jurnal 060801051.pdf

Pembuatan Sistem Monitoring Optimasi Energi Cahaya Matahari

Menggunakan Sensor Arus pada Antarmuka Personal Computer

1) Oki Petrus Hutauruk

2)Takdir Tamba

3)Tua Raja Simbolon

Jurusan Fisika Bidang Keahlian Elektronika & Instrumentasi – Fakultas MIPA USU 1Mahasiswa FISIKA FMIPA

2Dosen Pembimbing FISIKA FMIPA

3Departemen FISIKA FMIPA

Jl. Bioteknologi No 1 USU

Email: [email protected]

Hp: 0852 06384254

ABSTRAK

Telah dibuat dan direalisasikan sebuah sistem monitoring optimasi energi cahaya matahari

menggunakan sensor arus pada antarmuka personal computer yang semua sistemnya dikontrol oleh

Mikrokontroler AVR ATMega 8535. Inti dari alat ini merupakan 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

pengiriman data secara serial ke PC menggunakan mikrokontroler AVR ATMega 8535. Panel sel surya

yang digunakan memiliki spesifikasi daya listrik keluaran 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 yang mewakili I, V, P -vs- t 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

Was created and realized a monitoring system of solar energy light optimization using current sensor

on personal computer interface that all system is controlled by AVR microcontroller ATMega 8535. Essence of this instrument is a single chip of AVR microcontroller ATMega 8535 which is a family of

AVR (Alf and Vegard's Risc Processor) uses RISC technology (Reduced Instruction Set Computer) 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 a serial data transmission to a PC using AVR microcontroller ATMega 8535.

Solar cell panels that used have a specification 0.3 Watt electric power output 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,

the data representing the I, V, P -vs - t are 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

mailto:[email protected]

2

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.

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.

Persisnya, tegangan proporsional yang rendah

akan menstabilkan Bi CMOS Hall IC.

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 2.1 Grafik Tegangan Keluaran

terhadap Arus yang Terukur Oleh IC

ACS712ELC-20A

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. Yang cukup

menarik, Hall Effect juga menunjukkan bahwa

arus sebagai “holes” positif yang bergerak

daripada elektron.

Gambar 2.2

a) Arus yang Diterima b) Tegangan yang

pada IC Diukur pada IC

Dengan mengukur tegangan Hall yang melalui

bahan, dapat ditentukan kekuatan medan

magnet yang ada. Hal ini bisa dirumuskan :

VH = ned

IB........................................(2.1)

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

Radiasi matahari yang tersedia di luar atmosfer

bumi atau sering disebut konstanta radiasi

matahari sebesar 1353 W/m2 dikurangi

intensitasnya oleh penyerapan dan pemantulan

oleh atmosfer sebelum mencapai permukaan

bumi. 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 seperti terlihat

pada Gambar 2.5 (Yuwono, 2005).

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.

3

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).

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 2.4 Arah Sinar Datang Membentuk

Sudut Terhadap Normal Bidang pada 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

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).

Gambar 2.5 Tampilan Awal Borland Delphi

7.0

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. Itu sebabnya banyak yang

menggunakan tipe motor ini untuk pembuatan

robot berkaki atau sejenisnya. Cara kerja dari

motor ini adalah ketika motor DC diberi signal

oleh rangkaian pengontrol maka dia akan

bergerak, demikian pula potensiometer

otomatis akan mengubah 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.

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.

4

Panel Sel

Surya 2

Switch

pada Relay

12V

Panel Sel Surya 1

AT

Me

ga

85

35

Motor

Servo

Sensor Arus

(ACS712ELC-20A)

Sensor Tegangan

RS 232

PC

Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Rangkaian

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

internal gear yang semuanya terintegrasi

dalam gearbox. Komponen-komponen tersebut

diletakkan pada kerangka yang terbuat dari

mika akrilik seperti pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Sistem Hardware pada Alat Solar

Energy Light Monitoring

Dipilih motor servo sebagai penggerak, karena

dapat dilakukan pengesetan besar sudut

pergerakannya.

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.

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.

