SISTEM KENDALI PID TRACKING POSISI MATAHARI DAN MONITORING KINERJA PANEL BERBASIS ANDROID
Eko Jatmiko 1), Elang Derdian M2)
1,2) Program Studi Sarjana Teknik Elektro, Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UniversitasTanjungpura
Email : [email protected] 1), [email protected] 2 ABSTRAK
Panel surya merupakan piranti yang mengkonversikan sinar matahari menjadi energi listrik. Efisiensi panel surya saat ini masih rendah dan perubahan posisi matahari disepanjang hari membuat panel surya kurang maksimal dalam menyerap sinar matahari. Dalam tugas akhir ini dirancang sebuah alat tracking posisi matahari dengan menggunakan sensor Light Dependent Resistor (LDR). Sistem kendali alat ini menggunakan kendali Proportional Integral Derivative (PID). Penggerak tracking posisi matahari menggunakan motor DC 12 Volt dengan torsi 12kg/cm. Panel surya yang digunakan merupakan panel surya yang dirakit dari 36 buah sel surya. Berat total dari panel surya ±1,5 kg. Untuk mengetahui kinerja panel surya, tracking posisi matahari ini dilengkapi sistem monitoring kinerja panel surya yang dapat diakses melalui aplikasi blynk pada smartphone android. Terdapat tiga parameter kinerja panel surya yang dipantau yaitu arus, tegangan dan daya.
Dari hasil penelitian, didapat bahwa pada sistem kendali PID berhasil menjejak posisi matahari dengan waktu pergerakan selama ±5,1 detik(dari sisi kiri ke sisi kanan). Dari data pengujian yang dilakukan dari pukul 08:00-15.30, panel surya dengan sistem tracking posisi matahari menghasilkan daya rata-rata sebesar 33,2 Watt dalam kondisi cuaca yang berawan. Panel surya yang tanpa dilengkapi tracking posisi matahari menghasilkan daya rata-rata sebesar 27,2 Watt pada kondisi cuaca yang sama dihari yang berbeda. Dengan sistem tracking posisi matahari mampu meningkatkan daya yang dihasilkan panel surya sebesar 6 Watt. Pada kondisi standby alat ini memerlukan daya sebesar 1 Watt dan pada kondisi motor bekerja memerlukan daya sebesar 2,3 Watt.
Kata kunci: panel surya, tracking posisi matahari, sensor LDR, kendali PID, motor DC, monitoring, android, aplikasi blynk.
I. PENDAHULUAN
Energi listrik merupakan kebutuhan dasar manusia yang terus mengalami peningkatan sejalan dengan tingkat kehidupan. Kebutuhan energi listrik yang semakin besar menuntut untuk mencari energi alternatif agar kebutuhan energi listrik yang besar dapat terpenuhi. Salah satu energi alternatif yang berpotensi untuk dikembangkan adalah energi surya. Pemanfaatkan energi surya saat ini menggunakan panel surya yang dapat mengkonversikan energi surya menjadi energi listrik.
Perkembangan teknologi energi surya yang terjangkau, tidak habis, dan bersih akan memberikan keuntungan jangka panjang yang besar. Indonesia yang merupakan negara tropis memiliki potensi surya yang sangat besar karena wilayahnya terbentang melintasi garis khatulistiwa, dengan besar radiasi Penyinaran 4,80 kWh/m2/hari. Pengembangan pemanfaatan energi surya s.d tahun 2013 berkapasitas sebesar 67 MW (ESDM, 2016). Namun hingga saat ini biaya pembangkitan PLTS masih lebih mahal dibandingkan dengan biaya pembangkitan pembangkit listrik tenaga konvensional.
Hal ini dikarenakan sebagian besar panel surya (modul fotovoltaik) masih diimpor dari luar negeri.
Salah satu upaya untuk meningkatkan efisiensi panel sel surya yaitu dengan menambahkan pelacak posisi matahari. Sistem kendali pelacak (tracking) posisi matahari agar panel surya selalu dalam posisi menghadap ke arah posisi matahari, sehingga energi listrik yang dihasilkan oleh panel sel surya menjadi lebih optimal.
Dengan demikian penggunaan jumlah piranti panel surya dapat dihemat.
