masih memilki kesalahan. Apabia ada
kesalahan yang terjadi, bagian message akan menampilkan letak
kesalahan tersebut.

Stop
Tombol ini digunakan untuk membatalkan proses verify yang
sedang berlangsung.

New
Tombol ini digunakan untuk membuat coding pada layar baru

Open
Tombol ini digunakan untuk membuka coding yang sudah
disimpan sebelumnya.

Save
Tombol ini digunakan untuk menyimpan coding yang sedang
dikerjakan.

Upload
Tombol ini digunakan untuk mengirim coding yang sudah
dikerjakan ke mikrokontroler.

Serial Monitor
Tombol ini digunakan untuk melihat aktivitas komunikasi serial
dari mikrokontroler baik yang dikirm oleh user ke mikrokontroler
maupun sebaliknya.
b. Coding Area
Bagian ini merupakan tempat penulisan coding dengan menggunakan
Bahasa pemrograman C. Coding di dalam Arduino memiliki dua bagian
utama, yaitu :
25
http://digilib.mercubuana.ac.id/

Void Setup ( )
Bagian ini merupakan inisialisasi yang diperlukan sebelum
program utama dijalankan, contoh :
void setup ( )
{
Serial.begin (9600) ; // Inisialisasi baudrate komunikasi serial
pinMode (6, INPUT) ; // set pin 6 Arduino sebagai input
pinMode (7, OUTPUT) ; // set pin 7 Arduino sebagai output
}

Void Loop ( )
Bagian ini merupakan fungsi utama yang dijalankan terus menerus
selama modul Arduino terhubung dengan power supply.Contoh :
void loop ( )
{
digitalWrite (6, HIGH) ; // memberikan logic HIGH pada pin 6
delay (1000) ; // menunda selama 1 detik
digitalWrite (6, LOW) ; // memberikan logic LOW pada pin 6
delay (2000) ; // menunda selama 2 detik
c. Application Status
Bagian ini memberikan informasi kepada pengguna mengenai tugas yang
yang sedang dujalankan oleh aplikasi Arduino.
d. Message
Bagian ini memberikan informasi kepada pengguna mengenai besarnya
ukuran file dari coding yang dibuat dan letak kesalahan yang terjadi pada
coding.
26
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.3.7 Serial Port
Serial digunakan untuk memprogram mikrokontroler langsung dari
aplikasi Arduino. Selain itu, komunikasi serial juga digunakan untuk mengirim
dan menerima data antara mikrokontroler dan komputer melalui fasilitas serial
monitor yang terdapat pada aplikasi Arduino. Seperti gambar berikut ini :
Gambar 2.23 Tools Serial Ports
Berikut kegunaan pada Toolbar;
a. Auto Format
Memformat kode Anda dengan baik : yaitu indentasi dalam membuka dan
menutup kurung kurawal, dan pernyataan di dalam kurung kurawal akan
lebih menjorok.
b. Archive Sketch
Arsip salinan sketsa saat ini dalam format .zip. Arsip akan ditempatkan di
direktori yang sama seperti sketsa.
c. Board
Pilih board yang Anda gunakan.
27
http://digilib.mercubuana.ac.id/
d. Serial Port
Menu ini berisi semua perangkat serial (nyata atau virtual) pada
e. Programmer
Memilih programmer hardware yang akan digunakan untuk meng-upload
kode program, sehingga Anda tidak menggunakan koneksi onboard USB
serial.
f. Burn Bootloader
Item dalam menu ini memungkinkan Anda untuk mem-burning bootloader
ke mikrokontroler pada papan Arduino .
2.4 Motor Servo
Motor servo adalah sebuah motor dengan sistem umpan balik tertutup di
mana posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang
ada di dalam motor servo[10]. Motor servo merupakan salah satu jenis motor DC.
Berbeda dengan motor stepper, motor servo beroperasi secara close loop. Poros
motor dihubungkan dengan rangkaian kendali, sehingga jika putaran poros belum
sampai pada posisi yang diperintahkan maka rangkaian kendali akan terus
mengoreksi posisi hingga mencapai posisi yang diperintahkan. Motor servo
banyak digunakan pada peranti R/C (remote control) seperti mobil, pesawat,
helikopter, dan kapal, serta sebagai aktuator robot maupun penggerak pada
kamera. Gambar 2.24 merupakan motor servo standar.