Gambar 3.3 Rangkaian Sensor Arus ACS712

Rangkaian Pembaca Tegangan

Rangkaian pembaca tegangan ditunjukkan

pada Gambar 3.4. Vin

R1

Vout

R2

Ground Gambar 3.4 Rangkaian Pembaca Tegangan

Besar R1 dan R2 disesuaikan dengan

tegangan maksimum dari VCC yang diukur.

Kemudian disesuaikan dengan tegangan

masukan maksimal dari ADC. 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:

inout xV

RR

RV

21

2

....................(3.1)

VoltxVout 796,41047005100

4700

Vout inilah yang menjadi masukan ADC

channel 1 pada port A.1 pada mikrokontroler

ATMega 8535.

Rangkaian Mikrokontroler AVR ATMega

8535

Mikrokontroler ATMega 8535

merupakan mikrokontroler yang dirancang

single chip sehingga perlu komponen

tambahan sebagai pembangkit clock internal,

sebuah kristal 11,0592 MHz dan dua buah

5

kapasitor 33pf sebagai pembangkit clock

internal (on chip osilator) agar sistem dapat

bekerja dengan baik. Gambar 3.5

memperlihatkan rangkaian sistem minimum

mikrokontroler ATMega 8535 yang digunakan.

Untuk port I/O yang digunakan pada

mikrokontroler ini adalah pin A.0 dan A.1 pada

port A sebagai masukan untuk ADC internal

channel 0 dan channel 1. Kemudian port C

untuk keluaran ke motor servo. Pin B.7 pada

port B sebagai keluaran untuk rangkaian relay

dan D.0 dan D.1 pada port D untuk

komunikasi serial ke PC.

Gambar 3.5 Rangkaian Sistem Minimum

Mikrokontroler AVR 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:

byte1024/MHz8timerf = 0,0078125

MHz = 7812,5 Hz

atau dengan kata lain bahwa periode 1 clock

timer adalah:

sf

Ttimer

timer 128

5,7812

11 = 0,128 msec.

sehingga, untuk mendapatkan nilai lebar pulsa

high sebesar 1 msec., maka dibutuhkan

pencacahan sebanyak:

kali8125,710.128,0

10.13

3

sn

Berikut ini gambar sebuah sistem pemasangan

motor servo ditunjukkan pada Gambar 3.6

berikut ini:

Gambar 3.6 Pengkabelan Pada Motor Servo

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:

ms896,01000

7128

1

mst

Dan dengan cara yang sama pula didapatkan

untuk nilai waktu 2ms akan diperoleh dari n=8

atau dengan waktu sesungguhnya sebesar :

ms048,21000

8256

2

mst

Untuk menghitung waktu sebesar 20 ms, maka

dibutuhkan pencacahan sebanyak 2161 dengan

n sebanyak 26 kali atau sebesar :

ms566,661000

26˙2560

20

mst

Dengan menggunakan timer 10 bit dibutuhkan

2 kali timer overflow ditambah 113

pencacahan lagi. Untuk mendapatkan nilai

lebar pulsa high dalam rentang 1– 2 ms,

digunakan cara menghitung hingga waktu

yang diinginkan. Jika waktu sudah sesuai,

maka pin OC0 akan di-toggle dan timer akan

berjalan terus tanpa direset. Timer akan terus

dijalankan hingga terjadi overflow sebanyak 4

kali dan timer sudah menghitung sebanyak

512. 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:

Gambar 3.7 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.

Rangkaian Komunikasi Serial Rangkaian komunikasi serial ini

menggunakan IC Serial MAX232 yang

berfungsi sebagai pengubah tegangan. Karena

terdapat perbedaan besar tegangan antara

sistem minimum mikrokontroler dengan

komputer. IC Serial MAX232 berfungsi

mengubah tegangan 12 Volt dari komputer

menjadi tegangan 5 Volt yang masuk ke

mikrokontroler sehingga mempunyai level

Toggle Toggle & Clear

Timer

Clear

Timer

Toggle Toggle &

Clear Timer

Clear Timer

6

tegangan yang sama. Rangkaian tesebut

ditunjukkan pada gambar 3.8.

Gambar 3.8 Rangkaian Skematik Converter

Tegangan Serial RS 232

Rangkaian Switch pada Relay Rangkaian ini berfungsi untuk

melakukan pemilihan pengambilan data dari

kedua panel secara bergantian setiap 3 detik.

