OPTIMALISASI SUDUT PANEL SURYA DENGAN REFLECTOR MENGGUNAKAN KONTROL PID MELALUI NI-MYRIO Tugas Akhir

(1)

OPTIMALISASI SUDUT PANEL SURYA DENGAN REFLECTOR MENGGUNAKAN KONTROL PID

MELALUI NI-MYRIO 1900

Tugas Akhir

Diajukan Untuk Memenuhi

Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata I Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Disusun Oleh : Saiful Mustafid 201310130311019

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2019

(2)

(3)

(4)

iii

LEMBAR PERSETUJUAN

OPTIMALISASI SUDUT PANEL SURYA DENGAN REFLECTOR MENGGUNAKAN KONTROL PID

MELALUI NI-MYRIO 1900

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Disusun Oleh:

Saiful Mustafid NIM. 201310130311019

Diperiksa dan disetujui oleh:

Dosen Pembimbing I

Dr. Ir. Lailis Syafa’ah, MT NIDN. 0721106301

Dosen Pembimbing II

Ir. Nur Alif Mardiyah, MT NIDN. 0718036502

(5)

iv

LEMBAR PERNYATAAN

Yang bertanda tangan dibawah ini :

NAMA : SAIFUL MUSTAFID

Tempat/Tgl Lahir : Kudus, 10 Maret 1994 NIM : 2013101303110019 FAK./JUR. : TEKNIK/ELEKTRO

Dengan ini saya menyatakan bahwa tugas akhir saya dengan judul

”OPTIMALISASI SUDUT PANEL SURYA DENGAN REFLECTOR MENGGUNAKAN KONTROL PID MELALUI NI-MYRIO 1900” beserta seluruh isinya adalah karya saya sendiri dan bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya.

Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka saya siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku.

Mengetahui, Dosen Pembimbing I

Dr. Ir. Lailis Syafa’ah, MT NIDN. 0721106301

Dosen Pembimbing II

Ir. Nur Alif Mardiyah, MT NIDN. 0718036502

Malang,19 November 2018 Yang Membuat Pernyataan

(Saiful Mustafid)

(6)

v

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas limpahan rahmat serta hidayanh-Nya sehingga peneliti dapat menyelesaikan penelitian yang berjudul :

“OPTIMALISASI SUDUT PANEL SURYA DENGAN REFLECTOR MENGGUNAKAN KONTROL PID MELALUI NI-MYRIO 1900”

Di dalam tulisan ini disajikan pokok-pokok bahasan yang meliputi dasar teori Solar Tracker, Labview, Kontrol PID

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran yang membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan kedepannya.

Malang, 17 Januari 2019

Saiful Mustafid

(7)

vi

DAFTAR ISI

Halaman

LEMBAR JUDUL ... i

LEMBAR PERSETUJUAN ... ii

LEMBAR PENGESAHAN ... iii

LEMBAR PERNYATAAN ... iv

ABSTRAK ... v

ABSTRACT ... vi

LEMBAR PERSEMBAHAN ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR TABEL ... xiv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan ... 2

1.4 Batasan Masalah... 3

1.5 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1 Panel Surya... 5

2.2 Faktor Pengoperasian Maksimum Panel Surya... 7

2.2.1 Temperature Panel Surya ... 7

2.2.1 Irradiance Matahari ... 8

2.3 Sistem Tracker Matahari ... 8

2.4 Motor Direct Current (DC) ... 10

2.5 Rotary Encoder ... 11

2.6 Sensor Light Dependent Resistor (LDR) ... 12

2.6.1 Mekanisme LDR ... 13

2.7 NI-myRIO 1900 ... 13

2.8 Kontrol PID ... 15

2.6.1 Kontrol Proportional ... 15

2.6.1 Kontrol Integral ... 16

(8)

