BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1Panel Surya
Energi merupakan salah satu masalah utama yang dihadapi oleh hampir seluruh negara di dunia. Hal ini mengingat energi merupakan salah satu faktor utama bagi terjadinya pertumbuhan ekonomi suatu negara. Permasalahan energi menjadi semakin kompleks ketika kebutuhan yang meningkat akan energi dari seluruh negara di dunia untuk menopang pertumbuhan ekonominya justru membuat persediaan cadangan energi konvensional menjadi semakin sedikit.
Saat ini total kebutuhan energi di seluruh dunia mencapai 10 Terra Watt (setara dengan 3 x 1020 Joule/ tahun). Kebutuhan yang meningkat terhadap energi juga pada kenyataanya bertabrakan dengan kebutuhan umat manusia untuk menciptakan lingkungan yang bersih dan bebas dari polusi. Berbagai masalah ini menuntut perlunya dikembangkan sumber energi alternatif yang dapat menjawab tantangan di atas tersebut.
Solar cell merupakan pembangkit listrik yang mampu mengkonversi sinar matahari menjadi arus listrik. Energi matahari sesungguhnya merupakan sumber energi yang paling menjanjikan mengingat sifatnya yang berkelanjutan (sustainable) serta jumlahnya yang sangat besar. Matahari merupakan sumber energi yang diharapkan dapat mengatasi permasalahan kebutuhan energi masa depan setelah berbagai sumber energi konvensional berkurang jumlahnya serta tidak ramah terhadap lingkungan.
Pada solar cell dibutuhkan material yang dapat menangkap matahari, dan energi tersebut digunakan untuk memberikan energi keelektron agar dapat berpindah melewati band gapnya ke pita konduksi, dan kemudian dapat berpindah ke rangkaian luar. Melaui proses tersebutlah arus listrik dapat mengalir dari solar cell. Umumnya devais dari solar cell ini menggunakan prinsip PN junction.
Energi yang dikeluarkan oleh sinar matahari sebenarnya hanya diterima oleh permukaan bumi sebesar 69% dari total energi yang dipancarkan matahari. Suplai energi surya dari sinar matahari yang diterima oleh permukaan bumi sangat luar biasa besarnya yaitu mencapai 0,5 miliar energi matahari atau kira-kira 1,3 x 1017 Watt (Karmon Sigalingging, 1994).
Melihat energi yang dikeluarkan dari pancaran matahari yang begitu besar, pemanfaatan energi matahari menjadi salah satu daya tarik tersendiri untuk dilakukan. Salah satu pemanfaatan energi matahari adalah penggunaan sel surya yang berfungsi mengubah energi matahari menjadi energi listrik. Dalam proses konversi energi pada sel surya dipengaruhi banyak faktor yang dapat mengurangi optimalisasi pada proses konversi energi. Diantaranya adalah faktor orientasi terhadap matahari yang selalu berubah-ubah dapat mengurangi optimalisasi sel surya dalam proses konversi energi matahari menjadi energi listrik. Sel surya akan menghasilkan daya maksimal ketika posisinya saling tegak lurus dengan cahaya matahari.(Karmon Sigalingging, 1994).
Faktor dari pengoperasian sel surya agar didapatkan nilai yang maksimum sangat tergantung pada beberapa hal, antara lain.
a. Suhu sel surya
akan melemahkan tegangan (Voc). Gambar 2.1 menunjukkan setiap kenaikan Suhu sel surya 10 º Celsius (dari 25º) akan berkurang sekitar 0,4 % pada total tenaga yang dihasilkan atau akan melemah dua kali (2x) lipat untuk kenaikan Suhu sel per 10º C.
Gambar 2.1. Karakteristik Suhu sel surya terhadap tegangan keluaran (Eduardo
Lorenzo, 1994)
b. Radiasi matahari
Radiasi matahari di bumi dan berbagai lokasi bervariasi dan sangat tergantung keadaan spektrum matahari ke bumi. Pengaruh intensitas matahari memiliki pengaruh yang besar terhadap arus (I) sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 2.2
Gambar 2.2 Pengaruh intensitas matahari pada nilai arus dan tegangan(Eduardo
Lorenzo, 1994)
c. Kecepatan angin bertiup
d. Keadaan atmosfir bumi
Keadaan atmosfir bumi seperti berawan, mendung, jenis partikel debu udara, asap, uap air udara (Rh), kabut dan polusi sangat menentukan hasil maksimum arus listrik dari sel surya.