Waktu ini menggunakan delay pada program

di dalam mikrokontroler. Setelah 3 detik basis

transistor C945 akan terpicu dan kemudian

arus dari kumparan Relay dapat mengalir

sehingga menimbulkan medan magnet di

sekitar kumparan. Medan magnet ini yang

akan menarik koil dan terjadi perpindahan

cabang dari NC ke NO. Gambar 3.9 di bawah

ini menunjukkan rangkaian switch yang

dimaksud. Vin = +12Volt

10k C9

45

KOIL

NO

NC

1N

53

91

ke Sensor Arus

Ground Gambar 3.9 Rangkaian Switch Menggunakan

Relay

Pembuatan Perangkat Lunak

Secara garis besar program

mikrokontroler ATMega 8535 terdiri dari

beberapa subroutine. Saat pertama program

dijalankan maka subroutine yang akan

dieksekusi dahulu adalah inisialisasi

komunikasi serial dan baca data serial,

subroutine menggerakkan motor servo,

subroutine switch Relay, inisialisasi

komunikasi ADC0 dan ADC1 internal dan

pembacaan ADC.

Penggerak Motor Servo DC dan Waktu

Tunda Program penggerak motor servo DC

diawali dengan mensetting timer0 pada

mikrokontroler, tampilannya adalah sebagai

berikut:

Gambar 3.10 Tampilan Setting Timer0 pada

CVAVR

Nilai pada variable derajat akan menentukan

arah derajat dari motor servo.

Program Baca Serial Untuk mengaktifkan serial pada

mikrokontroler maka CVAVR harus disetting

untuk komunikasi serial. Settingan komunikasi

serial adalah sebagai berikut:

Gambar 3.11 Tampilan Setting USART pada

CVAVR

Program Inisialisasi ADC Program inisialisasi ADC diawali dengan

memilih channel dari ADC dan juga tegangan

yang digunakan. Pemilihan ini dapat dilakukan

dengan mengatur settingan pada Code Vision

AVR. Tampilannya sebagai berikut:

Gambar 3.12 Tampilan Setting ADC pada

CVAVR

7

Program Visualisasi Grafik Tegangan, Arus,

& Daya pada Borland Delphi 7.0

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.

Gambar 3.13 Visualisasi Grafik Tegangan,

Arus, & Daya terhadap Waktu pada Borland

Delphi 7.0

Seperti sudah dijelaskan mengenai proses

pensinyalan motor servo, motor ini mampu

bergerak pada sudut 10

dalam hitungan waktu

0,67 detik kemudian bila sudah cocok

(syncrhonize) dengan waktu sesungguhnya

pada tampilan jam di PC, maka akan dilakukan

pengesetan waktu yang diinginkan untuk

membuat program monitoring system energi

cahaya matahari sesuai dengan gerak semu

matahari. Sehingga dapat diselidiki pada jam

berapakah jumlah energi cahaya matahari yang

optimal diserap oleh kedua panel sel surya

tersebut.

Diagram Alir Keseluruhan Perangkat

Lunak pada Mikrokontroler ATMega 8535

Gambar 3.14 Flowchart Keseluruhan

Perangkat Lunak pada Mikrokontroler AVR

ATMega 8535

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

Simpan Data

dalam Database

End

Tampilkan Grafik

Tegangan

Hitung Daya

Tampilkan

Grafik Daya

Gambar 3.15 Flowchart Keseluruhan

Perangkat Lunak pada Borland Delphi 7.0

8

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.

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.

Gambar 4.1 Pengujian Pengaruh Arah Sudut

Cahaya Matahari terhadap Keluaran Sel Surya

(a). Arah cahaya + panel (b). Arah cahaya

membentuk sudut tertentu

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-->5

0 hingga mencapai

sudut 900

terhadap sudut datang cahaya

matahari pada gambar 4.1(b). Dari langkah-

langkah tersebut dapat diketahui pengaruh arah

cahaya matahari terhadap keluaran panel sel

surya.

