Wisnu Broto
III. P ERANCANGAN S ISTEM A Prinsip kerja sistem
Perancangan system memberikan gambaran umum bagaimana sistem ini dibangun.
Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem
Untuk memahami diagram blokdiatas berikut diberikan pemaparan maksud dan tujuan masing-masing blok:
1. MikrokontrolerAT89S52,
Microkontroller ini bertugas sebagai pengendali utama Rangkaian driver penggerak relay baik yang diperuntuk- kan sebagai pembukabrake, penggerak motor forward atau maju maupun penggerak motor reverse atau mundur. Selain itu AT89S52 ini juga mengolah data masukan dari ADC yang digunakan untuk mencari titik maksimum. 2. Mikrokontroler AT89S51
Pada prinsipnya sistem ini tidak berjalan terus menerus untuk mencari titik maximum namun untuk beberapa saat berhenti sampai saat tertentu sistem akan bergerak kembali untuk melaksanakan tugasnya. Fungi jeda ter- sebut pada AT89S51 bertugas sebagai pewaktu atau timer.
3. LCDdisplay, Bertugas menampilkan informasi sesuai dengan keinginanuserataupun pengguna sistem ini. 4. ADC 0804, Mengkonversi nilai tegangan analog menjadi
data digital yang dapat diolah oleh mikrokontroler. 5. Sensor tegangan (voltage Sensing), Tugasnya adalah
mengukur tegangan Solar Cell sehingga dapat dibaca oleh ADC 0804.
6. Solar Cell (Solar Photovoltaic Power Modules), Sebagai pengumpul energy matahari yang akan diubah menjadi tegangan DC.
7. Driver Relay, Terdiri dari rangkaian transistor NPN dan resistor pull up yang bertugas untuk memberi penguatan terhadap logika 1 (satu) dari mikrokontroler.
8. T-2XX Tailtwister Bertugas sebagai penggerak utama konstruksi solar cell yang dikontrol olehdriver relay.
B. Realisasi Perangkat keras Kontruksi Solar cell
Perangkat keras disusun atas dasar lebar dan panjang solar cell module dengan panjang 63,9cm dan lebar 65,2cm dengan besar permodulenya 4166,28 cm2, disusun menjadi 3-
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
baris 5-kolom sehingga panjang total menjadi 319,5cm dan lebar 195,6cm seperti tampak pada gambar 3.2. Beban permodul solar cell mencapai 5kg sehingga total menjadi kurang lebih 75kg. Atas dasar itulah maka disusun suatu konstruksi yang dipertimbangkan seringan mungkin na- mun mampu menahan beban sebesar 75Kg. Alasan seringan mungkin dikarenakan beban akan melayang atau berdiri diatas motor rotator sehingga beban akan bertumpu pada motor rotator itu sendiri seperti tampak pada gambar 3.2 sebagai hasil akhir konstruksi. Disamping itu dirancang pula bracket atau tempat kedudukan motor dc seperti diperlihatkan pada gambar 3.2 yang akan dipakai sebagai penggerak solar cell.
Gambar 3.2. Kontruksi akhir Solar Cell Perangkat Elektronika
Untuk membangun sistem ini maka diperlukan beberapa komponen penyusun diantaranya:
1. Power supply, terdiri atas tegangan +12Volt, -12Volt, GND, dan +5 Volt.
2. Sensor tegangan dan system ADC, bertugas sebagai penerima atau pembaca nilai tegangan dan selanjut- nya menkonversinya menjadi data digital.
3. Rangkaian Penggerak relay, terdiri dari transistor dan relay yang dikontrol oleh mikrokontroler AT89S52. 4. Mikrokontroler, bertugas sebagai pengolah data utama
yaitu terdapat pada AT89S52 dan penghitung waktu jeda antara pengambilan data sekarang dan berikut- nya yaitu pada AT89S51.
Penggerak utama solar cell berupa sebuah transistor dan relay yang bekerja secara sinergi dan dikontrol langsung oleh mikrokontroler. Untuk menentukannya maka perlu diperhatikan hal-hal berikut :
1. Menentukan Arus Beban ( Ic beban )
Arus beban ini adalah arus dengan beban berupa relay. Dalam kasus ini dimisalkan didapat arus bebannya adalah 34.6mA. arus beban ini nantinya dijadikan acuan untuk memilih transistor yang akan dipakai.