Beberapa penelitian terkait telah dilakukan sebelumnya (Imadul Haq, 2014) menggunakan metode
kendali logika fuzzy untuk pengoptimalan daya keluaran panel surya, (Ozerdem dan Shahin, 2014) menggunakan Arduino dan dengan bantuan Simulink MATLAB untuk membangun sebuah sistem pelacak matahari, (Adhim, 2016) membangun sebuah sistem Auto Tunning PID penjejak matahari dua sumbu dalam bentuk simulasi.
Pada artikel ini dirancang sebuah sistem tracking posisi sistem kendali Proportional Integral Derivative (PID). Dengan pengendali berbasis PID, sistem tracking posisi matahari ini diharapkan mampu menempatkan permukaan panel surya selalu dalam posisi tegak lurus terhadap posisi matahari. Sehingga dapat meningkatkan daya yang dihasilkan panel surya. Dalam penelitian ini, akan dirakit sebuah panel surya yang memiliki berat total sekitar 1 kg. Dengan berat panel surya yang ringan maka daya motor pengeraknya juga semakin kecil. Guna mengetahui kinerja panel surya, Penelitian ini juga memantau nilai arus dan tegangan keluaran panel surya yang dapat diakses secara online melalui aplikasi Blynk.
II. TINJAUAN PUSTAKA
Adapun beberapa jurnal/makalah sejenis yang telah ada sebelumnya yang menjadi bahan penyusunan penelitian tugas akhir ini adalah :
Ozerdem dan Shahin (2014) dengan penelitian yang berjudul “A PV Solar Traking System Controller By Arduino/Matlab/Simulink” yang bertujuan meningkatkan daya keluaran panel surya sehiingga dengan harapan meningkatkan populeritas penggunaan panel surya yang dinilai merupakan sumber energi terbarukan yang dapat menurunkan pemanasan global. Pada penelitian ini menggunakan bantuan simulasi MATLAB dan Arduino sebagai kontrollernya. Namun sistem tracking yang
dirancang masih belum disertai dengan sistem monitoring terhadap kinerja panel surya.
Cokorde Gede Indra Partha dkk dengan penelitian yang berjudul “Sistem On Grid Pembangkit Listrik Tenaga Matahari Menggunakan Maximum Power Point Tracking” yang bertujuan mendapatkan daya keluaran yang maksimum dengan sistem On Grid yang dimana keluaran panel terhubung langsung dengan jaringan listrik PLN, sehingga tidak membutuhkan baterai untuk penyimpanan listrik.
Sigit Nurharsanto dan Adhy Prayitno (2017) dengan penelitian yang berjudul “ Sun Tracking otomatis untuk Pembangkit Listrik Tenaga Surya(PLTS)” yang bertujuan meningkatkan unjuk kerja panel dan meningkatkan daya listrik dengan keluaran rata-rata. Pada penelitian ini, alat tracking yang dirancang mempunya dua derajat kebebasan (2 axis). Penelitian ini tidak memonitoring data keluaran Panel Surya sehingga tidak ada perbandingan antara Panel surya dengan sun tracking dan tanpa sun tracking.
Alfin Imadul Haq dkk (2014) dengan penelitian yang berjudul “Sistem Tracking Panel Surya Untuk Pengoptimalan Daya Menggunakan Metode Kendali Logika Fuzzy” dengan tujuan dapat mengatur posisi dari panel surya sedemikian rupa sehingga diharapkan akan posisi panel surya selalu tegak lurus atau dalam kondisi optimal. Pada penelitian ini melakukan perbandingan data antara Panel Surya dengan sistem Tracking dengan panel surya tanpa sistem tracking. Namun data hasil monitoring hanya dapat diakses secara offline.
Handi Suryawinata dkk (2017) dengan penelitian yang berjudul “Sistem Monitoring pada Panel Surya Menggunakan Data logger Berbasis ATmega 328 dan Real Time Clock DS1307” yang bertujuan mencatat data arus tegangan serta kelembaban panel surya setiap 15 menit yang kemudian disimpan dalam Micro SD.
