PENGEMBANGAN SISTEM MONITORING ‘ONLINE’ OUTPUT MODUL PV POLIKRISTALIN HOORAY
BERBASIS µC ATMEGA8535
Rahmondia N. Setiadi, Lazuardi U., Nurul Purqan
rahmon@gmail.com
Jurusan Fisika FMIPA Universitas Riau
Kampus Bina Widya, Jl. Prof. Dr. Muchtar Lutfi Sp. Baru Pekanbaru 28293
ABSTRAK
Telah dilakukan pengembangan sistem monitoring online (real time) untuk output panel surya jenis polikristalin Hooray berbasis mikrokontroler ATmega8535. Informasi dari sistem monitoring ini berupa data arus (I) dan tegangan (V) pada fotovoltaik dan beban dalam bentuk grafik data dan angka yang ditampilkan secara online (real time). Sistem monitoring ini didesain menggunakan bahasa pemrograman BASCOM AVR untuk memprogram mikrokontroler ATmega8535, dan software Borland Delphi 7 untuk pemrograman display pada PC. Pengujian dan perhitungan faktor kalibrasi telah dilakukan yaitu dengan cara memberikan sumber tegangan yang konstan dan dibandingkan dengan pengukuran menggunakan multimeter digital, dimana diperoleh faktor koreksi dari alat yaitu sebesar 0.29%. Berdasarkan nilai dari faktor kalibrasi tersebut, maka dapat dikatakan bahwa alat sistem monitoring ini memiliki ketelitian yang cukup tinggi.
Kata-kunci: Fotovoltaik, pengukuran ‘online’, komunikasi serial, uC ATmega8535
PENDAHULUAN
Sel surya (photovoltaic) merupakan salah satu alternatif dari permasalahan kelangkaan sumber energy yang terjadi pada saat ini. Sel surya merupakan piranti yang dapat mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik secara langsung.
Dewasa ini, dengan perkembangan teknologi di bidang modul sel surya yang pesat berbagai jenis panel surya banyak kita jumpai di pasaran. Untuk pemanfaatan sel surya sebagai penyuplai listrik yang efisien maka kita harus terlebih dahulu mengetahui performance dari sel surya. Untuk mengetahui performance sel surya dapat dilakukan dengan melakukan pengukuran arus (I) dan tegangan (V).
METODE PENELITIAN
Disain Rangkaian Elektronik
Sebagai cara untuk memperoleh arus dan tegangan dari sel surya diperlukan beberapa rangkaian elektronik pengkondisi sinyal, seperti penguat diferensial dan penyangga.
1.1. Rangkaian Penguat Diferensial
Rangkaian penguat diferensial digunakan untuk mengukur arus. Pengukuran arus diperoleh dari resistor yang dipasang seri dengan rangkaian sel surya, sehingga diperlukan sebuah penguat diferensial.
Penguatan penguat diferensial ditentukan oleh nilai resistansi R1, R2, Rf dan Rg. R1 sama
dengan R2 dan Rf sama dengan Rg pada gambar berikut;
Gambar 1. Konfigurasi penguat differensial.
Nilai resistor-resistor dan , maka persamaan untuk penguat differensial dinyatakan dengan:
(1)
V1 dan V2 adalah tegangan pada ujung-ujung resistor.
Pada penelitian ini digunakan resistor pendeteksi arus sebesar 0,083 ohm. Jika arus maksimum sel surya adalah 6 A, maka tegangan maksimum pada ujung-ujung resistor adalah 0,498 V. Untuk menyesuaikan tegangan ini dengan masukan ADC yang mempunyai rentang 0-5 V, maka penguatan pada penguat diferensial cukup sebesar 10 kali, sehingga tegangannya menjadi 4.98 V. Penguatan sebesar 10 kali dapat dibuat dengan nilai R1 = 10k ohm dan Rf = 100k
2.2. Rangkaian Pembagi Tegangan (Potential Divider)
Rangkaian pembagi tegangan dibuat bertujuan untuk menyesuaikan tegangan sel surya dengan tegangan kerja pada mikrokontroler yaitu pada 4,5-5,5 volt. Rangkaian pembagi tegangan ini menggunakan dua buah resistor dengan nilai R1 4 K dan R2 1 K. Penentuan nilai resistor ini
berdasarkan spesifikasi alat, dimana tegangan open circuit (Voc) dari sel surya adalah 21.6 volt. Berdasarkan rumus pembagi tegangan maka dengan nilai resistor tersebut diperoleh tegangan keluaran maksimum 4.32 volt yang masih berada di dalam tegangan kerja mikrokontroller ATmega8535.