2. Menentukan Transistor
Transistor yang digunakan pada rangkaian driver relay ini dijadikan switch untuk memutus dan menyambung- kan aliran arus yg menuju ke relay, dengan syarat:
Ic beban < Ic max
Ic beban
Hfe > 5 ×
Icmax
Sebagai contoh, dipakai Transistor jenis TIP31 yang mempunyai Icmax=3A. dengan Hfe max pada nilai 50 maka akan diperoleh nilai Ib (arus basis) dengan perhi- tungan seperti berikut ini:
Ic 3mA
Ib = = = 0.692mA
Hfe 50
3. Menentukan Resistor
Gambar 3.3. Resistor Basis dan Resistor Pull Up
R1 berfungsi sebagai pembatas arus basis TIP31, nilainya
adalah: Vb∙ Vbe 5V∙ 0,858V
R1 = = = 6,2 K
Ω
Ib 0,692 Ohm
R2 berfungsi sebagai pull up resistor, yaitu untuk menegas- kan tegangan 5Volt dan membantu menyalurkan arus ke resistor basis. Ini dilakukan dikarenakan arus keluaran dari mikrokontroler sangat kecil sehingga perlu adanya suatu bantuan dari luar. Besarnya nilai R2 dibebaskan asalkan masih mampu mensupplay arus basis yang besarnya 0.692mA.
Gambar 3.4. Rangkaian Sensor tegangan dan ADC 0804
C. Realisasi perangkat Lunak
Bahasa pemrogramanya adalah BASCOM-8051 yang merupakan programbasic compilerberbasisWindowsuntuk
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
mikrokontroler keluarga 8051 yaitu AT89C51, AT89C2051, dan yang lainnya. BASCOM-8051 merupakan pemrograman dengan bahasa tingkat tinggi basic yang dikembangkan dan dikeluarkan oleh MCS Electronic.
D. Diagram alir pada AT89S52
Gambar 3.5 Flowchart pada AT89S52
E. Diagram alir pada AT89S51
Gambar 3.6 Flowchart pada AT89S52
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
IV. P
ENGUJIANS
ISTEMPengujian dan pengolahan data Rancang bangun system penengkap energy maksimum pada solar cell mengunakan perbandingan antara sudut dan tegangan ataupun sudut dan nilai konversi ADC. Pada gambar 4.1 diperlihatkan indikator dari peralatan kontrol motor rotator yang jarum penunjuknya akan bergerak kekanan maupun kekiri sesuai arah pergerakan dari rotator.
Gambar 4.1 Meter kontrol rotator
Pada indikator meter juga terdapat penunjuk arah utara, selatan, timur dan barat. Penunjuk arah ini pada kenyataannya di lapangan tidak sesuai dengan standar seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.1 dikarenakan pada proses pemasangan awal tidak mempertimbangkan factor kesamaan sudut dengan arah hadap solar cell. Untuk sudut dan arah yang saat ini berlaku ditunjukkan pada tabel 4.2 yang proses penentuan arahnya membutuhkan bantuan kompas.
Tabel 1Sudut dan arah mata angin menurut standar berlaku
Sudut Arah
0 Utara
90 Timur
180 Selatan
270 Barat
Tabel 2Sudut dan arah mata angin berdarsarkan penunjukan kompas.
Sudut Arah 0 Barat Laut 45 Utara 90 Timur Laut 135 Timur 180 Tenggara 225 Selatan 270 Barat Daya 315 Barat
Dari kedua tabel 1 dan table 2 dapat dilihat bahwasanya
terjadi perbedaan sebesar 450 dengan melihat sudut nol derajatnya. Dari tabel 4.2 pula dapat dilihat perkiraan gerakan solar cell akan dimulai pada sudut 1350 di arah timur dan berakhir di sudut 3150di arah barat, artinya solar cell akan bergerak sejauh 1800.
A. Analisa Kinerja Voltage Sensing
Untuk menguji kinerja voltage sensing yang akan dilakukan disini adalah membandingkan karakteristik grafik pengambilan data tegangan versus sudut secara manual dan nilai konversi ADC pada LCD display versus sudut. Artinya bila keduanya menunjukkan kecendrungan sifat yang sama maka dapat dikatakan bahwa sensor tegangan sudah dapat berfungsi dengan baik. Hasilnya adalah pada pemilihan waktu yang sama grafik karakteristiknya hampir mendekati kesamaan. Hal tersebut dapat dilihat pada posisi sudut yang berada di rentang yang kurang lebih sama maka baik data pengambilan manual maupun otomatis bentuk grafiknya menyerupai.
Gambar 4.2 Persamaan karakteristik grafik pada saat system dijalankan manual dan otomatis sekitar pukul 17.00
B. Analisa Kinerja Keseluruhan
Dengan menggunakan informasi grafik diatas lalu dibandingkan dengan posisi berhenti sistem pada saat dijalankan secara otomatis seperti yang ditunjukkan pada table 4.2 maka dapat dilihat bagaimana sistem yang dirancang ini apakah dapat bekerja sesuai dengan diharapkan (optimum) atau tidak.
Matahari terbit dari arah Timur Laut (900) melintasi Utara hingga terbenam di Barat Daya (2700), inilah kisaran sudut saat terjadi energy maksimum yang dapat diserap oleh solar cell.