Penelitian ini memonitoring data panel hingga kelembaban Panel Surya. Namun penelitian hanya melakukan monitoring data panel surya tanpa melakukan upaya meningkat daya yang dihasilkan panel surya.
Abdul Adhim (2016) dengan penelitian yang berjudul “PID Auto Tunning Menggunakan PSO Pada Sistem Fotovoltaik Penjejak Matahari Dua-Sumbu” yang bertujuan meeningkatkan efisiensi panel surya sehingga keluarannya menjadi maksimum. Pada penelitian ini telah menggunakan PID Auti Tunning yang dapat menentukan nilai PID secara otomatis, Namun penelitian ini masih dilakukan bentuk simulasi.
III. METODOLOGI PENELITIAN A. Perancangan Sistem
Sistem ini menggunakan kendali closed loop, karena output (y) mempengaruhi input (u) untuk kendalian. Diagram blok rancang bangun penelitian ini disajikan pada Gambar 3.1.
Mikrokontroler ARM STM32F1
Sensor (cahaya)
Plant Driver Motor + -
r u y
e
Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem
Pada sistem monitoring, ARM STM32F1 tetap difungsikan sebagai mikrokontroler. ARM STM32F1 difungsikan membaca nilai sensor arus dan tegangan dan dikirim secara serial ke NodeMCU dan Modul MicroSD.
Dari NodeMCU mengirimkan data ke server blynk dan pengguna dapat mengakses data tersebut dari aplikasi blynk. Diagram blok monitoring data disajikan pada Gambar 3.2
Sensor tegangan
ARM STM 32 F1 Sensor arus
NodeMCU
Aplikasi blynk(user by
android)
Modul MicroSD
Gambar 3.2 Diagram Blok Monitoring Data B. Perancangan Panel Surya
Bahan yang digunakan sebagai dasar penempatan sel surya yaitu depron dan disekeliling dibingkai dengan aluminium. Berat total dari panel surya yang dirancang adalah 1,5 kg dengan ukuran 0,85 m x 0,85 m. Gambar 3.3 menyajikan susunan pemasangan sel surya.
0,8 m
0,8 m
Gambar 3.3 Susunan Sel Surya yang dibangun C. Perancangan Tata Letak Sensor LDR
Sensor LDR yang digunakan sebanyak 4 buah yang terbagi atas 2 bagian, yaitu sisi atas dan sisi bawah.
Diantara sisi atas dan sisi bawah terdapat penghalang dengan tinggi 10 cm. Sensor yang dirancang berukuran
15cm x 10 cm. Rancangan tata letak Sensor LDR disajikan pada Gambar 3.4
LDR 1 LDR 2
LDR 3 LDR 4
Penghalang
Permukaan sensor
Gambar 3.4 Rancangan Tata Letak Sensor LDR D. Perancangan Mekanik Tracking Posisi
Matahari
Kerangka tracking posisi matahari menggunakan bahan aluminium. Berat total dari kerangka adalah 2 Kg dengan ukuran 1 m x 0.65 m x 0.55 m. Gambar 3.5 menyajikan kerangka tracking posisi matahari.
Gambar 3.5 Rancangan Mekanik Tracking Posisi Matahari.
E. Antarmuka Komponen Dengan ARM STM32F1
Komponen yang digunakan terdiri dari Sensor Arus, Sensor LDR, Sensor Tegangan, NodeMCU, Driver Motor L298, dan Modul MicroSD. Antarmuka komponen yang digunakan dengan ARM STM32F1 disajikan pada Gambar 3.6
Gambar 3.6 Antarmuka Komponen dengan ARM STM32F1
F. Perancangan Program Tracking Posisi Matahari
Berikut ini adalah diagram alir program yang menjelaskan proses kerja keseluruhan dari tracking posisi matahari yang dapat dilihat pada Gambar 3.7.