28
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.24 Motor servo standar Hitec HS-311
2.4.1 Prinsip Kerja Motor Servo
Seperti namanya, servomotor adalah sebuah servo. Lebih khusus lagi
adalah servo loop tertutup yang menggunakan umpan balik posisi untuk
mengontrol gerakan dan posisi akhir. Masukan kontrolnya adalah beberapa sinyal,
baik analog atau digital, yang mewakili posisi yang diperintahkan untuk poros
output.
Motor dipasangkan dengan beberapa jenis encoder untuk memberikan
posisi dan kecepatan umpan balik. Dalam kasus yang paling sederhana, hanya
posisi yang diukur. Posisi diukur dari output dibandingkan dengan posisi perintah,
input eksternal ke controller. Jika posisi keluaran berbeda dari yang diperlukan,
sinyal error yang dihasilkan yang kemudian menyebabkan motor berputar pada
kedua arah, yang diperlukan untuk membawa poros output ke posisi yang sesuai.
Sebagai pendekatan posisi, sinyal error tereduksi menjadi nol dan motor berhenti.
Pada
servomotor
sangat
sederhana
hanya
menggunakan
posisi
penginderaan melalui potensiometer dan bang-bang control motor mereka, motor
selalu berputar pada kecepatan penuh (atau dihentikan). Jenis servomotor tidak
banyak digunakan dalam kontrol gerak industri, tetapi mereka membentuk dasar
dari servo yang sederhana dan murah yang digunakan untuk radio kontrol model.
Servomotor lebih canggih mengukur baik posisi dan juga kecepatan poros
output. Mereka juga dapat mengontrol kecepatan motor mereka, daripada selalu
29
http://digilib.mercubuana.ac.id/
berjalan dengan kecepatan penuh. Kedua perangkat tambahan, biasanya dalam
kombinasi dengan algoritma kontrol PID, memungkinkan servomotor yang akan
dibawa ke posisinya memerintahkan lebih cepat dan lebih tepat, dengan overshoot
kurang.
2.4.2 Jenis-Jenis Motor Servo
Motor Servo
Standar
Motor Servo
Kontinu
Gambar 2.25 Jenis-jenis motor servo
a. Motor Servo Standar
Motor servo jenis ini hanya mampu bergerak dua arah (CW dan CCW)
dengan defleksi masing-masing sudut mencapai 90° sehingga total defleksi
sudut dari kanan – tengah – kiri adalah 180°.
b. Motor Servo Kontinu
Motor servo kontinu merupakan motor servo yang bagian feedback-nya
dilepas sehingga motor servo jenis ini mampu bergerak dua arah (CW dan
CCW) tanpa batasan defleksi sudut putar (dapat berputar secara kontinyu).
2.4.3
Pengaturan Motor Servo
Motor Servo akan bekerja secara baik jika pada bagian pin kontrolnya
diberikan sinyal PWM dengan frekuensi 50Hz. Di mana pada saat sinyal dengan
frekuensi 50Hz tersebut dicapai pada kondisi Ton duty cycle 1.5 ms, maka rotor
30
http://digilib.mercubuana.ac.id/
dari motor akan berhenti tepat di tengah-tengah (sudut 0° / netral). Pada saat Ton
duty cycle dari sinyal yang diberikan kurang dari 1.5ms, maka rotor akan berputar
ke arah kiri dengan membentuk sudut yang besarnya linier terhadap besarnya Ton
duty cycle, dan akan bertahan diposisi tersebut. Dan sebaliknya, jika Ton duty
cycle dari sinyal yang diberikan lebih dari 1.5ms, maka rotor akan berputar ke
arah kanan dengan membentuk sudut yang linier pula terhadap besarnya Ton duty
cycle, dan bertahan diposisi tersebut.