Gambar 4.2 Grafik Pengujian Derajat

Pergerakan Panel Tiap 30 Menit

Pengujian Sensor Arus ACS712ELC-20A

Sensor arus listrik yang digunakan adalah

ACS712ELC-20A. Pengujian ini dimaksudkan

untuk mengetahui tegangan keluaran dari

sensor terhadap arus listrik yang dilewatkan

pada sensor arus listrik. 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:

Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Sensor Arus

Hambatan

(Ω)

Arus secara

Teori

(mA)

Tegangan

Output pada

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

Pada alat ini, tegangan referensi yang

digunakan pada ADC adalah AVCC = 5 Volt,

dan resolusi ADC 10 bit adalah 210

= 1024

byte, sehingga output ADC internal pada

mikrokontroler ATMega 8535 berdasarkan

inputnya dapat dihitung dengan persamaan

sebagai berikut:

10245

xVin

Vout ...................(4.1)

Untuk tegangan analog pada sensor 0,59

Volt, maka output ADC-nya adalah:

832,12010245

59,0 xVout Volt

9



392,5910245

29,0 xVout Volt



96,4010245

20,0 xVout Volt



30,7210245

15,0 xVout Volt



24,57610245

12,0 xVout Volt



20,4810245

10,0 xVout Volt



18,43210245

09,0 xVout Volt



16,38410245

08,0 xVout Volt



14,33610245

07,0 xVout Volt



12,28810245

06,0 xVout Volt



10,2410245

05,0 xVout Volt

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 Pembaca Tegangan

Pembaca tegangan yang digunakan

adalah dengan menggunakan prinsip rangkaian

pembagi tegangan. Tegangan yang masuk

diturunkan sesuai batas maksimal tegangan

masukan yang dapat dibaca ADC

mikrokontroler AVR ATMega 8535, kemudian

dihubungkan dengan tegangan supply +12

Volt, amperemeter, dan voltmeter. Pengujian

ini dilakukan dengan memberikan beban

berupa tegangan konstan, yaitu menggunakan

Variable PSA. 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

(V)

Tegangan Keluaran

(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 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 variasi arus

listrik pada beban yang diubah ke bilangan

biner dicatat. Pencatatan setiap fluktuasi hasil

konversi ke bilangan biner dipilih karena lebih

akurat. 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

(mA)

Tegangan

Output dari

ADC pada PC

(V) Bil.

Desimal

Bil. Biner

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

10

16 0000010000 16,384

14 0000001110 14,336

12 0000001100 12,288

10 0000001010 10,24

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, ini berarti jika

positif relay (kaki 1) dihubungkan ke sumber

tegangan 12 Volt dan negatif relay (kaki 2)

dihubungkan ke ground, maka kumparan akan

menghasilkan medan magnet, di mana medan

magnet ini akan menarik lempengan yang

mengakibatkan saklar (kaki 3) terhubung ke

kaki 4. Dengan demikian, kita dapat

menggunakan kaki 3 dan kaki 4 pada relay

sebagai saklar untuk menghubungkan ke

sumber tegangan positif atau negatif.

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 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.

Gerak dari motor servo disesuaikan

dengan waktu panel bergerak, yaitu dengan

membagi waktu panel bergerak dengan

banyaknya putaran motor dari sudut awal

panel sel surya sampai sudut akhir panel sel

surya. 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). Berikut ini bagian listing

program untuk menguji motor servo tersebut

bekerja dengan baik sesuai arah waktu rotasi

matahari:

// Global enable interrupts

#asm("sei")

derajat=70;

printf("Ready ");

printf("Ready ");

printf("Ready ");

while (1)

// Place your code here

PORTB.7=0; //ke solar rotate

delay_ms(300);

arus1=adc_data[0];

for(i=1;i<=500;i++)

data1 = adc_data[0]; //sensor arus

if (data1<=arus1) arus1=data1;

delay_us(20);

delay_ms(300);

arus1=adc_data[2];

for(i=1;i<=500;i++)

data2 = adc_data[2]; //solar rotate


delay_us(20);

delay_ms(3000);

PORTB.7=1; //ke solar fix

delay_ms(300);

arus2=adc_data[0];

for(i=1;i<=500;i++)

data3 = adc_data[0]; //sensor arus


delay_us(20);

delay_ms(300);

arus2=adc_data[1];

for(i=1;i<=100;i++)

data4 = adc_data[1]; //solar fix


delay_us(20);

delay_ms(300);

data1=data2*3;

data3=data4*3;

printf("A=%d S", data1);

delay_ms(500);

printf("B=%d S", data2);

delay_ms(500);

printf("C=%d S", data3);

delay_ms(500);

printf("D=%d S", data4);

