Baterai ESP8266 BH1750. Gambar 1. Diagram blok sistem keseluruhan

(1)

1

1. Pendahuluan

Solar cell merupakan piranti elektronika yang dapat mengubah energi matahari menjadi listrik. Energi terbarukan yang berasal dari energi matahari ini sekarang ini banyak diteliti. Sistem yang menggunakan solar cell, tentu membutuhkan battery untuk menampung energinya. Kendala dalam menggunakan baterai adalah masa pakai baterai yang terbatas. Penyebabnya adalah pemakaian battery yang tidak terkontrol, suhu dan kelembapan yang tidak sesuai. Oleh karena itu, perlu adanya sistem monitoring dan management penggunaan battery solar cell [1].

Sudah banyak penelitian yang mengembangkan sistem monitoring diantaranya memonitoring secara local, transmisi data secara GSM, hingga sistem berbasis web. Seiring perkembangan teknologi akhir-akhir ini perancangan monitoring dan kontrol berbasis (IoT) banyak dikembangkan seperti contoh dalam pengembangan smart home dan monitoring status jarigan distribusi tenaga listrik berbasis teknologi IoT [2].

Oleh karena itu perlu adanya monitoring dan kendali dari penggunaan baterai pada pembangkit listrik tenaga surya, sehingga penggunaan daya dan arus pada sel surya dapat dipantau terus menerus. Jika ada masalah pada sistem dapat dideteksi dari baterai yang tidak bekerja sebagaimana biasanya, penggunaan arus dan daya pada baterai akan dapat diamati melalui internet dari jarak yang jauh karena jika dengan monitoring secara langsung di tempat pembangkit kurang efisien. Salah satu konsep yang dapat mendukung monitoring jarak jauh adalah Internet of Things (IoT) [6].

2. Perancangan

Alat yang dirancang memiliki komponen yang terdiri dari Panel surya, ESP8266, MPPT buck converter step down, INA219, DHT11, BH1750, Baterai Lithium dan semua data sudah bisa diakses ke Thingspeak. Gambar 1 merupakan diagram blok dari sistem perancangan monitoring panel surya ini.

Gambar 1. Diagram blok sistem keseluruhan 2.1. ESP8266

Dalam perancangan alat ini, ESP8266 berperan penting sebagai otak utama dalam memonitoring panel surya tersebut. ESP8266 ini memiliki modul WiFi dalam chip sehingga data yang didapat dari ke-3 sensor ini akan langsung dikirim ke dalam web ThingSpeak tersebut[7].

Panel Surya

ESP8266 ThingSpeak

Arus

Intensitas Cahaya

Suhu Baterai

MPPT Buck Converter

DHT-11

Tegangan

BH1750 INA219

(2)

2 2.2. MPPT Buck Converter DC-DC Step Down

Pada perancangan ini, sistem Maximum Point Tracker Tracking (MPPT) sepenuhnya adalah sebuah rangkaian devais elektronik yang dapat mengubah-ubah titik operasi dari panel surya. Salah satu metode mudah yang dapat diterapkan pada sistem MPPT adalah dengan menaikkan/menurunkan tegangan sampai ditemukannya titik daya maksimal panel. Mengingat perubahan level iluminasi sun power berubah-ubah setiap waktu, diharap system MPPT dapat bekerja dinamis dalam mencari titik daya maksimum[3].

Module MPPT buck coverter ini mampu menerima input voltage hingga 6-36 V dan output voltage 1,25-32 V dan MPPT setting voltage 6-36V, arus output 0,01-5A, Operating temperature -40 ~ +85^oC, Operating frequency: 180 KHz. Gambar 2 merupakan module MPPT buck converter 5A DC to DC step down.

