ANALISIS SISTEM MONITORING DAYA PADA SISTEM SURYA TETAP BERBASIS IOT
ANALYSIS POWER MONITORING SYSTEM IN SOLAR SYSTEM BASED ON IOT
Ananda Febri Karvina Rosmawati1, Wahmisari Priharti,M.Sc.,Ph.D2, Ig.Prasetya Dwi Wibawa,S.T.,M.T 3
1,2,3Prodi S1 Teknik Elektro, Fakultas Teknik Elektro, Universitas Telkom
1[email protected], 2 [email protected],
Abstrak
Pemantauan performa panel surya perlu dilakukan untuk menilai kinerja sebuah panel surya.
Penelitian ini bertujuan memantau secara langsung dan real time untuk arus, tegangan, suhu, daya, dan intensitas cahaya.
Untuk memenuhi keperluan tersebut, sistem monitoring panel surya yang dirancang dilengkapi dengan sensor arus, tegangan, suhu, dan intensitas cahaya yang telah dikalibrasi. Sistem pengiriman data dengan menggunakan internet yang diintegrasikan ke web aplikasi dan database sebagai penyimpan data.
Perancangan sistem berbasis mikrokontroller yang dihubungkan ke komputer atau smartphone.
Pada penelitian ini, menggunakan panel surya yang berdaya 100Wp dan menggunakan sudut 30°
menghadap ke utara. Pemantauan sensor terhubung oleh cloud yang terhubung dengan thingspeak.
Pengujian dilakukan selama 3 hari. Selama pengujian daya input terbesar yaitu pada hari ketiga sebesar 80,64 watt dan daya output tertinggi sebesar 64,14 watt pada hari kedua. Suhu dan intensitas cahaya mempengaruhi besar kecilnya nilai tegangan yang dihasilkan oleh panel surya. Kelebihan pada penelitian ini dengan penelitian yang sudah ada yaitu, penelitian ini dilengkapi dengan aplikasi yang bisa memudahkan untuk memantau panel surya secara berkala.
Kata Kunci : Monitoring, Panel surya,Internet of Things.
Abstract
Monitoring the performance of solar panels needs to be done to assess the performance of a solar panel.
This study aims to monitor directly and real time for current, voltage, temperature, power, and light intensity.
To meet these needs, the solar panel monitoring system that is designed is equipped with a calibrated current, voltage, temperature and light sensor. Data transmission system using the internet that is integrated into web applications and databases as data storage. Designing a microcontroller-based system that is connected to a computer or smartphone.
In this study, using a 100Wp solar panel and using a 30 ° angle facing north. Sensor monitoring is connected by cloud that is connected with thingspeak.
Testing is carried out for 3 days. During testing the largest input power is on the third day at 80.64 watts and the highest output power at 64.14 watts on the second day. Temperature and light intensity affect the size of the voltage produced by solar panels. The strengths of this research are the existing research, which is equipped with applications that can make it easy to monitor solar panels regularly.
Kata Kunci : Monitoring, Photovoltaic, Internet of Things.
1. Pendahuluan
Listrik merupakan hal yang tidak bisa dilepaskan dari kehidupan sehari-hari. Hal ini dibuktikan dengan terus meningkatnya jumlah pelanggan listrik PLN setiap tahunnya [1]. Karena itu perlu adanya sumber alternatif untuk mendapatkan energi listrik. Pemasangan panel surya merupakan salah satu solusi masalah pemberdayaan energi listrik. Namun, karena menggunakan energi dari alam, maka sulit diprediksi besar energi yang dapat dihasilkan oleh panel surya [2].
Energi yang dihasilkan oleh panel surya bergantung pada beberapa faktor, salah satunya adalah lamanya penyinaran. Selain itu, faktor lain seperti suhu, intesitas cahaya dan sudut datang cahaya juga mempengaruhi daya yang dihasilkan oleh panel surya. Untuk memaksimalkan penerimaan cahaya oleh panel surya, sistem pelacakan atau tracking sistem dapat diterapkan pada panel surya.