11

delay_ms(500);

if (data_serial==65) derajat=50;










delay_ms(300);

;

Dari bagian listing program di atas dapat dicari

tingkat presisi motor servo DC yang sudah

diprogram pada pembacaan data serial

settingan USART, sebagai berikut:

4,440

Maka pada arah 50

0 - 90

0 menunjukkan pukul

09:00 WIB - 18.00 WIB dengan selisih 4,440

/

3000 ms atau 10 / 0,67 s waktu setempat.

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 hubungan arus

listrik terhadap waktu ditunjukkan pada

Gambar 4.3.

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Arus Listrik

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. Besar arus listrik terukur

mempunyai rata-rata I = 29,400377A. Grafik

hubungan tegangan listrik terhadap waktu

ditunjukkan pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Tegangan

Listrik terhadap Waktu

Grafik di atas menunjukkan besar

tegangan listrik yang dihasilkan panel sel surya

cukup stabil pada 8V<V<10V dengan besar

tegangan rata-rata V = 9,800126 Volt. 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

Grafik di atas menunjukkan daya listrik

yang dihasilkan terjadi fluktuasi yang sangat

tajam diakibatkan perubahan intensitas cahaya

matahari yang diterima panel sel surya. Daya

listrik rata-rata yang diterima panel sel surya

yang bergerak sebesar P = 289,996214 mWatt.

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 hubungan arus listrik terukur terhadap

waktu ditunjukkan pada Gambar 4.6 berikut

ini.

Gambar 4.6 Grafik Hubungan Arus Listrik

Terukur terhadap Waktu

Besar arus listrik terukur rata-rata pada

panel sel surya sebesar I = 28,095965A.

12

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

Tegangan rata-rata yang dikeluarkan

panel sel surya yang diam adalah V =

9,365322 Volt. Grafik hubungan daya listrik

terukur terhadap waktu seperti ditunjukkan

pada Gambar 4.8.

Gambar 4.8 Grafik Hubungan Daya Listrik

Terukur terhadap Waktu

Dari hasil pengukuran daya listrik rata-

rata yang dihasilkan panel sel surya yang diam

sebesar P = 266,044575 mWatt.

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.

Tabel 4.3 Perbandingan Data Hasil

Pengujian I, V, P -vs- t yang Terukur Oleh

Kedua Panel Sel Surya I (mA) V (Volt) P (mWatt)

Panel

Statik

28,095965

9,365322

266,044575

Panel Dinamik

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:

1. a. Tegangan keluaran panel sel surya diam

Voutput =240

2247,6772 = 9,365322 Volt.

persentase tegangan keluaran yang

diperoleh adalah :

%100max

xVoutput

ratarataVoutput

%1004782,10

9,365322x 89,38 %

b. Tegangan keluaran panel sel surya

bergerak

Voutput =240

2352,0302 = 9,800126 Volt.

persentase tegangan keluaran yang

diperoleh adalah :

%100max

xVoutput

ratarataVoutput

%1005732,10

9,800126x 92,69%

2. Intensitas Cahaya pada kedua Panel Sel

Surya

a. Panel Diam: G = A

Pmaximum

G =

00385,0

32938,0 = 85,55Watt/m2

b. Panel Bergerak: G = A

Pmaximum

G = 00385,0

35826,0 = 93,1Watt/m2

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) = %100356,2128

2128,3566 - 2319,9697x

η %9%100356,2128

191,6131 x

Artinya, akan sangat efektif apabila

penggunaan pengatur arah panel sel surya

dalam suatu sistem realisasi alat memerlukan

keakuratan yang tinggi.

13

V. PENUTUP

Kesimpulan

Dari hasil analisa program dan hasil pengujian

alat maka dapat diambil kesimpulan sebagai

berikut :

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.

3. 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 rata-

rata yang terbentuk sebesar 4,440

/ 3000

ms atau sudut 10

dapat tercapai dalam

hitungan waktu 0,67 s.

4. 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%.