Gambar 2. MPPT buck converter 5A DC-DC step down 2.3. INA219

Sensor INA219 ini merupakan sensor yang nantinya berfungsi untuk mengukur 2 parameter sekaligus yaitu tegangan dan arus. Tegangan yang dapat diukur yaitu sampai 26 V sedangkan untuk arusnya sampai 3,2A. Untuk komunikasi sensor ini menggunakan I2C yaitu SDA dan SCL yang nanti dihubungkin di port SCL dan SDA mikokontroller Esp8266. Tabel 1 dan Gambar 3 merupakan konfigurasi dan rangkaian dari ESP8266, INA219, panel surya, dan module MPPT buck converter DC-DC

Tabel 1. ESP8266, INA219, panel surya, dan MPPT buck converter DC-DC

No ESP8266 INA219 MPPT Panel Surya

1 3V Vcc - -

2 GND GND - -

3 SDA SDA - -

4 SCL SCL - -

5 - Vin⁺ In⁺ -

(3)

3

6 - Vin^- - (+)

7 - - In^- (-)

.

Gambar 3. Rangkaian ESP8266, INA219, panel surya, dan MPPT buck converter DC-DC

2.4. BH1750

BH1750 ini adalah sebuah IC sensor dengan memberikan nilai output digital melalui IC bus sama seperti INA219 yang menggunakan SDA dan SCL sebagai komunikasinya [4].

Spesifikasi :

- Catu Daya : 4,5V - Resolusi : 0 – 65535 lux - Antarmuka : IC - Jenis Output : Digital - Chip Sensor : BH1750FVI - Dimensi : 13,9 x 18,5 mm

Module sensor intensitas cahaya BH1750 adalah sensor cahaya digital sehingga tidak memerlukan perhitungan yang sangat rumit. Jika dibandingkan dengan sensor lain seperti diode dan LDR tentunya perhitungan yang diberikan BH1750 lebih akurat karena sistem pengukuran sensor BH1750 mengukur dengan keluaran lux (1x) tidak lagi melakukan perhitungan terlebih dahulu. Tabel 2 dan Gambar 4 merupakan konfigurasi dan rangkaian ESP8266 dengan BH1750

Tabel 2. Konfigurasi ESP8266 dengan BH1750

No ESP8266 BH1750

1 3V Vcc

2 GND GND

(4)

4

3 SDA SDA

4 SCL SCL

5 - ADDR

Gambar 4. Rangkaian ESP8266 dengan BH1750 2.5. DHT-11

Sensor DHT-11 adalah modul sensor yang berfungsi untuk mendeteksi objek suhu dan kelembaban yang memiliki output tegangan analog/digital yang dapat diolah lanjut oleh mikrokontroler. Sensor ini tergolong dalam elemen resistif sama seperti sensor NTC[5].

Spesifikasi :

- Catu Daya : 3,5V – 5,5V - Jenis Output : Digital - Rentang Suhu : 0^oC – 50^oC

- Rentang Kelembaban : 20% - 50%

- Resolusi : 16-bit

- Akurasi : ±1°C dan ±1%

Kelebihan dari module sensor ini disbanding module sensor lainnya yaitu dari segi kualitas pembacaan data sensing yang lebih responsif dalam mensensing objek suhu dan kelembaban, dan data yang di dapatkan tidak mudah terinterverensi. Tabel 3 dan Gambar 5 merupakan konfigurasi dan rangkaian dari ESP8266 dengan DHT-11

Tabel 3.Konfigurasi ESP8266 dengan DHT-11

No ESP8266 DHT-11

1 3V Vcc

2 GND GND

3 D3 DO

(5)

5

Gambar 5. Rangkaian ESP8266 dengan DHT-11

2.6. Flowchart Sistem Monitoring Panel Surya

Alur pengambilan data dari panel surya ditunjukan pada Gambar 6.

Tidak

Ya Ya

.

Gambar 6. Flowchart sistem monitoring panel surya Mendefinisikan

Nilai Variabel Mulai

Menselaraskan Komunikasi Serial Alat

Menghubungkan Alat Dengan Akses Point

Apakah Sistem Terhubung ?

Pembacaan Data Di 3 Sensor Yang Digunakan

ESP8266 Mengolah Data Yang Telah Diterima

Pengiriman Data Ke ThingSpeak

Apakah Data Terkirim ?