Pemaksimalan penerimaan cahaya matahari oleh panel surya ini dilakukan agar panel surya mampu untuk menghasilkan daya yang cukup untuk beban. Agar total dari beban yang dipakai tidak melebihi daya yang mampu dihasilkan oleh panel surya, maka perlu adanya pemantauan daya yang dihasilkan oleh panel surya.
Dengan melakukan pemantauan panel surya, maka pengguna akan mendapatkan data berupa tegangan, arus, suhu, dan daya yang dihasilkan oleh panel surya. Dengan adanya data tersebut, maka pengguna mengetahui efisiensi dari panel surya.
Pada saat ini pemantauan panel surya masih menggunakan metode lama yaitu dengan pengecekan secara langsung. Sehingga harus menaiki atap bangunan yang terpasang panel atau harus menggunakan tangga untuk memantau panel yang digunakan sebagai penerangan pada jalan umum.
Dengan permasalahan diatas, maka penulis membuat sebuah sistem pada panel surya tetap dengan menggunakan sudut kemiringan tertentu untuk mendapatkan hasil yang lebih optimal. Dan melalukan pemantauan berbasis IoT, sehingga lebih mudah dilakukan.
Diharapkan dengan adanya alat ini bisa membantu mempermudah dalam pemantauan daya yang dihasilkan oleh panel surya. Sehingga tidak perlu memantau langsung ke panel surya, cukup dengan memantau lewat smartphone atau komputer yang terhubung dengan internet.
2. Tinjauan Pustaka 2.1 Panel Surya
Panel surya adalah sebuah alat yang tersusun dari material semikonduktor yang dapat mengubah sinar matahari menjadi tenaga listrik secara langsung. Sering juga dipakai istilah photovoltaic atau fotovoltaik.
Panel surya pada dasarnya terdiri atas sambungan p-n yang sama fungsinya dengan sebuah diode. Ketika sinar matahari mengenai permukaan sel surya, energi yang dibawa oleh sinar matahari ini akan diserap oleh elektron pada sambungan p-n untuk berpindah dari bagian diode p ke n dan untuk selanjutnya mengalir ke luar melalui kabel yang terpasang ke panel.
2.2.1 Sistem Koordinat Horizon Matahari
Posisi relatif matahari terhadap panel surya (photovoltaic) di bumi bisa dijelaskan dalam beberapa sudut. Posisi horizon biasanya digunakan untuk menentukan sudut yang akan dipakai pada kemiringan panel surya. Beberapa diantaranya yaitu:
a. Altitude
Altitude adalah sudut lokasi disebelah utara atau selatan dari equator (khatulistiwa), utara positif -90° ≤ φ ≤ 90°. Hal ini pengujian dilakukan ditempat gedung N Universitas Telkom dengan letak geografisnya berada pada 6° 58’ 26,6” LS dan 107° 37’ 49,3” BT
b. Azimuth
Azimuth adalah penyimpanan dari selatan dengan proyeksi radiasi langsung pada bidang horizontal. Penyimpanan kesebelah timur adalah negatif dan kesebelah barat adalah positif.
c. Zenith
Zenith adalah sudut antara garis vertikal bidang normal dan garis datang sinar matahari.
2.2 MIT App Inventor
MIT APP Inventor merupakan suatu aplikasi web sumber terbuka yang awalnya dikembangkan oleh Google dan saat ini dikelola oleh Massachusetts Institute of Technology (MIT). App Inventor memungkinkan pengguna baru untuk memprogram komputer untuk menciptakan aplikasi perangkat lunak bagi sistem operasi android.
App Inventor menggunakan antarmuka grafis, serupa dengan antarmuka pengguna pada Scratch dan StarLogo TNG, yang memungkinkan pengguna untuk men-drag-and-drop objek visual untuk menciptakan aplikasi yang bias dijadikan pada perangkat Android. Dalam menciptakan App Inventor, Google telah melakukan riset yang berhubungan dengan komputasi edukasional dan menyelesaikan lingkungan pengembangan online google. Pada penelitian ini MIT App Inventor digunakan sebagai aplikasi untuk menampilkan hasil yang diperoleh oleh sensor yg nantinya akan terhubung dengan thingspeak.