2.4.4 Simulasi Motor Servo
Rangkaian penghasil clock (PWM)
Gambar 2.26 Rangkaian skematik penghasil clock (skematik Eagle) Proteus 7.8
31
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.27 Rangkaian skematik penghasil clock (skematik Proteus)
Yang mempengaruhi pwm adalah potensiometer
Proteus 7.8
Rangkaian motor servo
Proteus 7.8
32
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Rangkaian pengendalian motor servo dengan pwm
Proteus 7.8
Gambar 2.28 Rangkaian kontrol motor servo dengan PWM
Proteus 7.8
R 0%
33
http://digilib.mercubuana.ac.id/
R 50%
R 100%
Gambar 2.29 Perubahan sudut karena perubahan PWM
2.5 Battery Charge Regulator (BCR)
Battery Charger Regulator (BCR) adalah peralatan elektronik yang
digunakan untuk mengatur arus searah yang diisi ke baterai dan diambil dari
baterai ke beban. BCR mengatur overcharging dan kelebihan tegangan dari sel
surya. Kelebihan tegangan dan pengisian akan mengurangi umur baterai.
Sel surya 12 V umumnya mempunyai tegangan output 16-21 V. Jadi,
tanpa BCR, baterai akan rusak oleh overcharging dan ketidakstabilan tegangan.
BCR yang baik biasanya mempunyai kemampuan mendeteksi kapasitas baterai.
Bila baterai sudah terisi penuh maka secara otomatis pengisian arus dari sel surya
berhenti. BCR akan mengisi baterai sampai level tegangan tertentu, kemudian
apabila level tegangan drop, maka akan diisi kembali.
34
http://digilib.mercubuana.ac.id/
BCR terdiri dari 1 input (2 terminal), yang terhubung dengan output sel
surya, 1 output (2 terminal) yang terhubung dengan baterai dan 1 output (2
terminal) yang terhubung dengan beban.
Ada beberapa fungsi yang dimiliki oleh alat BCR ini, yaitu :
Pertama, untuk mengatur proses transfer energi dari sel surya yang akan
disimpan pada baterai secara efisien dan semaksimal mungkin serta membatasi
dan menghentikan arus yang mengalir ke baterai apabila kondisi baterai tersebut
dalam keadaan penuh sekaligus melakukan pemindahan hubungan dari baterai
yang sudah penuh tersebut untu mencatu beban baik beban DC maupun AC,
apabila untuk mencatu beban AC terlebih dahulu melalui alat bantu inverter
sebagai pengkonversi tegangan DC ke AC terlebih dahulu, dengan kata lain
berfungsi sebagai indikator proses pengisian maupun pengosongan baterai.
Kedua, alat BCR ini juga dapat berfungsi sebagai proteksi baterai dari
bahaya over charge maupun over discharge. Yang dimaksud dengan Over Charge
adalah suatu kondisi di mana terjadi proses pemutusan pengisisan (charging)
baterai pada tegangan batas atas dengan tujuan untuk menghindari gassing yang
dapat menyebabkan penguapan air baterai dan korosi pada grid baterai sehingga
dapat mengurangi life time dari baterai. Sedangkan Over Discharge ialah suatu
kondisi di mana proses pemutusan pengosongan (discharging) baterai pada
tegangan batas bawah untuk menghindari pembebanan berlebih yang dapat
menyebabkan sulfasi baterai.
Fungsi BCR yang lainnya adalah :
1. Membatasi daerah tegangan kerja baterai.
2. Menjaga atau memperpanjang umur baterai.
3. Mencegah beban berlebih terjadinya hubung singkat.
4. Sebagai pusat dari pengkabelan dan kontrol pemindahan (change over) otomatis
antara sel surya, baterai dan juga beban.
5. Memberikan informasi kondisi sistem pada pemakaian (indikator).
35
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.6 Baterai
Baterai pembangkit listrik tenaga matahari pada umumnya hanya aktif
pada saat siang hari (pada saat sinar matahari ada). Sehingga untuk keperluan
malam hari solar cell tidak dapat digunakan. Untuk mengatasi hal tersebut, maka
energi yang dihasilkan solar cell pada siang hari disimpan sebagai energi
cadangan pada saat matahari tidak tampak. Untuk menyimpan energi tersebut
dipakai suatu baterai sebagai penyimpanan muatan energi. Baterai digunakan
untuk sistem pembangkit tenaga listrik matahari mempunyai fungsi yang ganda.
Di suatu sisi baterai berfungsi sebagai penyimpanan energi, sedang disisi
lain baterai harus dapat berfungsi sebagai satu daya dengan tegangan yang
konstan
untuk
menyuplai
beban.