e. Orientasi sel surya
Orientasi dari rangkaian sel surya ke arah matahari secara optimum adalah penting agar sel surya dapat menghasilkan energi maksimum. Selain arah orientasi, sudut orientasi dari sel surya juga sangat mempengaruhi hasil energi maksimum. Sebagai contoh, untuk lokasi yang terletak di belahan utara latitude, maka panel atau deretan sel surya sebaiknya diorientasikan ke Selatan, orientasi ke timur-barat walaupun juga dapat menghasilkan sejumlah energi dari panel-panel sel surya, tetapi tidak akan mendapatkan energi matahari optimum.
f. Posisi letak sel surya terhadap matahari (tilt angle)
Sel surya pada Equator (latitude 0o) yang diletakkan mendatar (tilt angle = 0) akan menghasilkan energi maksimum, sedangkan untuk lokasi dengan latitude
berbeda harus dicarikan “tilt angle” yang berbeda. Dengan mempertahankan sinar
matahari jatuh ke sebuah permukaan sel surya secara tegak lurus akan menghasilkan energi maksimum ± 1000 W/m2 atau 1 kW/m2. Kalau tidak dapat mempertahankan ketegaklurusan antara sinar matahari dengan sel surya, maka energi yang didapatkan akan tidak maksimal.
2.2 Sensor LDR (Light Dependent Resistor)
Sensor adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi dan mengetahui magnitude tertentu. Sensor merupakan jenis transduser yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis,panas,sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor memegang peranan penting dalam mengendalikan proses pabrikasi modern. (Petruzella, 2001 : 157) .
besaran cahaya menjadi besaran listrik. Sensor cahaya LDR (Light Dependent Resistor) merupakan suatu jenis resistor yang peka terhadap cahaya. Nilai resistansi LDR akan berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang diterima. Jika LDR tidak terkena cahaya maka nilai tahanan akan menjadi besar (sekitar 10MΩ) dan jika terkena cahaya nilai tahanan akan menjadi kecil (sekitar 1kΩ). (Novianty,Lubis,& Tony, 2012 : 1).
Cara kerja dari sensor ini adalah mengubah energi dari foton menjadi elektron, umumnya satu foton dapat membangkitkan satu elektron. Sensor ini mempunyai kegunaan yang sangat luas salah satu yaitu sebagai pendeteksi cahaya pada tirai otomatis. Beberapa komponen yang biasanya digunakan dalam rangkaian sensor cahaya adalah LDR (Light Dependent Resistor), Photodiode, dan Photo Transistor.
Gambar 2.3 Sensor cahaya (LDR)
(sumber : http://komponenelektronika.biz/sensor-cahaya.html)
Salah satu komponen yang menggunakan sensor adalah LDR (Light Dependent Resistor), adalah suatu komponen elektronika yang memiliki hambatan yang dapat berubah sesuai perubahan intensitas cahaya, resistensi dari LDR akan menurun jika ada penambahan intensitas cahaya yangmengenainya. Pada dasarnya komponen ini merupakan suatu resistor yang memiliki nilai hambatan bergantung pada jumlah cahaya yang jatuh pada permukaan sensor tersebut. LDR dapat dibuat dari semikonduktor beresistensi tinggi yang tidak dilindungi dari cahaya. Jika cahaya yang mengenainya memiliki frekuensi yang cukup tinggi, foton yang diserap oleh semikonduktor akan menyebabkan elektron memiliki energi yang cukup untuk meloncat ke pita konduksi. Elektron bebas yangdihasilkan dan pasangan lubangnya akan mengalirkan listrik, sehingga menurunkan resistansinya.
