Perancangan dan Pembuatan Prototype Sist

Perancangan dan Pembuatan Prototype Sistem Tracker

Sel Surya untuk Mengikuti Arah Gerak Matahari Berbasis Mikrokontroler Atmega16

Kelompok:

1. Mutmainnah (33111401005) 2. Rizal Zakaria (331114010) 3. Syaifuddin Noor(33111401029)

JURUSAN TEKNIK LISTRIK INDUSTRI PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK INDUSTRI

POLITEKNIK NEGERI MADURA SURABAYA

Perancangan dan Pembuatan Prototype Sistem Tracker

Sel Surya untuk Mengikuti Arah Gerak Matahari Berbasis Mikrokontroler Atmega16

Abstrak

Telah dilakukan perancangan dan implementasi sebuah sistem tracker untuk menggerakkan / mengubah posisi permukaan sel surya agar selalu pada posisi tegak lurus terhadap matahari. Daya terbesar sel surya berada pada posisi tegak lurus terhadap matahari. Posisi matahari yang berubah mengakibatkan daya yang

dikeluarkan sel surya juga akan selalu berubah. Prinsip kerja dari sistem tracker ini adalah dengan mendeteksi posisi matahari menggunakan sensor cahaya LDR (Light Dependent Resistor). Informasi posisi matahari dari sensor ini diolah dalam mikrokontroler atmega16, kemudian sel surya digerakkan menggunakan motor servo agar permukaan sel surya tegak lurus terhadap sinar datang matahari. Berdasarkan data dan analisisnya maka dapat diketahui hasil penting: pertama, sistem tracker sel surya ini dapat bekerja dengan baik mengikuti arah gerak matahari setiap saat.

Kata-kata kunci: Tracker, sel surya, atmega16 KATA PENGANTAR

Mikrokontroler Atmega16”. Tidak lupa sholawat dan salam selalu tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW yang telah membimbing kita dari jalan yang gelap menuju terang – benderang.

Penulis juga menyampaikan terimakasih kepada Bapak Shohibul Hajah selaku dosen Teknik Kontrol Industri yang telah membimbing dan memberi kesempatan penulis untuk membuat makalah ini. Tidak lupa terimakasih penulis sampaikan kepada rekan-rekan Teknik Listrik Industri semester 4 atas dukungan yang diberikan selama ini.

BAB I ketersediaan energi fosil sangat terbatas. Sehingga dibutuhkan sumber energi lain (energi alternatif) yang dapat memenuhi kebutuhan energi [1] [2]. Dalam perkembangannya energi alternatif dapat “dipanen” dan dihasilkan dengan mengambil dari sumber energi yang bisa terbarukan (energy harvesting). Pengambilan energi dari alam telah banyak dikembangkan seperti energi angin, energi air, bahkan energi matahari. Energi matahari yang masuk ke atmosfir bumi setiap hari sangatlah besar, sehingga dibutuhkan sebuah devais untuk “memanen” energi matahari yang lebih efektif dan efisien [1] [3]. Matahari merupakan sumber energi terbarukan sangat besar yang ada di permukaan bumi. Matahari memancarkan energi sebesar 62 MW/m2 menuju atmosfer bumi [4]. Indonesia merupakan negara Khatulistiwa dengan sinarmatahari hampir 12 jam per hari. Sehingga energi yang dapat diterima mencapai 4,8 KW/m2. Pemanfaatan energi matahari di Indonesia baru sebatas manfaat alamiah,sehingga sangat banyak dari energi yang masuk ke permukaan bumi kembali dipantulkan ke angkasa luar [5] [6].