Menurut
penggunaan
baterai
dapat
diklasifikasikan menjadi:
a. Baterai Primer
Baterai primer hanya digunakan dalam pemakaian sekali saja. Pada waktu
baterai dipakai, material dari salah satu elektroda menjadi larut dalam
elektrolik dan tidak dapat dikembalikan dalam keadaan semula.
b. Baterai Sekunder
Baterai sekunder adalah baterai yang dapat digunakan kembali dan
kembali dimuati.
Pada waktu pengisian baterai elektroda dan elektrolik mengalami
perubahan kimia, setelah baterai dipakai, elektroda dan elektrolit dapat dimuati
kembali, kondisi semula setelah kekuatannya melemah yaitu dengan melewatkan
arus dengan arah yang berlawanan dengan pada saat baterai digunakan. Pada saat
dimuati energi listrik diubah dalam energi kimia. Jadi, dapat kita ketahui bahwa
fungsi baterai pada rancangan pembangkit tenaga surya ini adalah untuk
menyimpan energi yang dihasilkan solar cell pada siang hari, tujuannya adalah
untuk menyimpan energi listrik cadangan ketika cuaca mendung atau hujan serta
pada malam hari. Dengan demikian dapat bekerja sesuai dengan kebutuhan.
Baterai yang digunakan adalah jenis asam timbal (baterai basah) yang dapat diisi
ulang cairan kimia dan energi listrik.
36
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.6.1
Perhitungan Daya Tahan Baterai
Intensitas arus listrik didefinisikan sebagai muatan listrik yang lewat per
satuan waktu melalui suatu penampang daerah dimana muatan mengalir, seperti
penampang tabung pemacu atau kawat logam[11]. Karena itu jika dalam waktu t, N
partikel bermuatan yang masing-masing membawa muatan q , lewat melaui suatu
penampang medium penghantar, maka muatan total yang lewat adalah Q = Nq;
dan intensitas listriknya adalah :
………………………………..………………......... (2.4)
Dimana:
I = Kuat arus listrik dalam satuan ampere
Q = muatan listrik dalam satuan coulomb
t = Waktu dalam satuan detik
Dari persamaan di atas, persamaan muatan listrik dapat diperoleh diperoleh yaitu:
Q = I.t ………………………………..……......... (2.5)
Perhitungan daya tahan baterai dihitung dari persamaan :
……………………………………........... (2.6)
Dari persamaan tegangan diperoleh :
V=I.R ………………………………………………. (2.7)
. ………………………………………………... (2.8)
37
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.7 Inverter
Inverter merupakan suatu rangkaian yang digunakan untuk mengubah
sumber tegangan DC tetap menjadi sumber tegangan AC dengan frekuensi
tertentu. Komponen semikonduktor daya yang digunakan dapat berupa SCR,
transistor, dan MOSFET yang beroperasi sebagai sakelar dan pengubah. Inverter
dapat diklasifikasikan dalam dua jenis, yaitu: inverter satu fasa dan inverter tiga
fasa. Setiap jenis inverter tersebut dapat dikelompokan dalam empat kategori
ditinjau dari jenis rangkaian komutasi pada SCR, yaitu: (1) modulasi lebar pulsa,
(2) inverter resonansi, (3) inverter komutasi bantu, dan (4) inverter komutasi
komplemen.
Inverter disebut sebagai inverter catu-tegangan (voltage-fed inverter-VFI)
apabila tegangan masukan selalu dijaga konstan, disebut inverter catu-arus
(current-fed inverter-CFI) apabila arus masukan selalu dipelihara konstan, dan
disebut inverter variabel (variable dc linked inverter) apabila tegangan masukan
dapat diatur. Selanjutnya, jika ditinjau dari proses konversi, inverter dapat
dibedakan dalam tiga jenis, yaitu inverter : seri, paralel, dan jembatan. Inverter
jembatan dapat dibedakan menjadi inverter setengah-jembatan (half-bridge) dan
jembatan (bridge).
38
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.7.1
Inverter Satu Fasa
a. Inverter setengah jembatan satu fasa
Gambar 2.30 Rangkaian Inverter Setengah-jembatan Satu Fasa
39
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.30 merupakan rangkaian dasar inverter setengah-jembatan satu
fasa dengan beban resistif dan bentuk gelombangnya. Dalam rangkaian Gambar
2.30 diperlukan dua buah kapasitor untuk menghasilkan titik N agar tegangan
pada setiap kapasitor Vi/2 dapat dijaga konstan. Sakelar S+ dan Smereprensentasikan
sakelar
elektronis
yang
mencerminkan
komponen
semikonduktor daya sebagaimana diuraikan di muka. Sakelar S+ dan S- tidak
boleh bekerja secara serempak/ simultan, karena akan terjadi hubung singkat
rangkaian.