vii

2.6.1 Kontrol Derivative ... 17

2.6.1 Kontrol PID ... 17

BAB III PERANCANGAN SISTEM ... 19

3.1 Perancangan Struktur Mekanik ... 19

3.1.1 Perancangan Sistem Transmisi ... 19

3.1.2 Perancangan Reflektor. ... 20

3.1.3 Perancangan Sensor Cahaya. ... 21

3.1.4 Kalibrasi Sudut Encoder. ... 24

3.2 Perancangan Kontrol PID ... 24

3.3 Pengambilan Data ... 26

3.3.1 Teknik Pengambilan Data. ... 27

3.3.2 Analisa Data. ... 28

BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISISA ... 29

4.1 Hasil Perancangan Sistem ... 29

4.1.1 Hasil Perancangan Transmisi ... 29

4.1.2 Hasil Perancangan Reflektor ... 30

4.1.3 Hasil Perancangan Sensor Cahaya ... 30

4.1.4 Hasil Pengujian Sensor Cahaya ... 31

4.1.5 Hasil Pengujian Motor Stepper ... 31

4.1.6 Hasil Kalibrasi Encoder ... 33

4.2 Hasil Pengambilan Data ... 34

4.2.1 Analisa Data ... 35

4.2.1.1 Analisa Data Tabel 4.1 Jam 10.00... 35

4.2.1.4 Perhitungan Daya Bersih ... 51

4.3 Pengujian Kontrol PID ... 53

4.3.1 Implementasi PID... 53

BAB V PENUTUP ... 56

5.1 KESIMPULAN ... 56

5.2 SARAN ... 56

DAFTAR PUSTAKA ... 57

(9)

viii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Modul panel surya ... 5

Gambar 2.2 Skema prinsip kerja panel surya ... 6

Gambar 2.3 Karakteristik keluaran panel surya terhadap suhu... 8

Gambar 2.4 Karakteristik keluaran panel surya terhadap irradiance ... 8

Gambar 2.5 Sudut-sudut yang berpengaruh pada kontrol tracker ... 9

Gambar 2.6 Beberapa tipe tracker matahari ... 9

Gambar 2.7 Kerangka Motor DC ... 10

Gambar 2.8 Spesifikasi Motor DC Stepper... 11

Gambar 2.9 Blok penyusun rotary encoder... 12

Gambar 2.10 Sensor Light Dependent Resistor (LDR) ... 13

Gambar 2.11 National Instrument my-RIO 1900 ... 14

Gambar 2.12 Spesifikasi NI-myRIO 1900 ... 14

Gambar 2.13 Channel connector pinout A&B ... 15

Gambar 2.14 Channel connector pinout C ... 15

Gambar 2.15 Diagram blok kontrol proporsional ... 16

Gambar 2.16 Diagram blok kontrol integral ... 16

Gambar 2.17 Diagram blok kontrol derivative ... 17

Gambar 2.18 Diagram blok kontrol PID ... 18

Gambar 3.1 Tahapan pengerjaan sistem ... 19

Gambar 3.2 Transmisi badan panel surya ... 20

Gambar 3.3 Reflektor cermin datar ... 21

Gambar 3.4 Konfigurasi sensor posisi matahari ... 22

Gambar 3.5 Perancangan pemindai matahari ... 22

Gambar 3.6 Front panel sensor LDR untuk matahari terbit pada Labview... 23

Gambar 3.7 Blok diagram program matahari terbit pada Labview ... 23

Gambar 3.8 Blok diagram pengujian encoder pada Labview ... 24

Gambar 3.9 Rancangan front panel PID pada Labview ... 25

(10)

ix

Gambar 3.10 Rancangan diagram blok PID pada Labview ... 25

Gambar 3.11 Flowchart tuning pada kontrol PID ... 26

Gambar 3.12 Rangkaian pengambilan data tegangan ... 27

Gambar 3.13 Rangkaian pengambilan data arus ... 27

Gambar 4.1 Transmisi badan panel surya ... 29

Gambar 4.2 Hasil perancangan reflektor ... 30

Gambar 4.3 Hasil perancangan sensor LDR ... 30

Gambar 4.4 Hasil perancangan sensor LDR ... 30

Gambar 4.5 Posisi busur 90˚ saat nilai encoder 3400 ... 31

Gambar 4.6 Kurva arus-tegangan data Tabel 4.1 panel diam pukul 10.00 ... 33

Gambar 4.7 Kurva arus-tegangan data Tabel 4.1 panel dengan reflektor pukul 10.00 ... 34

Gambar 4.8 Kurva arus-tegangan data Tabel 4.1 panel surya aktif dengan reflektor pada pukul 10.00 ... 34

Gambar 4.9 Kurva daya-tegangan data Tabel 4.1 panel diam pukul 10.00 ... 36

Gambar 4.10 Kurva daya-tegangan data Tabel 4.1 panel diam dengan reflektor pukul 10.00 ... 36