2.3 Internet of Things
Internet of Things (IoT) merupakan segala aktivitas yang pelakunya saling berinteraksi dan dilakukan dengan memanfaatkan internet. Kondisi panel surya yang membutuhkan pemantauan secara berkala untuk mengetahui daya yang dihasilkan. Penelitian ini berkaitan dengan efisiensi, maka dari itu monitoring menjadi hal penting untuk dilakukan. Sistem monitoring ini dilakukan dengan berbasis teknologi yang mampu memberikan hasil real-time.
Pemantauan ini dilakukan secara otomatis oleh sensor yang kemudian data akan dikirim ke internet sehingga dapat diakses kapanpun dan dimanapun. IoT memiliki beberapa platform salah satunya yaitu Thingspeak. Yang digunakan pada penelitian ini yaitu Thingspeak. Karena, selain bahasa pemrogramannya yang mudah dimengerti dan sudah banyak referensi yang sudah tersedia.
3. Perancangan Sistem
3.1 Blok Diagram Sistem
Perancangan blok diagram sistem adalah sebagai berikut :
Gambar III-1 Diagram blok
Sistem memiliki sebuah panel surya berdaya maksimum 100 Wp sebagai sumber energinya. Panel surya menghasilkan tegangan, arus, suhu, parameter tersebut yang akan dipantau.
Arduino Mega berfungsi sebagai kontroler dan modul Wi-Fi untuk memunculkan data yang dihasilkan.
Selanjutnya data yang dihasilkan akan ditampilkan dilaptop atau smartphone. Sebelum data dimunculkan di laptop atau smartphone diperlukannya cloud. Cloud yang digunakan pada penelitian ini adalah thingspeak.
3.2 Desain Perangkat Keras
Jenis panel surya yang digunakan yaitu monocrystalline silicon. Mikrokontroller yang digunakan yaitu arduino mega dan baterai digunakan untuk daya beban.
Gambar III-2 Desain perangkat keras 4. Hasil Pengujian dan Analisa
4.1 Pengujian Akurasi Sensor 4.1.1 Kalibrasi Sensor Tegangan Tujuan Kalibrasi Sensor Tegangan:
Tujuan dari kalibrasi sensor tegangan adalah untuk mengetahui sensor tegangan sudah dapat bekerja sesuai dengan yang diharapkan atau belum sesuai, pengujian dilakukan dengan membandingkan hasil pengukuran dari sensor yang telah dibuat dengan multimeter yang
digunakan. Pada pengujian ini terdapat 2 sensor tegangan yaitu tegangan input dan output. Langkah Kalibrasi Sensor:
Langkah kalibrasi sensor tegangan dengan mengunakan DC power supply. Jumlah data yang diambil untuk kalibrasi yaitu sebanyak 30 data yang dirata-ratakan dengan kenaikan 1V. Tegangan yang diambil yaitu dari 1V sampai 10V. Setelah data yang dihasilkan selanjutnya data di bandingkan dengan multimeter.
Hasil dan Analisis:
Hasil dan analisis dari kalibrasi sensor tegangan ditampilkan dalam bentuk grafik, untuk melihat hasil kalibrasi serta selisih antara sensor tegangan dan multimeter.
Gambar III-3 Hasil kalibrasi sensor tegangan
Gambar grafik dapat dilihat dari sensor tegangan yang dibaca oleh sensor tegangan hasilnya cenderung stabil. Namun, masih belum sesuai dengan nilai tegangan yang dikeluarkan oleh DC power supply. Dikarenakan oleh nilai resistansi yang berubah seiring degan durasi penggunaan resistor itu sendiri dan suhu yang berlebih yang dialami oleh resistor. Jumper yang kurang bagus juga dapat mempengaruhi nilai yang dihasilkan tidak sesuai dengan DC power supply.