Mulai
Baca sensor arus dan
sensor tegangan
Tampilkan Pada Layar Oled, Simpan
dalam Micro SD, dan kirim serial ke Module WIFI
Baca sensor LDR1, LDR2, LDR3, dan
LDR4
Internet(Blynk)
Atas = (LDR2+LDR3)/2 Bawah = (LDR1+LDR4)/2
Error = Bawah-Atas
Gain PID = Kp*error+Ki*error*dt+kd*det/dt
Pwm motor = gain PID Apakah Atas > 1 lux
Apakah Atas > 10 klux
Tidak
Ya
Tidak
Ya
Set Posisi awal motor dc
Gambar 3.7 Diagram Alir Dari Alat yang Diimpementasikan
G. Perancangan Software Bynk
Penggunaan aplikasi blynk dalam penelitian ini berfungsi sebagai media untuk menampilkan hasil monitoring terhadap arus dan tegangan pada panel surya.
Perancangan tampilan blynk dengan menambahkan satu buah SuperChart untuk menampilkan daya yang dihasilkan panel surya. Selanjutnya menambahkan dua buah Value Display untuk menampilkan data arus dan tegangan panel surya. Desain tampilan blynk disajikan pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Desain Tampilan Blynk
IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS A. Umum
Proses pengujian dan analisis data merupakan suatu prosedur yang dilakukan untuk mengetahui apakah hasil perancangan dapat mencapai tujuan dari penelitian ini. Pengujian dimulai dari pengujian terhadap komponen- komponen yang digunakan hingga pengujian secara keseluruhan. Pengujian dilakukan di tempat tinggal peneliti yang beralamat di Jalan Sungai Raya Dalam, Kompleks Pondok Indah Permai No 50, Kota Pontianak, Kalimantan Barat. Tracker posisi matahari yang dirancang ditampilkan pada gambar 4.1
Gambar 4.1 Tracker Posisi Matahari B. Pengujian Kendali PID
Hasil pengujian kendali PID yang dilakukan dengan metode trial and error ditampilkan pada Gambar 4.2
Gambar 4.2 Hasil Trial and Error PID C. Pengujian Sistem Keseluruhan
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui keberhasilan sistem kerja alat dalam menjejak posisi matahari dan memantau kinerja panel surya. Pengujian keseluruhan dilakukan selama 2 hari. Pada hari pertama dilakukan pengujian tanpa disertai tracking posisi matahari. pengujian hari pertama dilaksanakan pada tanggal 19 juli 2019 pukul 08.00 WIB - 15.35 WIB. Pada hari Kedua, pengujian disertai tracking posisi matahari.
Pengujian hari kedua dilaksanakan pada tanggal 22 Juli 2019 pukul 08.00 WIB-15.35 WIB. Hasil Pengujian monitoring yang dilakukan melalui aplikasi Blynk ditampilkan pada Gambar 4.3
Gambar 4.3 Hasil Monitoring dengan Aplikasi Blynk Hasil pengujian pada hari pertama ditampilkan pada Gambar 4.4
Gambar 4.4 Grafik Daya yang dihasilkan Panel Surya Tanpa Tracking Posisi Matahari 0
20 40 60 80 100
08:00:00 08:27:00 08:54:00 09:21:00 09:48:00 10:15:00 10:42:00 11:09:00 11:36:00 12:03:00 12:30:00 12:57:00 13:24:00 13:51:00 14:18:00 14:45:00 15:12:00
DAYA (WATT)
WAKTU rata-rata
Rata-rata daya yang dihasilkan panel surya selama pengujian sebesar 27,15 Watt. Hasil Pengujian pada hari kedua ditampilkan pada Gambar 4.5
Gambar 4.5 Grafik Daya yang dihasilkan Panel Surya Tracking Posisi Matahari
Rata-rata daya yang dihasilkan panel surya pada pengujian hari kedua sebesar 33,15 Watt. Terjadi peningkatan sebesar 6 watt dari pengujian pada hari pertama.
V. PENUTUP A. Kesimpulan
Dari hasil pengujian keseluruhan sistem kendali PID tracking posisi matahari dan monitoring kinerja panel surya maka dapat diberikan beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Nilai konstanta PID mempengaruhi kestabilan pergerakkan tracker posisi matahari. Pada tracker posisi matahari ini berjalan dengan stabil dengan nilai Kp = 8, Ki =3,6 , dan Kd = 0,8.