Data Disimpan Di ThingSpeak

Data Ditampikan Dalam Bentuk Grafik

Selesai Cek Akses

Point

(6)

6

Gambar 6 menunjukkan flowchart sistem monitoring panel surya. Ketika alat ini dinyalakan semua sensor langsung bekerja dan membaca hasil yang akan dikeluarkan sesuai fungsi dari masing-masing sensor, lalu data yang sudah didapatkan oleh masing- masing sensor akan diolah oleh ESP8266. Setelah melewati proses pengolahan data, data langsung di kirim ke website ThingSpeak, dan ThingSpeak akan meyimpan data yang di ambil waktu itu dan di tampilkan ke dalam web dengan bentuk grafik.

3. Hasil dan Pembahasan

3.1. Realisasi Alat Monitoring Panel Surya BH1750 dan DHT-11

54 cm

68 cm

Gambar 7. Tampak Depan

Gambar 7 adalah rangka panel yang memiliki lebar 68 cm dan panjang 54 cm dan terlihat dari depan posisi dari sensor suhu dan intensitas cahaya.

68 cm

Gambar 8. Tampak Belakang

(7)

7

Gambar 8 adalah rangka panel dengan tinggi kaki belakang 68 cm dan posisi komponen terletak di ujung atas kanan rangka.

58 cm 54 cm

Gambar 9. Tampak Samping

Gambar 9 adalah rangka panel dengan tinggi kaki depan 54 cm dan lebar panjang antara kaki depan dan belakang 58 cm.

Tegangan Input Tegangan Output Baterai 7,4V INA219

MPPT

5V 5V-20V Power

DHT-11 ESP8266

BH1750 Module Charging Baterai

Gambar 10. Bagian Luar Komponen Gambar 11. Bagian Dalam Komponen

Gambar 10 adalah komponen yang terpasang di rangka besi panel yang menghubungkan langsung input tegangan dengan panel surya serta di-convert langsung menjadi tegangan output yang ditentukan. Pada bagian luar panel terdapat module MPPT Buck converter step down DC-DC dan 2 port keluaran 5V dan 5V-20V serta saklar power untuk menghidupkan komponen, dan DHT-11 sebagai sensor suhu, serta BH1750 sebagai sensor intensitas cahaya.

Gambar 11 adalah bagian dalam komponen terdapat ESP8266 yang akan mengirim data ke ThingSpeak, INA219 sebagai sensor tegangan dan arus, baterai untuk sumber tegangan dari ESP8266, dan ada module charging baterai untuk mengisi baterai lewat panel surya.

(8)

8 3.2. Pengujian Pengiriman Data ke ThingSpeak

Gambar 12. Pengujian pengiriman data ke ThingSpeak

Gambar 12 adalah hasil pengujian semua sensor dapat mengukur nilai dari suhu, intensitas cahaya, tegangan, dan arus dengan baik dan ESP8266 mampu menerima data dari ke-3 sensor tersebut. Lalu hasil pengukuran kemudian dikirim ke ThingSpeak dan ditampikan di dalam web berbentuk grafik.

3.3. Pengambilan Data Hari ke-1

Gambar 13. Hasil pengambilan data hari ke-1

(9)

9

Gambar 13 adalah hasil pengambilan data pada hari ke-1 di mana pengambilan data ini dilakukan mulai dari pukul 09.00 sampai pukul 18.00 terdapat data yang tersimpan sebanyak 1832. Lalu data disimpan di ThingSpeak berbentuk file excel.

Di hari pertama ini cuaca sangat cerah terlihat di pukul 09.00 sampai 15.00 terlihat dari nilai tertinggi intensitas cahaya sampai di angka 52091 lux dan suhu mencapai 53^oC sehingga tegangan yang di dapat sampai di angka 20,3V dan arus 75,7mA.

Lalu menurun perlahan di pukul 16.00 sampai pukul 18.00 karena matahari mulai terbenam sehingga cahaya yang masuk mulai berkurang terlihat di grafik pada intensitas cahaya,sehingga membuat tegangan dan arus yang di dapatkan juga menurun sampai nilai terendahnya.