4.32 volt
Sebagai penyangga (buffer) digunakan opamp TL071. Rangkaian penyangga diperlukan agar tidak terjadi jatuh tegangan pada pembagi tegangan. Rangkaian elektronik penyangga ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Rangkaian pembagi tegangan. III. DISAIN PERANGKAT LUNAK
3.1. Pemrograman ADC dan Pengolahan Data di Mikrokontroler
ADC digunakan untuk mengkonversi tegangan analog dari panel surya setelah melewati rangkaian pembagi tegangan dan juga rangkaian penguat differensial menjadi data digital. Data digital hasil konversi ADC akan bernilai maksimum 1023, hal ini sesuai dengan mikrokontroler yang digunakan adalah 10 bit. Setiap kenaikan atau penurunan nilai data digital (desimal) hasil konversi ADC pada mikrokontroler ATmega8535 merupakan nilai yang setara dengan kenaikan atau penurunan tegangan analog yang masuk ke mikrokontroler ATmega8535. Semua pemrograman mikrokontroler dibuat dengan menggunakan bahasa Basic. Diagram alir dari program ADC tampak seperti pada Gambar 5.
Gambar 5. Diagram alir pemrograman mikrokontroler.
Pemrograman pada mikrokontroler ATmega8535 dimulai dengan inisialisasi terhadap chip, crystal serta baudratenya. Frekuensi crystal yang digunakan adalah 11 MHz serta kecepatan transfer data (baudrate) 9600 bits per second (bps). Setelah proses inisialisasi, variabel-variabel yang digunakan selama pemrograman harus dideklarasikan terlebih dahulu termasuk port ADC
yang akan digunakan. ADC yang digunakan sejumlah 4 buah yang sesuai dengan jumlah tegangan analog masukan. Masukan ADC ini terdiri dari ADC0 tegangan sel surya, ADC1 untuk tegangan beban, ADC2 untuk arus sel surya, dan ADC3 untuk arus beban. Tegangan beban adalah tegangan pada beban setalah melewati regulator, sedangkan tegangan sel surya merupakan tegangan sel surya yang langsung dihubungkan ke pengukur tegangan. Konversi untuk data tegangan digunakan rumus:
(2)
Sedangkan konversi untuk data arus, digunakan rumus:
(3)
Faktor pembagi 0.055 berhubungan dengan nilai R yang digunakan sebagai sensor arus. Proses diagram alir di atas akan diulang kembali dengan delay 10 sekon. Semua data akan dikirim oleh mikrokontroler ke PC menggunakan komunikasi serial RS232.
IV. HASIL DAN KALIBRASI 4.1. Hasil Pengukuran ADC
Penentuan faktor kalibrasi (persentase kesalahan) alat monitoring online (real time) output modul sel surya ini dilakukan dengan memberikan sumber tegangan konstan pada alat monitoring menggunakan power supply. Penggunaan power supply bertujuan agar memudahkan untuk pembacaan tegangan pada saat melakukan pengujian. Pengukuran tegangan sumber dilakukan menggunakan multimeter digital. Pengukuran dilakukan dengan pengambilan data sebanyak 10 kali. Hasil pembacaan pada multimeter analog dianggap sebagai kalibrator yang akan dibandingkan dengan hasil pembacaan alat monitoring (ADC). Data hasil pengujian yang diperoleh diolah menggunakan Persamaan 4.
(4)
Hasil pengolahan data pengujian alat monitoring dapat dilihat pada kurva kalibrasi ADC sebagai berikut: Pengukuran Ke-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 T egan gan T e rukur, Vo lt 10 11 12 13 14 15 Kalibrator ADC Pengukuran Ke-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Kes al ahan Re lati f, ε (%) 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 (a) (b)
Gambar 6. Kurva kalibrasi bagian ADC dari akuisisi data online panel sel surya (a) dan kesalahan relative pengukuran ADC terhadap kalibrator (b).
Berdasarkan kurva kalibrasi bagian ADC dari akuisisi data online panel sel surya, terlihat bahwa data hasil pembacaan alat monitoring (ADC) mendekati data hasil pembacaan kalibrator, seperti terlihat pada gambar 6.(a). Sedangkan pada gambar 6.(b) terlihat bahwa tingkat kesalahan relatif hasil pengukuran menggunakan ADC terhadap kalibrator cukup kecil, yaitu bernilai maksimum 0,47 %. Besar kesalahan relatif rata-rata berdasarkan data dari pengujian sebanyak 10 kali adalah 0,29 %.