Sel surya merupakan salah satu devais untuk “memanen” energi matahari terbarukan yang terus dikembangkan. Penggunaan sel surya memiliki banyak keuntungan diantaranya : tidak membutuhkan bahan bakar fosil, polusi yang kecil dan biaya perawatan yang kecil. Karakteristik energi yang

energi maksimal pada saat posisi matahari tegak lurus terhadap permukaan sel surya [7]. Posisi matahari akan selalu berubah dari timur ke barat setiap harinya, didukung dengan adanya gerak semu matahari. Perubahan posisi matahari tersebut akan mengakibatkan kecilnya energi yang dihasilkan oleh sel surya, sehingga dibutuhkan sebuah sistem yang dapat menggerakkan sel surya supaya bisa selalu tegak lurus terhadap sinar datang matahari. Sistem tracker surya merupakan suatu sistem yang bekerja mendeteksi posisi matahahari dengan menggunakan sensor cahaya dan mengontrol sel surya agar selalu tegak lurus terhadap matahari dengan mengubah arah timur-barat serta selatan-utara. Pada perkembangannya sistem tracker surya telah banyak dikembangkan oleh para peneliti, mulai dari pergerakan satu arah dari timur kebarat [1] [7] [8], sampai pergerakan memutar teradap sumbu vertikal [4] [9]. Para peneliti kemudian mencoba mengembangkan sistem tracker yang lebih ekonomis dan mudah namun tetapmemperhatikan akurasi dan efektifitas pengontrolan, sistem ini menggunakan sensor LDR, pengontrolan melalui bahasa C dan digerakkan dengan servo.

1.2 Maksud Dan Tujuan

1.3 Batasan Masalah

1. Peneliti hanya mengamati performa tracker sel surya, tidak mengamati daya yang diserap sel surya.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA A. Penelitian Sebelumnya

Sinar matahari memancarkan gelombang dengan panjang gelombang berbeda-beda dari 250 nm sampai dengan 2500 nm dari dari ultraviolet, infrared sampai cahaya tampak. Oleh karena itu sel surya memiliki absorber yang mampu menyerap sebanyak mungkin radiasi matahari dan mengubahnya menjadi energi listrik. Proses penyerapan cahaya matahari oleh sel surya dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 1. Prinsip kerja sel surya [10]

Besarnya energi matahari yang diterima oleh sel surya akan dipengaruhi oleh sudut datang (angle of incidence) sinar matahari terhadap permukaan sel surya. Energi terbesar matahari akan diserap oleh sel surya saat permukaan sel surya tegak lurus terhadap sinar matahari. Ketika sudut datang sinar matahari makin besar, energi yang diserap sel surya semakin kecil. Hal

ini sesuai dengan persamaan berikut [7].

I =Ir0cosT ...(1) r

Dimana:

Ir = Radiasi yang diserap sel surya

Ir0 = Radiasi yang mengenai permukaan sel surya

T = Sudut yang dibentuk antara permukaan sel surya dengan sinar matahari

Pembuatan sistem tracker surya dirancang supaya bisa bekerja dan memiliki karakteristik statik berdasarkan sistem elektronik dan sistem mekanik yang digunakan. Komponen utama pembentuk sistem

B. Landasan Teori

1. Pengertian panel surya/panel surya

panel surya adalah alat untuk mengkonversi tenaga matahari menjadi energi listrik.photovoltaic adalah teknologi yang berfungsi untuk mengubah atau mengkonversi radiasi matahari menjadi energi listrik secara langsung. PV biasanya dikemas dalam sebuah unit yang disebut modul. Dalam sebuah modul surya terdiri dari banyak sel surya yang bisa disusun secara seri maupun paralel. Sedangkan yang dimaksud dengan surya adalah sebuah elemen semikonduktor yang dapat mengkonversi energi surya menjadi energi listrik atas dasar efek fotovoltaik. Solarcell mulai popular akhir-akhir ini, selain mulai menipisnya cadangan enegi fosil dan isu global warming. energi yang dihasilkan juga sangat murah karena sumber energi (matahari) bisa didapatkan secara gratis. Panel surya dapat di liat pada gambar 2.1

Panel surya pada saat ini sangatlah berguna untuk memenuhi kebutuhan energi listrik sehari-hari karena panel surya adalah pembangkit listrik yang bersifat mandiri dan dapat mengurangi kebutuhan akan pasokan energi listrik dari PLN.