Transistor , secara sederhana adalah sebuah transistor bipolar yang memakai kontak(junction)base-collector yang menjadi permukaan agardapat menerima cahaya sehingga dapat digunakan menjadi konduktivitas transistor. Secara lebih detail PhotoTransistor merupakan sebuah benda padat pendeteksi cahaya yang memiliki gain internal. Hal ini yang membuat foto transistor memiliki sensivitas yang lebih tinggi dibandingkan photodiode / foto diode, dalam ukuran yang sama. Alat ini dapat menghasilkan sinyal analog maupun sinyal digital. Photo Transistor sejenis dengan transistor pada umumnya,bedanya pada Photo Transistor dipasang sebuah lensa pemfokus sinar pada kaki basis untuk memfokuskan sinar jatuh pada pertemuan PN.(sumber: komponenelektronika.biz)
2.3 Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah mikrokomputer chip-tunggal yang dirancang secara spesifik untuk aplikasi-aplikasi kontrol dan bukan untuk aplikasi-aplikasi serbaguna. Aplikasi-aplikasi yang tipikal meliputi kontrol perangkat perangkat-perangkat peripheral seperti motor, penggerak, printer, dan komponen-komponen subsistem minor.(Tooley, 2003)
Mikrokontroller sesuai dengan namanya adalah suatu alat atau komponen pengontrol atau pengendali yang berukuran mikro atau kecil. Bila dibandingkan dengan mikroprosesor, mikrokontroller jauh lebih unggul kerena terdapat berbagai alasan diantaranya :
1. Tersedianya Input/Outout
I/O dalam mikrokontroller sudah tersedia, sementara pada mikroprosesor dibutuhkan IC tambahan untuk menangani I/O tersebut, IC yang dimaksud adalah PPI 8255.
2. Memori Internal
Memori merupakan media untuk menyimpan program dan data sehingga mutlak harus ada. Mikroprosesor belum memiliki memori internal sehingga memerlukan IC memori eksternal
yakni sebagai pegendali suatu sistem. Dengan menggunakan mikrokontroller maka:
1. Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas.
2. Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi.
3. Pencarian gangguan lebih mudah ditelesuri karena sistemnya yang kompak.
Namun tidak sepenuhnya mikrokontroller bisa komponne IC TTl dan CMOS yang sering kali masih diperlukan untuk aplikasi kecepatan tinggi atau sekedar menambah jumlah saluran input dan output (I/O) dengan kata lain, mikrokontroller adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena mikrokontroller sudah mengandung beberapa bagian yang langsung dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital (ADC), dan sebagainya hanya menggunakan Sistem Minimum yang tidak rumit.
Mikrokontroller adalah otak dari suatu sistem elektronika seperti halnya mikroprosesor sebagai otak komputer. Namun mikrokontroller memiliki nilai tambah karena didalamnya sudah terdapat memori dan sistem input/output dalam suatu kemasan IC. Mikrokontroller AVR (Alf and Vegard’s RISC processor) standart memiliki arsitektur 8-bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit dan sebagian besar instriksi dieksekusi dalam satu siklus clock. Berbeda dengan instruksi MCS-51 yang membutuhkan 12 siklus clock karena memiliki arsitektur CISC (seperti komputer).
maksimal 16 MHz membuat ATMega 8535 lebih cepat bila dibandingkan dengan varian MCS51. Dengan fasilitas yang lengkap tersebut menjadikan ATMega 8535 sebagai mikrokontroller yang powerfull. Adapun diagram blok ATMega 8535 adalah sebagai berikut:
rr
Gambar 2.4 Diagram Blok ATMega 8535 (Lingga,2006)
Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa ATMega 8535 memiliki bagian sebagai berikut :
1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, Port D. 2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
3. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan. 4. CPU yang terdiri atas 32 buah register.
5. Watchdog timer dengan osilator internal. 6. SRAM sebesar 512 byte.
9. Port antarmuka SPI.
10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi. 11. Antarmuka komparator analog.
12. Port USART untuk komunikasi serial
Kapabilitas detail dari ATMega 8535 adalah sebagai berikut:
1. Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz.
2. Kapasitas memori flash 8 Kb, SRAM sebesar 512 byte, dan EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 512 byte. 3. ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel.
4. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps. 5. Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik.
2.3.1 Konfigurasi PIN ATMega 8535
Mikrokontroller ATMega 8535 mempunyai pin sebanyak 40 buah, dimana 32 pin diantaranya untuk keperluan port I/O yang dapat menjadi pin input/output
sesuai konfigurasi. Pada 32 tersebut terbagi atas 4 bagian (port), yang masing-masing terdiri dari 8 pin. Pin lainya digunakan untuk keperluan rangkaian osilator, supplay tegangan, reset, serta tegangan reverensi untuk ADC. Konfigurasi pin ATMega 8535 digambarkan sebagai berikut:
Dari gambar diatas dapat dijelaskan secara fungsional konfigurasi pin ATMega 8535 adalah sebagai berikut :
VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya. GND merupakan pin ground.
Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC
Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu Timer/Counter, komparator analog dan SPI.
Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog dan Timer Oscilator.
Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial.
RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.
AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.
2.3.2 Peta Memori ATMega 8535
ATMega memiliki dua jenis memori yaitu Data Memory dan Program Memory ditambah satu fitur tambahan yaitu EEPROM Memory untuk menyimpan data.
2.3.3 Program Memory
ATMega memiliki On-Chip In-System Reprogrammable Flash Memory untuk menyimpan program. Untuk alasan keamanan, program memory dibagi menjadi dua bagian, yaitu Boot Flash Section dan Application Flash Section. Boot Flash Section digunakan untuk menyampaikan program Boot Loader, yaitu program yang harus dijalankan pada saat AVR reset atau pertama kali diaktifkan.
Application Flash Section digunakan untuk menyampaikan program aplikasi yang dibuat user. AVR tidak dapat menjalankan program aplikasi ini sebelum menjalankan program Boot Loader. Berdasarkan memori Boot Flash Section
konfigurasi bit di register BOOTSZ. Jika Boot Loader diproteksi, maka program pada Application Flash Section juga sudah aman.
Gambar 2.6 Peta Memori Program
2.3.4 EEPROM Data Memori
ATMega 8535 memiliki EEPROM 8 bit sebesar 512 byte untuk menyimpan data. Lokasinya terpisah dengan sistem address register, data register dan control register yang dibuat khusus untuk EEPROM. Alamat EEPROM dimulai dari $000 sampai $1FF.
EEPROM
$000
$01FF
Gambar 2.7 EEPROM Data Memori
2.4 Motor Steper
mengubah eksitasi kutub. Arus yang mengalir pada setiap lilitan hanya sesaat beberapa pasang kutub dimana setiap pasang kutub diaktifkan melalui prinsip elektromagnetik oleh arus yang mengalir melalui kumparan yang dililitkan pada masing - masing kutub. Pada saat sepasang kutub dalam keadaan aktif sehingga akan timbul medan magnet yang kemudian menarik pasangan gigi rotor terdekat, sehingga gigi akan bergerak ke posisi segaris dengan kutub. Untuk menggerakkan sebuah motor stepper setiap pasang kumparan stator harus disambungkan dengan aliran listrik dan diputuskan secara bergantian dalam urutan yang benar. Dengan demikian, input ke motor berupa deretan pulsa yang menghasilkan output ke setiap pasang kumparan stator.
Sistem penggerak yang biasa digunakan terdiri dari dua blok utama yaitu pengatur urutan logika dimana menerima pulsa - pulsa input dan menghasilkan pulsa - pulsa output dalam urutan sebagai mana yang dibutuhkan untuk mengontrol penggerak agar menghasilkan pulsa output dengan amplitudo yang sesuai.
I
III
IV II
Gambar 2.8 Diagram motor langkah (stepper)
Magnet permanen berputar kearah medan magnet yang aktif. Apabila kumparan stator dialiri arus sedemikian rupa, sehingga akan timbul medan magnet dan rotor akan berputar mengikuti medan magnet tersebut. Setiap pengalihan arus ke kumparanberikutnya menyebabkan medan magnet berputar menurut suatu sudut tertentu, biasanya informasi besar sudut putar tertulis pada badan motor langkah yang bersangkutan. Jumlah keseluruhan pengalihan menentukan sudut perputaran motor. Jika pengalihan arus ditentukan, sehingga
rotor akan berhenti pada posisi terakhir. Jika kecepatan pengalihan tidak terlalu tinggi, sehingga slip akan dapat dihindari. Memerlukan umpan balik (feedback)
pada pengendalian motor langkah.
Motor langkah yang akan di gunakan memiliki 4 fasa (pole atau kutub), pengiriman pulsa dari mikrokontroler ke rangkaian motor langkah dilakukan secara bergantian, masing-masing 3 data (sesuai dengan jumlah fasa-nya), sebagian di tunjukkan pada gambar 2.2 berikut.
Gambar 2.9 Pemberian data/pulsa pada motor stepper
Pengatur
kata lain, pada suatu saat hanya sebuah masukan yang bernilai 1 (satu) sedangkan lainnya bernilai 0 (nol).