4.2. Pembuatan Display Menggunakan Pemrograman Borland Delphi 7
Pembuatan desain display pada penelitian ini menggunakan bahasa pemrograman Borland Delphi 7.
Gambar 7. Diagram alir pemrograman display.
Komponen komunikasi serial port yang digunakan pada Delphi 7 adalah komponen Comport. Gambar 7 merupakan diagram alir pemrograman display. Sebelum menampilkan data dari port serial pada display, dilakukan pengaturan terhadap port serial, baudrate, stop bit, flow control dan parity. Timer pada display disesuaikan dengan timer pada windows sehingga data dikirimkan secara realtime. Mikrokontroler ATmega8535 akan terhubung dengan database dan mikrokontroler akan mengirimkan data sesuai dengan delay yang sudah diprogram pada mikrokontroler.
Data yang masuk pada database secara langsung ditampilkan dalam bentuk grafik dengan menggunakan komponen DB Chart dan juga ditampilkan dalam bentuk tampilan angka. Desain display dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Tampilan saat pengambilan data.
Gambar 9. Grafik data tegangan dan arus sel surya.
Selama pengambilan data, data akan tersimpan secara otomatis pada database. Berikut adalah tampilan database setelah melakukan monitoring online pada panel surya:
Gambar 10. Tampilan database setelah pengambilan data.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa sistem monitoring terhadap output modul PV berupa pengukuran arus (I) dan tegangan (V) secara online (real time) berbasis mikrokontroler ATmega8535 dapat bekerja dengan baik.
Berdasarkan pengujian dan kalibrasi alat sistem monitoring ini, diperoleh faktor kalibrasi atau nilai toleransi sebesar 0,29 %. Dengan nilai kalibrasi ini dapat dikatakan sistem monitoring ini memiliki ketelitian yang cukup tinggi.
DAFTAR PUSTAKA
Arifianto, B. 2009. Modul Training Microcontroller for Beginer. Melalui http://max-tron.com[Agustus/08/2011].
ATMEL Corporation. 2006. Microcontroller With 8K Bytes In-System Programmable Flash. Melalui http://www.atmel.com/Images/doc2502.pdf[Juli/21/2011].
CSI California Scientific, Inc. (tanpa tahun). Solar Cell Voltage-Current Characterization. Melalui http://www.docstoc.com/docs/22837387/Solar-Cell-Voltage-Current-Characterization[Juli/26/2011].
Effendy, N., Ashfahani, A.S., Yulinggar, A. dan Wardana, I.N.K. 2008. Aplikasi Kontrol Logika Fuzzy padaSistem Tracking matahari (sun tracking system)Panel Photovoltaic.Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Informasi 2008 (SNATI 2008): G-27-G32.
Fekete, G., Kovacs, E., Fuvesi, V., Szalontai, L., Lengyel, J. dan Nyerges, A. 2010. Measuring the Difference in Output Power Between Fixed and Rotatable PV Arrays.1st Knowbridge Conference on Renewables. 1-4.
Hooray. 2010. Hooray product Datasheet.
Santhiarsa, I.G.N.N. dan Kusuma, I.G.B.W. 2005. Kajian Energi Surya untuk Pembangkit Tenaga Listrik. Teknologi elektro. Vol.4 No. 1: 29-33.
Imperial College Press.(tanpa tahun). The Physics Of Solar Cells. Melalui http://www.worldscibooks.com/physics/p276.html[Juli/21/2011].
Iswanto. 2008. Design dan Sistem implementasi Embedded Mikrokontroler ATmega8535 dengan Bahasa Basic. Yogyakarta: Gava Media.
Jasruddin, D.M. dan Momang, A.Y. 2009. Pengembangan Sel Surya p-i-n Berbasis Silikon Amorf Terhidrogenasi pada Reaktor PCVD Ganda. Jurnal Aplikasi Fisika Vol. 5 No. 1: 14-21.
Krane, Kenneth S. 1992. Fisika Modern. Terjemahan Hans J. Wospakrik. Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta.
Lay-Ekuakille, A., Trotta, A., Miduri, F., Carella, R. dan Alonso, D. 2009. Experimental Setup for Multiparametric Characterization of Photovoltaik Panels. IEEE AFRICON. 1-4.
Mahmoud, M.M. 2005. Transient Analysis of a PV Power Generator Charging a Capasitor for Measurement of the I-V Characteristics.Renewable Energy. 2198-2206.