5. Efisiensi (η) yang dihasilkan oleh kedua

panel sel surya dengan daya maksimum

0,35826 mW adalah sebesar 9%.

DAFTAR PUSTAKA

Fakultas Teknik, Tim. 2003. SENSOR DAN

TRANSDUSER. Yogyakarta: Universitas

Negeri Yogyakarta.

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.

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.

Perdana, http://4by.webnode.com/news/ -

Perdana's Online » Blog Archive »

PEMANFAATAN MIKROKONTROLER

SEBAGAI PENGENDALI SOLAR

TRACKER UNTUK MENDAPATKAN

ENERGI MAKSIMAL.htm, diakses

tanggal 10 Agustus 2011

Sefly, Hotma. 2004. Tugas Akhir, Pengatur

Arah Penjejak Sumber Cahaya Dua

Dimensi Pada Sel Surya Berbasis

Mikrokontroler AT89S8252.Yogyakarta:

Universitas Gajah Mada.

Setiawan, Afrie. 2011. 20 APLIKASI

MIKROKONTROLER ATMEGA 8535 &

ATMEGA 16 MENGGUNAKAN

BASCOM-AVR. Yogyakarta: Penerbit

Andi.

Yuwono, Budi. 2005. Skripsi, Optimalisasi

Panel Sel Surya dengan Menggunakan

Sistem Pelacak Berbasis Mikrokontroler

AT89C51. Surakarta: Universitas Sebelas

Maret.

Zulfi, Muhammad Muqarrabin. 2010. Tugas

Akhir, Rancang Bangun Penggerak dan

Sensor Arus Pada Panel Sel Surya

Berbasis Mikrokontroler ATMega 8535.

Semarang: Universitas Diponegoro.

(http://lunibuk.com/home.php?action=list&dir

=PUSTAKA/TEKNIK.DAN.SAINS/DAS

AR.FISIKA.ENERGI&order=name&srt=y

es&nama=PUSTAKA/TEKNIK.DAN.SAI

NS/DASAR.FISIKA.ENERGI/2.energi.su

r ya.pdf.swf&cekd=ok&link=&namafile=2.

energi.surya.pdf), diakses tanggal 11

Agustus 2011

(http://downloads.solarbotics.com/PDF/suncera

mcat.pdf), diakses 13 Agustus 2011

(http://www.perpustakaan.lapan.go.id/jurnal/in

dex.php/jurnal_tekgan/article/download/85

1/756), diakses tanggal 23 Januari 2012

(http://www.allegromicro.com/~/Media/Files/D

atasheets/ACS712-Datasheet.ashx),

diakses tanggal 24 Januari 2012

(http://content.honeywell.com/sensing/prodinf

o/solidstate/technical/hallbook.pdf),

diakses tanggal 10 Maret 2012

http://4by.webnode.com/news/%20-%20Perdana's%20Online%20»%20Blog%20Archive%20»%20PEMANFAATAN%20MIKROKONTROLER%20%20SEBAGAI%20PENGENDALI%20SOLAR%20TRACKER%20UNTUK%20MENDAPATKAN%20ENERGI%20MAKSIMAL.htm






http://lunibuk.com/home.php?action=list&dir=PUSTAKA/TEKNIK.DAN.SAINS/DASAR.FISIKA.ENERGI&order=name&srt=yes&nama=PUSTAKA/TEKNIK.DAN.SAINS/DASAR.FISIKA.ENERGI/2.energi.surya.pdf.swf&cekd=ok&link=&namafile=2.energi.surya.pdf







http://downloads.solarbotics.com/PDF/sunceramcat.pdf

http://downloads.solarbotics.com/PDF/sunceramcat.pdf

http://www.perpustakaan.lapan.go.id/jurnal/index.php/jurnal_tekgan/article/download/851/756



http://www.allegromicro.com/~/Media/Files/Datasheets/ACS712-Datasheet.ashx

http://www.allegromicro.com/~/Media/Files/Datasheets/ACS712-Datasheet.ashx

http://content.honeywell.com/sensing/prodinfo/solidstate/technical/hallbook.pdf

http://content.honeywell.com/sensing/prodinfo/solidstate/technical/hallbook.pdf

jurnal 060801051.pdf

Documents