2. Prinsip kerja panel surya

Pada perubahan atau konversi cahaya matahari terjadi saat cahaya matahari mengenai permukaan sel surya yang disebut photoelectric. Proses

photoelectric terjadi karena bahan material yang menyusun sel surya berupa semikonduktor yang terdiri dari dua jenis semikonduktor yaitu lapisan tipe

negative (n) dan lapisan tipe positive (p) yang tereksitasi dan menimbulkan aliran listrik akibat foton yang terkandung dalam energi matahari pada permukaan sel surya.

3. Pemanfaatan Panel Surya

Gelombang yang timbul akibat medan listrik dan medan magnet disebut gelombang elektromagnet. Gelombang elektromagnet yang terlihat oleh pancaindera manusia adalah cahaya dengan panjang gelombang berkisar pada 300-700 nm (nanometer). Gelombang diatas panjang gelombang 700 nm adalah inframerah dan dibawah 300 nm adalah ultraviolet. Manusia telah banyak memanfaatkan energi yang terdapat pada gelombang elektomagnet sejak dahulu kala. Tapi pemahaman tentang gelombang ini sendiri baru dapat dianalisis oleh kita sekitar abad 10.

Isaac Newton dengan Hypothesis of Lightnya, Christian Huygens dengan teori rambat gelombang, Faraday dengan teori elektromagnetisme, James Clerk Maxwell yang berhasil memperbaiki teori rambat gelombangnya Christian

Huygens, Max Planck dengan teori kuantum, Albert Einstein dan Louis de Broglie yang menyatakan bahwa cahaya adalah bentuk partikel dan gelombang dengan teori dualitas partikel-gelombang telah memberikan kontribusi yang besar dalam memanfaatkan gelombang elektromagnet dalam kehidupan sehari-hari. Dan dengan melihat dari segi pemanfaatanna maka dapat dilihat bahwa:

Sel surya memiliki banyak aplikasi. Mereka terutama cocok untuk digunakan bila tenaga listrik dari grid tidak tersedia, seperti di wilayah terpencil, satelit pengorbit [[bumi], kalkulator genggam, pompa air, dll. Sel surya (dalam bentuk modul atau panel surya) dapat dipasang di atap gedung di mana mereka berhubungan dengan inverter ke grid listrik dalam sebuah pengaturan net metering.

4. Prinsip dasar teknologi solarcell (Photovoltaic) dari bahan silicon.

Solar cell merupakan suatu perangkat semi konduktor yang dapat menghasilkan listrik jika diberikan sejumlah energi cahaya. Proses penghasilan energi listrik terjadi jika pemutusan ikatan elektron pada atom-atom yang tersusun dalam Kristal semikonduktor ketika diberikan sejumlah energy.

BAB III

METODE PELAKSANAAN

Diagram Blok Sistem

Diagram 1. Function Block Diagram System

Berdasar diagram blok diatas dijelaskan bahwa terdapat empat (4) buah sensor LDR sebagai umpan balik, dimana sensor LDR ditempatkan sebagai berikut :

Gambar 4. Penempatan Sensor LDR

Dari penempatan sensor seperti gambar diatas, dapat diperoleh variabel-variabel untuk diproses. Servo U-S akan bergerak sesuai dengan variabel-variabel U dan S,

sedangkan servo B-T akan bergerak sesuai dengan variabel B dan T. Variabel tersebut didapatkan dengan cara :

U = sensor 1 + sensor 3 S = sensor 2 + sensor 4 B = sensor 3 + sensor 4 T = sensor 1 + sensor 2

Setelah variabel tersebut didapat, maka hasilnya akan dibandingkan oleh mikrokontroller.