Sistem penggerak yang biasa digunakan terdiri dari dua blok utama yaitu pengaturan urutan logika dan sebuah penggerak ditunjukkan pada gambar 2.3.
Gambar 2.10 Sistem Penggerak Motor stepper
Pengatur urutan logika menerima pulsa – pulsa input dan menghasilkan pulsa output dalam urutan sebagaimana yang dibutuhkan untuk mengontrol penggerak agar menghasilkan pulsa output dengan amplitude yang sesuai.
2.5 Transistor
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.
Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.
2.6 Modul LCD (Liquid Crystal Display)
M1632 merupakan modul LCDmatrix dengan konfigurasi 16 karakter dengan 2 baris dengan setiap karakernya dibentuk oleh 8 baris pixel dan 5 kolom pixel (1 baris pixel terakhir adalah kursor). HDD44780 ini sudah tersedia dalam modul M1632 yang dikeluarkan oleh Hitachi, Hyundai dan modul-mosul M1632 lainnya. HDD44780 sebetulnta merupakan mikrokontroller yang dirancang khusus untuk mengendalikan LCD da mempunyaii kemampuan untuk mengatur proses
scanning pada layar LCD yang terbentuk oleh 16 COM dan 40 SEG sehingga mikrokontroller/perangkat yang mengakses modul LCD ini tidak erlu lagi mengatur proses scanningpada layar LCD. Kikrokontroller atau perangkat tersebut hanya mengirimkan data-data yang merupakan karakter yang akan ditampilkan pada layar LCD atau perintah yang mengatur proses tampilan pada LCD saja.
2.6.1 Kaki-Kaki Modul LCD
Untuk keperluan antarmuka suatu komponen elektronuk degan mikrokontroler, perlu diketahui fungsi dari setiap kaki yang ada pada komponen tersebut.
a. Kaki 1 (GND)
Kaki ini berhubungan dengan tegangan +5 Volt yang merupakan tegangan untuk sumber daya HD44780 (khusu untuk modul M1632 keluaran hitachi, kaki ini adalah VCC).
b. Kaki 2 (VCC)
Kaki ini berhhubungan dengan tegangan 0 volt (ground) dan modul LCD (khusus untuk modul M1632 keluaran hitachi, kaki ini adalah GND)
c. Kaki 3 (VEE)
Tegangan pengatur kontras LCD, kaki ini terhubung pada V5. Kontras mencapai nilai maksimum pada saat kondisi kaki ini pada tegangan 0 volt. d. Kaki 4 (RS)
e. Kaki 5 (R/W)
Logika 1 pada kaki ini menunjukkan bahwa modul LCD sedang pada mode pembacaan dan logika 0 menunjukkan bahwa ,odul LCD sedang pada mode penulisan. Untuk aplikasi yang tidak memerlukan pembacaan data pada modul LCD, kaki ini dapat dihubungkan langsung ke ground.
f. Kaki 6 (F)
Enable Clock LCD, kaki ini mengaktifkan clock LCD. Logika 1 pada kaki ini diberikan pada saat penulisan atau pembacaan data.
g. kaki 7-14 (D0-D7)
Data bus, kedelapan kaki modul LCD ini adalah bagian dimana aliran data sebanyak 4-bit atau 8 -bit mengalir saat proses penulisan maupun pembacaan data.
h. Kaki 15 (Anoda)
Berfungsi untuk tegangan positif dari backlight modul LCD sekitar 4,5 volt (hanya terdapat untuk M1632 yang memiliki backlight).
i. Kaki 16 (Katoda)
Tegangan negatif backlight modul LCD sebesar 0 volt (hanya untuk M1632 yang memiliki backlight).
2.6.2 Struktur Memory LCD
Modul LCD M1632 memiliki beberapa jenis memory yang digunakan untuk menyimpan atau memproses data-data yang akan ditampilkan pada layar LCD. Setiap jenis memori mempunyai fungsi-fungsi tersendiri salah satunya yaitu DDRAMmerupakan memori tempat karakter yang ditampilkan.
2.7 DHT11(Suhu And Humidity Sensor)
Sensor Suhu dan kelembaban yang dilakukan pada penelitian ini adalah
Gambar 2.11 Sensor DHT11 (Temperature And Humidity Sensor)
