jurnal 060801051.pdf
DESCRIPTION
jurnalTRANSCRIPT
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
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
Untuk tegangan analog pada sensor 0,29
Volt, maka output ADC-nya adalah:
392,5910245
29,0 xVout Volt
Untuk tegangan analog pada sensor 0,2
Volt, maka output ADC-nya adalah:
96,4010245
20,0 xVout Volt
Untuk tegangan analog pada sensor 0,15
Volt, maka output ADC-nya adalah:
30,7210245
15,0 xVout Volt
Untuk tegangan analog pada sensor 0,12
Volt, maka output ADC-nya adalah:
24,57610245
12,0 xVout Volt
Untuk tegangan analog pada sensor 0,10
Volt, maka output ADC-nya adalah:
20,4810245
10,0 xVout Volt
Untuk tegangan analog pada sensor 0,09
Volt, maka output ADC-nya adalah:
18,43210245
09,0 xVout Volt
Untuk tegangan analog pada sensor 0,08
Volt, maka output ADC-nya adalah:
16,38410245
08,0 xVout Volt
Untuk tegangan analog pada sensor 0,07
Volt, maka output ADC-nya adalah:
14,33610245
07,0 xVout Volt
Untuk tegangan analog pada sensor 0,06
Volt, maka output ADC-nya adalah:
12,28810245
06,0 xVout Volt
Untuk tegangan analog pada sensor 0,05
Volt, maka output ADC-nya adalah:
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
if (data2<=arus1) arus1=data2;
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
if (data3<=arus2) arus2=data3;
delay_us(20);
delay_ms(300);
arus2=adc_data[1];
for(i=1;i<=100;i++)
data4 = adc_data[1]; //solar fix
if (data4<=arus2) arus2=data4;
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;
if (data_serial==66) derajat=55;
if (data_serial==67) derajat=60;
if (data_serial==68) derajat=70;
if (data_serial==69) derajat=72;
if (data_serial==70) derajat=74;
if (data_serial==71) derajat=78;
if (data_serial==72) derajat=82;
if (data_serial==73) derajat=86;
if (data_serial==74) derajat=90;
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