Gambar 4.11 Kurva daya-tegangan data Tabel 4.1 panel aktif dengan reflektor pukul 10.00 ... 37

Gambar 4.13 Kurva arus-tegangan data Tabel 4.1 panel diam dengan reflektor pukul 11.00 ... 38

Gambar 4.14 Kurva arus-tegangan data Tabel 4.1 panel aktif dengan reflektor pukul 11.00 ... 39

(11)

x

Gambar 4.30 Grafik perbandingan daya total ... 50

Gambar 4.31 Respon sistem open loop ... 51

Gambar 4.32 Hasil analisa dari respon sistem open loop ... 51

Gambar 4.33 Grafik sistem PID pada setpoint yang berubah ... 52

Gambar 4.34 Respon sistem PID terhadap setpoint ... 53

(12)

xi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 3.1 Diameter pulley yang digunakan pada transmisi

badan panel ... 20

Tabel 3.2 Spesifikasi cermin ... 20

Tabel 4.1 Hasil pengujian sensor cahaya saat cahaya terang ... 31

Tabel 4.2 Hasil pengujian sensor cahaya saat mendung ... 31

Tabel 4.4 Hasil pengambilan data pada tanggal 03 Desember 2018... 32

Tabel 4.5 Perbandingan keluaran dari panel surya dengan 3 kondisi pukul 10.00 ... 35

Tabel 4.6 Perbandingan nilai total daya (P) data Tabel 4.1 pukul 10.00 ... 37

Tabel 4.13 Perbandingan total daya panel diam dengan panel surya aktif dengan reflektor dikurangi daya sistem elektronika ... 50

Tabel 4.14 Metode Ziegler-Nichols dalam mencari Kp, Ti dan Td ... 52

Tabel 4.15 Respon sistem PID ... 53

(13)

xii

DAFTAR PUSTAKA

[1] S. Deepthi, A. Ponni, R. Ranjitha, and R. Dhanabal, “Comparison of

Efficiencies of Single-Axis Tracking System and Dual-Axis Tracking System with Fixed Mount,” vol. 2, no. 2, pp. 425–430, 2013.

[2] B. P. S. Chowdhury. Kamrul Islam, Ul Alam. Md Iftekhar, “Performance Comparison Between Fixed Panel , Single-axis and Dual-axis Sun Tracking Solar Panel System,” no. 12221071.

[3] A. Venkatesh, “I nvestigation on E nhanced P erformance of S olar T racking through D ual R eflective S ystem,” pp. 417–419, 2017.

[4] W. Ahmad and M. Htut, “Neural-Tuned PID Controller for Point-to-point ( PTP ) Positioning System : Model Reference Approach,” pp. 140–144, 2009.

[5] A. Warsito, E. Adriono, M. Y. Nugroho, and B. Winardi, “DIPO PV COOLER , Penggunaan Sistem Pendinginan Temperatur Heatsink Fan Pada Panel Surya (Photovoltaic) Sebagai Peningkatan Kerja Energi Listrik Baru Terbarukan,”

Transient, vol. 2, 2013.

[6] G. Prinsloo and R. Dobson, Solar tracking - Prinsloo, vol. 2014. 2014.

[7] A. Zakariah, J. J. Jamian, and M. A. M. Yunus, “Dual-axis solar tracking system based on fuzzy logic control and Light Dependent Resistors as

feedback path elements,” 2015 IEEE Student Conf. Res. Dev. SCOReD 2015, pp. 139–144, 2015.

[8] S. Pattanaset, “The Solar Tracking System by Using Digital Solar Position Sensor,” Am. J. Eng. Appl. Sci., vol. 3, no. 4, pp. 678–682, 2010.

[9] I. Setiawan, Kontrol PID Untuk Proses Industri. 2008.

[10] A. Nora, “Karakterisasi Panel Surya Model SR-156P-100 Berdasarkan Intensitas Cahaya Matahari,” 2015.

[11] Asriyadi, “Evaluasi Sensor yang Digunakan Untuk Perancangan Sistem Data Logger Solar Panel,” pp. 42–59, 2015.

[12] S. Yuliananda, G. Sarya, and R. R. Hastijanti, “Pengaruh perubahan intensitas matahari terhadap daya keluaran panel surya,” J. Pengabdi. LPPM Untag Surabaya, vol. 01, no. 02, pp. 193–202, 2015.