Kondisi ON dan OFF dari sakelar S+ dan S- ditentukan dengan teknik
modulasi, dalam hal ini menggunakan prinsip PWM. Prinsip PWM dalam
rangkaian ini membandingkan antara sinyal modulasi Vc (dalam hal ini tegangan
bolak-balik luaran yang diharapkan) dengan sinyal pembawa dengan bentuk
gelombang gigi-gergaji (V ). Secara praktis, jika Vc > V
ON dan sakelar S- akan OFF, dan jika Vc < V
maka sakelar S+ akan
maka sakelar S+ akan OFF dan
sakelar S- akan ON.
Untuk menghasilkan tegangan keluaran (Vo) satu fasa, terdapat tiga
kondisi jika Sakelar S+ dan S- dioperasikan sebagaimana ditunjukkan pada tabel
berikut:
Tabel 2.1 Tegangan Output Inverter setengah jembatan satu fasa
b. Inverter jembatan satu fasa
Gambar 2.31 merupakan rangkaian dasar inverter jembatan satu-fasa
dengan beban resistif dan bentuk gelombangnya. Seperti halnya pada rangkaian
inverter setengah-jembatan di atas, dalam rangkaian ini diperlukan dua buah
40
http://digilib.mercubuana.ac.id/
kapasitor untuk menghasilkan titik N agar tegangan pada setiap kapasitor Vi/2
dapat dijaga konstan. Terdapat dua sisi sakelar, yaitu: sakelar S1+ dan S1- serta
S2+ dan S2-. Masing masing sisi sakelar ini, sakelar S1+ dan S1- dan atau S2+
dan S2-, tidak boleh bekerja secara serempak/ simultan, karena akan terjadi
hubung singkat rangkaian. Kondisi ON dan OFF dari kedua sisi sakelar ditentukan
dengan teknik modulasi, dalam hal ini menggunakan prinsip PWM, seperti
jelaskan pada inverter setengah jembatan satu fasa di atas.
Untuk menghasilkan tegangan luaran (Vo) satu fasa, terdapat lima kondisi
jika sakelar S1+, S1-, S2+, dan S2- dioperasikan sebagaimana ditunjukkan pada
tabel berikut:
Tabel 2.2 Tegangan Output Inverter jembatan satu fasa
41
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.31 Rangkaian Inverter Jembatan Satu Fasa
2.7.2
Inverter jembatan tiga fasa
Gambar 2.32 merupakan rangkaian dasar inverter jembatan tiga-fasa
dengan beban resistif dan bentuk gelombangnya. Seperti halnya pada rangkaian
inverter setengah-jembatan di atas, dalam rangkaian ini diperlukan dua buah
kapasitor untuk menghasilkan titik N agar tegangan pada setiap kapasitor Vi/2
dapat dijaga konstan. Terdapat tiga sisi sakelar, yaitu: sakelar S1+ dan S1- serta
S2+ dan S2-. Kedua sisi sakelar ini, sakelar S1 dan S4, S3 dan S4, serta S5 dan
S2. Masing masing sakelar, S1 dan S4, atau S3 dan S4, atau S5 dan S2, tidak
boleh bekerja secara serempak/ simultan, karena akan terjadi hubung singkat
42
http://digilib.mercubuana.ac.id/
rangkaian. Kondisi ON dan OFF dari kedua sisi sakelar ditentukan dengan teknik
modulasi, dalam hal ini menggunakan prinsip PWM, seperti jelaskan pada
inverter setengah-jembatan satu fasa di atas.
Gambar 2.32 Rangkaian Inverter Jembatan Tiga Fasa
Untuk menghasilkan tegangan luaran (Vo) tiga fasa, terdapat delapan
kondisi jika sakelar S1, S4, S3, S4, S5 dan S2 dan S4 dioperasikan sebagaimana
ditunjukkan pada tabel berikut:
Tabel 2.3 Tegangan Output Inverter jembatan tiga fasa
43
http://digilib.mercubuana.ac.id/