2. Panel surya tanpa dilengkapi tracking posisi matahari menghasilkan daya rata-rata dalam satu hari sebesar 27.15 Watt. Pada kondisi cuaca yang sama dihari yang berbeda, panel surya dengan sistem tracking mampu menghasilkan daya rata-rata dalam satu hari sebesar 33.15 Watt.
3. Dengan sistem tracking posisi matahari dapat meningkatkan daya rata-rata yang dihasilkan panel surya sepanjang hari. Peningkatannya sebesar 22,09%
dibandingkan panel surya tanpa tracking posisi matahari.
4. Monitoring berbasis android dengan aplikasi blynk mempermudah dalam memantau kinerja panel surya, karena data hasil monitoring dapat dipantau dari jarak jauh.
B. Saran
Adapun saran yang dapat diberikan untuk pengembangan sistem kendali PID tracking posisi matahari dan monitoring kinerja panel surya adalah sebagai berikut ini:
1. Penggerak tracking posisi matahari dengan menggunakan linear actuator akan lebih baik karena dapat menunjang panel yang lebih berat.
2. Tracking posisi matahari yang rancang dalam pengembangannya dapat dibuat untuk mengarahkan sinar matahari pada pembangkit listrik panas matahari.
3. Untuk meningkatkan daya yang dihasilkan panel surya, akan lebih maksimal juga menambahkan rangkain pengecash berbasis Maximum Power Point Tracking (MPPT).
REFERENSI
ESDM. 2016. Program Strategis EBTKE dan Ketenagalistrikan. Jurnal Energi edisi 02 hal 17- 20.
O.C. Ozerdem, A. Shahin. 2014. A PV Solar Traking System Controller By Arduino/Matlab/Simulink.
International Journal on “ Technical and Physical Problems of Engineering” (IJTPE), iss.21.vol.6.No.4.
Reshmi Banerjee. 2015. Solar Tracking System.
International Journal of Scientific and Research Publications, Volume 5, Issue 3, March 2015 ISSN 2250-3153
Sigit Nurharsanto. 2017. Sun Tracking otomatis untuk Pembangkit Listrik Tenaga Surya(PLTS). Jurn FTEKNIK Volume 4 No. 2.
Alfin Imadul Haq. 2014. Sistem Tracking Panel Surya Untuk Pengoptimalan Daya Menggunakan Metode Kendali Logika Fuzzy. SINERGI Vol. 18 No. 3.
Abdul Adhim. 2016. PID Auto Tunning Menggunakan PSO Pada Sistem Fotovoltaik Penjejak Matahari Dua-Sumbu. Tesis TF 142310.
Handi Suryawinata. 2017. Sistem Monitoring pada Panel Surya Menggunakan Data logger Berbasis ATmega 328 dan Real Time Clock DS1307.
Jurnal teknik elektro Vol. 9 No. 1.
Radita Arindya. 2015. Penalaan Kendali PID Untuk Pengendali Proses. Seminar Nasional Cendikiawan 2015 ISSN: 2460-8696.
Oyebode. 2017. Dual Axis Tracker Method Using Internal Model Control Based PID Controler.
Proceedings of 90th IASTEM International Conference, Boston, USA, 14th-15th.
Kumar dan Sharman. 2016 Improve Performance of PV system by PID Controller. Nishant Kumar et al.
International Journal of Science, Engineering and Technology, 2016, Volume 4 Issue 1 ISSN (Online): 2348-4098 , ISSN (Print): 2395-4752.
Garcia dan Agudelo. 2015. Performance of a Solar PV Tracking System on Tropic Regions. WIT Transactions on Ecology and The Environment, Vol 195,© 2015 WIT Press, www.witpress.com, ISSN 1743-3541 (on-line) WIT Transactions on Ecology and The Environment, Vol 195,© 2015 WIT Press doi:10.2495/ESUS150171
0 20 40 60 80 100
08:… 08:… 08:… 09:… 09:… 10:… 10:… 11:… 11:… 12:… 12:… 13:… 13:… 14:… 14:… 15:…
DAYA (WATT)
Waktu rata-rata
Anwar. 2016. Analisis Desain Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Kapasitas 50 WP. TEKNIK, p- ISSN 0852-1697, e-ISSN: 2460-9919.