3.4. Pegambilan Data Hari ke-2

Di hari kedua ini cuaca kembali cerah namun sedikit berawan di pukul 08.00 sampai pukul 10.00 sehingga suhu yang di dapatkan hanya stabil di angka 35^oC dan nilai yang di dapat intensitas cahaya juga naik turun dikarenkan berawan, dan membuat tegangan yang didapatkan jadi tidak stabil sampai menyentuh 18,3V untuk terendahnya di jam 08.00 sampai 10.00,dan arus yang didapatkan juga tidak stabil naik turun di kisaran angka 131mA -74mA.

Lalu semua kembali stabil di jam 10.00 sampai 15.00 terlihat tegangan yang didapat rata-rata di 20V dan arus 74mA, dan kembali menurun di sore hari dikarenakan matahari mulai terbenam.

(10)

10 3.5. Pegambilan Data Hari ke-3

Di hari ketiga ini cuaca sangat cerah terlihat tegangan yang didapatkan di pagi sampai sore stabil di angka 20V dan arus stabil di angka 182mA, dan untuk intensitas cahaya dan suhu terlihat grafik yang naik turun dikarenakan awan yang sempat menutupi matahari di beberapa menit saja.

Lalu kembali semua menurun di pukul 15.00 sampai pukul 18.00 dikarenakan matahari mulai terbenam.

4. Kesimpulan

Hasil monitoring panel surya dapat di tampilkan dengan baik di dalam ThingSpeak dalam bentuk grafik. Mikrokontroler ESP8266 juga bekerja dengan baik terlihat dari data yang dikirim ke dalam website ThingSpeak. Selisih waktu pengiriman data dari nilai suhu,intensitas cahaya,tegangan, dan arus berkisar selama 1-3 menit. Hal ini tergantung juga dari koneksi internet yang menyebabkan terkadang adanya keterlambatan pengiriman data ke dalam website ThingSpeak. Metode MPPT mampu menaikkan atau menurunkan tegangan sampai ditemukannya titik daya maksimal pada panel surya 50wp, dan mampu mengoperasikan 2 keluaran yang telah diberikan beban sekaligus.

(11)

11

Daftar Pustaka

[1] R. P. Pratama, “Sistem Monitoring Battery Solar Cell Pada Lampu PJU Berbasis Web,” Jurnal ELTEK, vol. 12, no. 01, pp. 50-63, April 2014.

[2] C. L. Aritonang, Maison, dan Y. R. Hais, “Sistem Monitoring Tegangan,Arus, dan Intensitas Cahaya pada Panel Surya denganThingspeak,” Jurnal Engineering Universitas Jambi, vol. 2, no. 1, pp. 11-24, Januari 2020.

[3] I. Winarno, S.T., M.T., L. Natasari ”Maximum Power Point Tracker (MPPT) Berdasarkan Metode Perturb and Observe dengan Sistem Tracking Panel Suray Single Axis,” Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi, 2017.

[4] E. Limbong “Pengontrol Tirai Jendela Menggunakan Sensor BH1750 Berbasis Arduino Uno,”Tugas Akhir D3, Universitas Sumatra Utara, 2018.

[5] F. H. Sipahutar “Sistem Pengamatan Suhu dan Kelembapan pada Jamur Menggunakan Sensor DHT-11 Berbasis Atmega328p dengan Tampilan Menggunakan LCD,” Tugas Akhir D3, Universitas Sumatra Utara, 2018.

[6] Winasis, W. W. A. Aziz, R. Imron, dan S. T. N. Fajar, “Desain Sistem Monitoring Sistem Photovoltaic Berbasis Internet of Things (IoT),” Jurnal Nasional Teknik Elektro dan Teknologi Informasi, vol. 5, no 4, pp. 328-333, 2016.

[7] A. Fitriandi, E. Komalasari, H. Gusmedi, “Rancang Bangun Alat Monitoring Arus dan Tegangan Berbasis Mikrokontroler dengan SMS Gateway,” Jurnal Rekayasa dan Teknologi Elektro, vol. 10, no. 2, pp. 87-98, 2016.