4.1.2 Kalibrasi Sensor Arus Tujuan Kalibrasi Sensor:
Tujuan dari kalibrasi ini adalah untuk mengetahui sensor arus sudah dapat bekerja sesuai dengan yang diharapkan atau belum sesuai, pengujian dilakukan dengan membandingkan hasil pengukuran dari sensor arus yang digunakan dengan multimeter.
Langkah Pengujian Sensor:
Langkah kalibrasi sensor arus dengan menggunakan DC power supply dan jumlah data jumlah data yang diambil adalah sebanyak 30 data. Data awal yang diambil 0.5A dan nilai akhir arus 3A.
Hasil dan Analisis:
Hasil dan analisis dari kalibrasi sensor tegangan ditampilkan dalam bentuk grafik, untuk melihat hasil kalibrasi serta selisih antara sensor tegangan dan multimeter.
Gambar III-4 Hasil kalibrasi sensor arus
Pada grafik hasil kalibrasi diatas, dapat dilihat bahwa nilai arus yang diperoleh hampir mendekati nilai arus yang dikeluarkan oleh DC power supply. Dikarenakan nilai ADC yang berubah seiring dengan kenaikan arus yang diterima oleh sensor. Semakin besar arus yang diterima, maka nilai ADC akan semakin besar.
Jadi, nilai ADC mempengaruhi nilai error yang dihasilkan oleh sensor arus. Selain itu penggunaan jumper juga mempengaruhi nilai error yang diperoleh, sehingga nilai tidak stabil.
4.1.3 Kalibrasi Sensor Suhu Tujuan Kalibrasi Sensor:
Tujuan dari kalibrasi sensor suhu ini adalah untuk mengetahui sensor suhu sudah dapat bekerja sesuai dengan yang diharapkan atau belum sesuai, pengujian dilakukan dengan membandingkan hasil pengukuran dari sensor suhu yang digunakan dengan termometer.
Langkah Kalibrasi sensor:
Langkah kalibrasi sensor suhu adalah dengan mengukur suhu menggunakan plat heater yang diambil sebanyak 30 data. Selanjutnya data yang di hasilkan oleh sensor suhu dibandingkan dengan termometer. Hasil dan Analisis:
Hasil dan analisis dari kalibrasi sensor suhu ditampilkan dalam bentuk grafik untuk melihat hasil kalibrasi serta selisih antara sensor suhu dan thermometer
Gambar III-5 Hasil kalibrasi sensor suhu
Dari data hasil kalibrasi dapat dilihat bahwa nilai suhu yang dibaca oleh sensor suhu hampir mendekati nilai yang terbaca oleh termometer. Pada data kalibrasi sensor suhu, error yang didapatkan adalah sebesar 0,085 dan memiliki persentase error sebesar 2% sehingga memiliki akurasi sebesar 98%.
4.1.4 Kalibrasi Sensor Intensitas Cahaya Tujuan Kalibrasi Sensor:
Tujuan dari kalibrasi sensor intensitas cahaya ini adalah untuk mengetahui sensor sudah dapat bekerja sesuai dengan yang diharapkan atau belum sesuai, pengujian dilakukan dengan membandingkan hasil pengukuran dari sensor intensitas cahaya yang digunakan dengan lux meter.
Langkah Pengujian:
Langkah kalibrasi sensor intensitas cahaya adalah dengan mengukur intensitas cahaya yang mengenai panel surya yang diambil sebanyak 30 data. Terdapat 2 data yaitu data kalibrasi sensor intensitas cahaya input naik dan data kalibrasi sensor intensitas cahaya input turun. Selajutnya data yang di hasilkan oleh sensor intensitas cahaya dibandingkan dengan lux meter.
Hasil dan Analisis:
Hasil dan analisis dari kalibrasi sensor intensitas cahaya akan di tampilkan dalam bentuk grafik untuk melihat hasil kalibrasi serta selisih antara sensor intensitas cahaya dengan lux meter.