Andi Julisman. 2017. Prototipe Pemanfaatan Panel Surya Sebagai Sumber Energi pada Sistem Otomasasi Atap Stadium Bola. Jurnal Online Teknik Elektro e-ISSN: 2252-7036 Vol.2 No.1 2017: 35-42 Ahmad dan Sharief. 2017. Design and Performance of
Solar Tracking Photo-Voltaic System using Microcontroller. National Conference on Emerging Trends on Engineering & Technology (ETET-2017).
Oladayo and Titus. 2016. Development of Solar Tracking System Using Imc-Pid Controller. American Journal of Engineering Research (AJER) e-ISSN:
2320-0847 p-ISSN : 2320-0936 Volume-5, Issue-5, pp-00.
Datasheet STM 32 F1. Datasheet-ST microelectronics.
http://www.st.com
Blynk. 2019. Blynk_Seed. www.blynk.cc
Datasheet solar cell monocrytaline 125 mm x 125 mm.pdf Datasheet NodeMCU_V3.pdf
Datasheet Sensor ACS712.pdf
Fina, Eka. 2017. Rancang Bangun IoT Temperature Controller untuk Enclosure BTS Berbasis Microcontroller Wemos dan Android
K. Ogata. 2010. Modern Control. Engineering. fifth edition. New York: PrenticeHall,Inc.
Malvino Barmawi. 1991. Prinsip-prinsip elektronika Edisi ketiga jilid 2. Jakarta: Penerbit Erlangga.
M. S Fadali dan A. Visoli. 2013. Digital Control Engineering Analysis and Design. Second Edition.
BIOGRAFI
Eko Jatmiko, lahir di Selakau, Kecamatan selakau, Kabupaten Sambas, Kalimantan Barat, Indonesia, 06 November 1997.
Menempuh pendidikan dasar di SD Negeri 24 Sei Rusa lulus tahun 2009 dan melanjutkan ke SMP Filadelfia Pemangkat lulus tahun 2012, kemudian melanjutkan ke SMK Mudita Singkawang lulus tahun 2015. Memperoleh gelar Sarjana dari Program Studi Teknik Elektro Universitas Tanjungpura Pontianak pada tahun 2019.
ABSTRACT
Solar panels are devices that convert sunlight into electrical energy. The efficiency of solar panels is currently low and changes in the position of the sun throughout the day make solar panels less optimal in absorbing sunlight. In this final project a solar position tracking device is designed using a Light Dependent Resistor (LDR) sensor. This tool control system uses Proportional Integral Derivative (PID) control. Activator tracking the position of the sun using a 12 Volt DC motor with torque of 12kg / cm. The solar panel used is a solar panel that is assembled from 36 solar cells. The total weight of the solar panel is ± 1,5 kg. To find out the performance of solar panels, tracking the position of the sun is equipped with a solar panel performance monitoring system that can be accessed via the blynk application on an android smartphone. There are three parameters of solar panel performance that are monitored namely current, voltage and power.
From the results of the study, it was found that the PID control system managed to track the position of the sun with a movement time of ± 5 seconds (from the left side to the right side). From the test data conducted from 08: 00-15.30, solar panels with solar position tracking systems produce an average power of 33.2 Watt in cloudy weather conditions. Solar panels without tracking the position of the sun produce an average power of 27.2 Watt in the same weather conditions on different days. With the tracking system the position of the sun can increase the power generated by solar panels by 6 Watt. In standby condition, this tool requires power of 1 Watt and in the working motor condition requires power of 2.3 Watt.
Keywords: solar panel, solar position tracking, LDR sensor, PID control, DC motor, monitoring, android, blynk application.
Keywords: Bolic Wok Antenna, Horn, Signal GSM, QoS, LOS, NLOS
HALAMAN PERSETUJUAN
SISTEM KENDALI PID TRACKING POSISI MATAHARI DAN MONITORING KINERJA PANEL BERBASIS ANDROID
EKO JATMIKO D1021151015
Pontianak, 31 Juli 2019
Menyetujui,
Pembimbing I
Elang Derdian Marindani, S.T, M.T.
NIP 197203011998021001
Pembimbing II
Dr. Ing. Seno Darmawan Panjaitan,ST,MT.
NIP197507162000121001