Flowchart Pelaksanaan

Diagram 2 : Flowchart Pelaksanaan

Kajian Pustaka

Kajian

Pustaka _Rangkaian Rangkaian Simulasi Simulasi

Tahap Kajian Pustaka

Pada tahap kajian pustaka dilakukan kajian mengenai penentuan sensor , aktuator dan kontroller yang cocok. Pemilihan sensor berdasar pada range sudut cahaya yang dapat diterima. Pemilihan aktuator servo berdasar pada torsi dan sudut kerja serta kecepatan pulsa. Pemilihan kontroller berdasar pada ketersediaan kontroller dan jumlah I/O. Tahap Simulasi

Pada tahap simulasi dilakukan simulasi rangkaian elektrik yang meliputi rangkaian sensor, dan hubungan antara mikrokontroller kepada servo. Pada simulasi rangkaian sensor , peneliti mengamati perubahan tengangan output yang nantinya akan masuk ke Analog To Digital (ADC) mikrokontroller atmega 16. Kemudian peneliti mencoba membangkitkan pulsa PWM dari mikrokontroller yang akan digunakan untuk mengontrol servo. Simulasi dilakukan dengan software Proteus.

Tahap Perancangan Desain Mekanik

Gambar 5 : Desain Mekanik Solar Tracker di AutoCAD Tahap Pembuatan Rangakian Dan Mekanik

Pada tahap ini dilakukan pembuatan dan perangkaian elektrik dan mekanik. Bagian elektrik yang dirangkai antara lain , power supply , sensor, dan mainboard minimum system. Sedangkan bagian mekanik dirangkai sasis atas dan bawah solar tracker. Berikut skema rangkaian – rangkaian yang kami buat.

Tahap Pengujian Sensor Dan Aktuator

Pada tahap ini dilakukan pengujian derajat kebebasan servo yang telah ditentukan pada tahap desain mekanik. Servo yang digunakan adalah servo futaba S3003 sebagai servo U-S dan servo HS-645 MG sebagai servo B-T. Lalu juga dilakukan pembacaan nilai sensor LDR dengan mikrokontroller.

Tahap Pemrogaraman

BAB 1V

HASIL PRATIKUM Prinsip Kerja Alat

Berikut diagram alir / flowchart yang menjelaskan prinsip kerja solar tracker kami :

Cahaya matahari akan diterima oleh ke 4 sensor LDR, dan data dari LDR akan diolah mikrokontroller seperti flowchart diatas. Mikrokontroller akan

membandingkan variabel U dengan S. Lalu servo akan berputar ke arah variabel yang nilainya lebih kecil. Misal U > S maka mikrokontroller akan memerintahkan servo U-S untuk berputar searah jarum jam. Sebaliknya jika U<S maka

Data Hasil Dan Pengukuran

Data pembacaan sensor LDR saat dalam ruangan adalah sebagai berikut:

Sensor Hasil Pembacaan

Data pada table diatas akan berubah apabila solar tracker ditempatkan di luar ruangan. Oleh karena dibutuhkan proses kalibarsi. Proses kalibrasi dilakukan dengan tujuan untuk membuat nilai sensor seperti tabel diatas, sehingga algoritma program masih berjalan seperti semula.

Kesimpulan Dan Saran

Solar tracker dapat bergerak mengkuti arah cahaya sesuai desain yang diharapkan. Cahaya yang digunakan untuk proses pengujian adalah cahaya senter. Tetapi karena nilai LDR yang fluktuatif diperlukan range toleransi saat pemrograman. Serta masih dibutuhkan proses kalibrasi awal untuk menjaga algoritma program.

Peneliti menyarankan apabila pembaca ingin membuat solar tracker, lebih baik menggunakan algoritma pembacaan sensor yang otomatis, sehingga tidak perlu dilakukan proses kalibrasi. Dan jika menggunakan servo sebagai aktuator pilihlah servo bertorsi tinggi serta memiliki gear-box yang terbuat dari metal.

Daftar Pustaka

1. Design and Implementation of a Solar-Tracking Algorithm.Procedia enginering, 2014.

2. WANG, H. Highly efficient selective metamaterial absorber for high temperature solar thermal energy

3. HARDIANTO, H. E. Perancangan prototype penjejak cahaya Matahari pada aplikasi pembangkit listrik Tenaga surya. Jurnal Ilmiah Foristek,