Gambar III-6 Hasil kalibrasi sensor intensitas cahaya
Pada data kalibrasi sensor intensitas cahaya, error yang didapatkan adalah sebesar 279,71 dan memiliki persentase error sebesar 2% sehingga memiliki akurasi sebesar 98%.
4.2 Pengujian Monitoring Daya pada Sistem Surya Tetap Berbasis IoT Tujuan Pengujian:
Tujuan pengujian ini adalah untuk mengetahui apakah sistem alat monitoring daya pada panel surya berbasis IoT secara umum sudah sesuai atau belum.
Langkah Pengujian:
Langkah pengujian pada sistem yang dibuat adalah dengan melakukan pengujian pada jam 08.00-16.00 WIB. Pengujian dilakukan di gedung N Universitas Telkom. Hasil yang sudah didapat langsung ter-update dalam laman web thingspeak dan dapat diliat pada aplikasi MPS pada smartphone.
Hasil dan Analisis Pengujian:
Gambar III-7 Grafik pengujian tegangan output dan input
Pada gambar III-7 menunjukkan bahwa hasil pengujian yang dilakukan selama 3 hari tegangan yang dihasilkan cukup stabil. Tegangan input tertinggi terjadi pada hari ke 1 yaitu sebesar 20,21V pada pukul 08:00 WIB. Dan tegangan input terendah terjadi pada pengujian hari ke 1 yaitu 14,77V pada pukul 16:00 WIB. Sedangkan, untuk tegangan output tertinggi pada pengujian hari ke 2 dan ke 3 yaitu 11,76V pada pukul 08:00 WIB dan terendah pada hari ke 3 yaitu 16,6V pada pukul 16:00 WIB.
Gambar III-8 Grafik pengujian arus input dan output
Pada gambar III-8 menujukkan hasil yang diperoleh ketika tegangan naik maka arus yang dihasilkan akan menurun. Selama pengujian arus input tertinggi terjadi pada hari ke 3 sebesar 5,26A pada pukul 11:00 WIB dan arus intput terendah pada hari ke 3 juga sebesar 1,12A pada pukul 16:00 WIB.
Sedangkan untuk arus output tetinggi pada hari ke 3 sebesar 5,25A pada pukul 11:00 WIB dan arus output terendah pada hari ke 1 pada pukul 16:00 WIB.
Gambar III-9 Grafik pengujian daya input dan output
Pada gambar III-9 berdasarkan data yang diperoleh pada grafik di atas diketahui bahwa daya input yang paling tinggi diperoleh pada pengujian hari ketiga. Yaitu 80,64 watt pada pukul 11:00 WIB dan daya input terendah pada hari ke 1 sebesar 24,64 watt pada pukul 16:00 WIB. Sedangkan, untuk daya output tertinggi pada hari ke 2 sebesar 64,14 pada pukul 12:00 dan daya output terendah pada hari ke 3 juga sebesar 13,96 watt pada pukul 16:00 WIB. Dapat kita ketahui bahwa faktor cuaca yang baik dapat mempengaruhi besarnya daya yang dihasilkan. Sebaliknya pada keadaan berawan atau mendung daya yang akan di hasilkan kurang baik.
Gambar III-10 Grafik pengujian intensitas cahaya panel surya
Dapat diketahui bahwa hasil dari pengujian intensitas cahaya pada panel surya nilai yang dihasilkan naik turun. Dikarenakan cahaya matahari yang sangat terik dan kadang mulai berawan. Yang mempengaruhi nilai intensitas cahaya yang naik turun yaitu keadaan sekitar pengujian yang kadang sangat panas dan kadang berawan. Faktor angin, suhu, dan cuaca juga mempengaruhi.
Gambar III-11 Grafik pengujian suhu pada panel surya
Pada gambar III-11 terlihat nilai perubahan pada suhu di pengaruhi oleh keadaan sekitar pengujian seperti angin dan cuaca sekitar pengujian. Suhu juga bisa mempengaruhi tegangan yang dihasilkan oleh panel surya.
Gambar III-12 Grafik daya terhadap intensitas cahaya dan suhu
Dapat kita lihat bahwa intensitas cahaya mempengaruhi daya yang dihasilkan oleh panel surya.
Semakin besar intensitas cahaya yg dihasilkan maka semakin besar juga daya yang dihasilkan. Dan dapat dilihat bahwa semakin besar suhu yang didapatkan maka daya yang dihasilkan semakin kecil. Karena, semakin besar suhu yang didapatkan bisa menurunkan efisiensi yang dihasilkan oleh panel surya.
Intensitas cahaya juga mempengaruhi daya yang dihasilkan. Semakin besar intensitas cahaya yang dihasilkan maka semakin besar daya yang dihasilkan.
Dari hasil pengujian, terlihat bahwa intensitas cahaya matahari yang tinggi tidak selalu menghasilkan tegangan panel surya yang tinggi. Hal ini dikarenakan suhu pada permukaan panel berpengaruh terhadap keluaran tegangan dari panel surya. Intensitas cahaya yang masuk dan suhu pada permukaan panel surya tidak selalu berada pada titik optimum.
Gambar III-13 Tampilan aplikasi MPS
Pada monitoring panel surya membutuhkan waktu untuk pembacaan sensor dengan penampilan data pada thingspeak dan aplikasi MPS. Waktu rata-rata yang dibutuhkan untuk 1 data yaitu selama 52,3 detik. Jika kondisi jaringan wifi sedang baik yaitu pada kecepatan 7,3 Mbps waktu yang dibutuhkan hanya 30 detik, sedangkan pada kondisi jaringan dibawah 7,3 Mbps yaitu selama 102 detik. Jadi, semakin baik jaringan wifi yang didapat maka semakin cepat juga data yang ditampilkan.
5 Kesimpulan
Dari hasil pengujian dan analisis terhadap penelitian pada sistem monitoring daya pada sistem tetap berbasis IoT maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Perancangan sistem sensor dan sistem untuk pemantauan daya pada sistem surya tetap berbasis IoT berjalan sesuai dengan yang dinginkan yaitu bisa memunculkan data pada smartphone.
2. Besar daya yang dihasilkan panel surya dipengaruhi oleh besarnya suhu dan intensitas cahaya yang dihasilkan oleh panel surya. Berdasarkan pengujian daya input terbesar yaitu pada hari ketiga sebesar 80,64 watt dan daya output tertinggi sebesar 64,14 watt pada hari kedua.
3. Suhu dan intensitas cahaya mempengaruhi besar kecilnya nilai tegangan dan arus yang dihasilkan oleh panel surya.
4. Perancangan sistem aplikasi pemantauan tegangan, arus, daya, suhu, dan intensitas cahaya pada smartphone berjalan dengan baik.
5. Kelebihan pada penelitian ini dengan penelitian yang sudah ada yaitu, penelitian ini dilengkapi dengan aplikasi yang bisa memudahkan untuk memantau panel surya secara berkala.
DAFTAR PUSTAKA
[1] D. Banjarnahor, “Pelanggan Meroket, PLN Kontribusi Rp 307,4 T Dalam 4 Tahun,” CNBC Indonesia, 2019.
[2] C. E. Indonesia, Energi yang Terbarukan, Jakarta: Contained Energy, 2007.
[3] S. Handi Suryawinata, Sistem Monitoring pada Panel Surya Menggunakan,vol. 9, no. 1, 2017.
[4] A. Muhammad Rizal Fachri, “Pemantauan Parameter Panel Surya Berbasis,” vol. 11, pp. 123-156, 2015.
[5] Siregar.Riki Ruli A, “Sistem Monitoring Kinerja Panel Listrik,” vol. 14, pp. 81-100, 2017.
[6] S. U. Tian, Prototipe Sistem Monitoring Parameter Pembangkit, Yogyakarta, 2017.