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
Tabel 3Tabel perbandingan system dijalankan otomatis dan manual Data
Ke- Waktu
Sudut Berhenti saat Sistem Otomatis Optimasi (derajat)
Kisaran Sudut saat terjadi Energi Maksimum-Manual 01 08.00 1000 900~ 1050 02 08.15 1050 1050~ 1200 03 08.30 1100 1050~ 1200 04 08.45 1150 1050~ 1200 05 09.00 1150 1050~ 1200 06 09.15 1200 1200~ 1350 07 09.30 1250 1200~ 1350 08 09.45 1050 1200~ 1350 09 10.00 1300 1200~ 1350 10 10.15 1350 1350~ 1500 11 10.30 1400 1350~ 1500 12 10.45 1250 1350~ 1500 13 11.00 1450 1350~ 1500 14 11.15 1500 1500~ 1650 15 11.30 1550 1500~ 1650 16 11.45 1600 1500~ 1650 17 12.00 1600 1500~ 1650 18 12.15 1650 1650~ 1800 19 12.30 1700 1650~ 1800 20 12.45 1750 1650~ 1800 21 13.00 1750 1650~ 1800 22 13.15 1800 1800~ 1950 23 13.30 1850 1800~ 1950 24 13.45 1900 1800~ 1950 25 14.00 1900 1800~ 1950 26 14.15 1950 1950~ 2100 27 14.30 2000 1950~ 2100 28 14.45 1800 1950~ 2100 29 15.00 2050 1950~ 2100 30 15.15 2100 2100~ 2250 31 15.30 2150 2100~ 2250 32 15.45 2200 2100~ 2250 33 16.00 2200 2100~ 2250 34 16.15 2250 2250~ 2400
Dari hasil tabel 3 yang diambil dari mulai pukul 08.00 sampai pukul 16.15 terdapat 3-data yang tidak sesuai dengan yang diharapkan ini berarti terjadi error atau kesalahan dengan besarnya adalah 8.8%. Namun demikian ini bukan suatu nilai mutlak kesalahan sebab jika data diambil lebih dari satu hari maka tentunya error kesalahan ini akan berubah. Dan kesalahan yang terjadi tersebut juga dapat diakibatkan salah dalam pembacaan sistemvoltage sensingyang bias diakibatkan oleh solar cell yang tidak diam setelah rotator berputar, dan juga dapat diakibatkan berubahnya kondisi pencahayaan mata-hari karena tertutup awan ataupun kondisi mendung.
Pergerakan arah dari rotator ketika dijalankan secara otomatis. Nilai tegangan sudah dikonversi oleh ADC di kolom “Nilai Konversi ADC” jadi nilai tersebut bukan mencerminkan tegangan sesungguhnya sebab yang dilakukan system ini adalah hanya membandingkan lebih besar dan lebih kecil sampai ditemukan titik maksimum. Sudut adalah posisi berhenti rotator setiap interval waktu
tertentu pada proses pencarian. Lalu arah putaran rotator menggambarkan pergerakan sebagai hasil pengolahan algoritma yang sudah ditentukan. Dan yang terakhir adalah factor kali counter penghitung yaitu ketika pergerakan rotator harus berubah arah maka lama waktu counter penghitung perputaran harus menjadi 60% dari lama waktu sebelumnya.
V. K
ESIMPULANRancang bangun system penangkapan energi maksimum pada solar cell dan juga pengolahan data hasil pengukuran di lapangan dapat disimpulkan :
1. Sistem solar cell ataupun photovoltaic yang dirancang untuk penangkapan energy maksimum ini dapat berkerja optimum baik manual maupun otomatis bila posisinya tegak lurus kearah matahari, Dengan asumsi Matahari terbit dari arah Timur Laut (900) melintasi Utara hingga terbenam di Barat Daya (2700), inilah kisaran sudut saat terjadi energy maksimum yang dapat diserap oleh solar cell.
2. Untuk mengambil tegangan solar cell dari luar dan diolah pada ADC maka LM324 yang dibentuk menjadi differential amplifier dapat diandalkan sebagai sensor tegangan. 3. Algoritma pencarian titik maksimum untuk penangkapan
energi maksimum berhasil diaplikasikan namun pada table 4.3 pengujian terdapat error 8.8% ( tiga dari tiga puluh empat) dari posisi lintasan matahari.
REFERENSI
[1] Putra, E, Agfianto, 2002, Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55 (Teori dan Aplikasi), Gava Media, Yogyakarta.
[2] Wahyudin, Didin. Belajar Mudah Mikrokontroler
AT89S52 dengan Bahasa BASIC Menggunakan
BASCOM-8051.
[3] Luknanto, M.sc., Ph.D., Ir. Djoko, Mei 2000, Pengantar Optimasi Nonlinier.
[4] Atmel Corporation (2000). AT89C51 Datasheet. Diakses 5 Mei 2012, dari Atmel.http://www.atmel.com [5] Malvino,Paul,Albert, 1996, Prinsip-prinsip Elektronika,
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi