Judul tugas akhir ini adalah “PERANCANGAN PLTS WING SYSTEM REAL TIME BERBASIS MIKROKONTROLER ATMega32”. MS. Rimbawati, S.T, M.T, selaku Pembimbing I yang selalu sabar dalam membimbing, mendukung dan memotivasi penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
Latar Belakang
Mengaktifkan panel surya untuk mengikuti arah pergerakan matahari kurang efektif jika dilakukan secara manual. Oleh karena itu perlu dibuat suatu sistem pelacakan yang dapat mengatur pergerakan panel surya untuk mengikuti arah matahari berdasarkan perhitungan secara real-time.
Rumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Berdasarkan analisis di atas, peneliti akan melakukan penelitian untuk merancang Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) yang dapat mengikuti arah pergerakan matahari menggunakan sistem real-time berbasis mikrokontroler Atmega32 sehingga dapat memperoleh keluaran daya yang maksimal. Manfaat dari penelitian ini adalah untuk memaksimalkan penyerapan intensitas radiasi matahari oleh panel surya, maka dirancanglah Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) menggunakan sistem real time berbasis mikrokontroler Atmega32 sehingga posisi panel surya dapat bergerak sesuai arah matahari, diharapkan dapat menghasilkan keluaran listrik yang optimal.
Batasan Masalah
Sistematika Penulisan
TINJAUAN PUSTAKA
Tinjauan Pustaka Relevan
Pada penelitian selanjutnya dilakukan studi panel surya dengan sistem penjejak energi surya otomatis berbasis mikrokontroler. Pada penelitian selanjutnya dilakukan penelitian terhadap solar panel 50 WP dengan sistem Maximum Power Point Tracking (MPPT).
Energi Matahari
Radiasi Matahari
Jumlah radiasi dari dua komponen insiden radiasi pada permukaan horizontal dikenal sebagai radiasi global. Singkatnya, baik untuk daerah tropis maupun subtropis, radiasi harian ekstraterestrial tidak banyak berbeda sepanjang tahun. Namun, fenomena cuaca musiman (kemarau, hujan, badai pasir, dll.) dapat menyebabkan perubahan musiman yang ekstrim pada radiasi global.
Perubahan irradiansi di daerah ini umumnya tergantung pada panjang hari dan sudut datangnya radiasi matahari.
Potensi Energi Surya di Indonesia
Sampai saat ini penggunaan energi surya di Indonesia ditujukan untuk penyediaan listrik di pedesaan atau daerah yang sulit dijangkau oleh PLN. Energi pancaran matahari diubah menjadi energi listrik dengan menggunakan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) atau dikenal juga dengan teknologi fotovoltaik yang terbuat dari bahan semikonduktor yang disebut sel surya. Sistem PV Terpusat adalah PLTS yang menyediakan listrik secara terpusat ke berbagai lokasi/beban yang berbeda baik on-grid maupun off-grid.
Sistem stand-alone hanya menyediakan listrik khusus untuk kebutuhan beban yang tersebar di setiap lokasi dan dimatikan.
Sejarah Solar Cell
Pada tahun 1923, Albert Einstein juga akhirnya memenangkan Hadiah Nobel untuk teorinya yang menjelaskan tentang efek fotolistrik, yang telah diterbitkan 18 tahun sebelumnya. Hingga tahun 1980-an, efisiensi hasil penelitian sel surya masih sangat rendah sehingga belum dapat dimanfaatkan sebagai sumber listrik. Pada tahun 1985, University of South Wales Australia memecahkan rekor efisiensi energi matahari, mencapai 20% di bawah sinar matahari tunggal.
Perkembangan penelitian sel surya telah memacu komersialisasi dan produksi sel surya untuk digunakan sebagai sumber listrik.
Karakteristik Solar Cell
Ketergantungan Voc pada radiasi bersifat logaritmik dan kemungkinan penurunan tercepat dengan kenaikan suhu melebihi laju kenaikan Isc. Oleh karena itu, daya maksimum sel surya dan efisiensi sel surya menurun dengan meningkatnya suhu. Efisiensi sel surya (ɳ) adalah perbandingan antara daya listrik maksimum sel surya dengan daya radiasi (radiasi) pada bidang sel.
Sel surya kristal yang dijual hari ini dapat mencapai efisiensi serendah 20%, tetapi efisiensi 25% dapat dicapai di laboratorium.
Prinsip Kerja Solar Cell
- Jenis-Jenis Solar Panel atau Panel Surya
Panel surya silikon monocrystalline (mono-silikon atau silikon tunggal) Merupakan panel surya paling efisien, menghasilkan daya listrik per satuan luas tertinggi. Panel surya silikon polikristalin (multikristalin, multisilikon, pita) Panel surya polikristalin digunakan dalam pengujian ini. Panel surya silikon polikristalin (multicrystalline, multi-silikon, pita) (http://sanfordlegenda.blogspot.com/2013/10/Solar-cells-Jenis-tipe-sel-surya.html).
Jenis polikristalin membutuhkan luas permukaan yang lebih besar daripada jenis monokristalin untuk menghasilkan daya listrik yang sama, namun dapat menghasilkan listrik pada hari mendung. Ini adalah panel surya (dua lapisan) dengan silikon mikrokristalin dan struktur film tipis amorf dengan efisiensi modul hingga 8,5%. Panel surya terdiri dari silikon, silikon mengubah intensitas sinar matahari menjadi energi listrik, saat intensitas cahaya berkurang.
Sel silikon dalam sel surya yang terkena sinar matahari menyebabkan foton bergerak menuju elektron, menghasilkan arus dan tegangan listrik. Jadi panel surya 12 volt terdiri dari kurang lebih 36 sel surya (untuk menghasilkan tegangan maksimal 17 volt).
Mikrokontroler
- Mikrokontroler ATMega32
- Arsitektur Mikrokontroler AVR ATMega32
Perancangan sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar sistem merupakan perangkat lunak yang dapat diubah dengan mudah. Agar mikrokontroler dapat berfungsi, mikrokontroler membutuhkan komponen eksternal yang kemudian disebut sistem minimum. Untuk membuat sistem minimum setidaknya diperlukan sistem clock dan reset, meskipun beberapa mikrokontroler sudah menyediakan sistem jam internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler dapat bekerja.
Yang dimaksud dengan sistem minimal adalah rangkaian mikrokontroler yang sudah dapat digunakan untuk menjalankan suatu aplikasi. Meskipun memiliki kemampuan yang lebih kecil, mikrokontroler memiliki kelebihan yang tidak dapat dicapai pada sistem komputer yaitu dengan body yang kecil dan kompak, yang membuat mikrokontroler lebih fleksibel dan praktis untuk digunakan, terutama pada sistem yang tidak terlalu kompleks atau tidak membutuhkan bahan komputasi yang besar. AVR adalah mikrokontroler dengan arsitektur Harvard dimana kode program berada di memori permanen atau semi permanen (non-volatile).
ATMega16 memiliki fitur yang cukup lengkap, mulai dari kapasitas memori program dan memori data yang cukup besar, timer/interrupt counter, PWM, USART, TWI, komparator analog, internal EEPROM dan juga internal ADC, semuanya ada di ATMega32 [20].
Solar Charge Controller
Dalam kondisi voltase tertentu (biasanya sekitar 10% dari voltase yang tersisa di baterai), arus muatan terputus oleh pengontrol. Dalam keadaan ini, jika daya listrik baterai terganggu oleh pengontrol, beban tidak dapat beroperasi [21].
Inverter
Baterai
Di sini terjadi proses pengubahan energi kimia menjadi energi listrik, dan sebaliknya energi listrik menjadi energi kimia dengan meregenerasi elektroda bekas, yaitu dengan mengalirkan arus listrik dengan arah berlawanan melalui sel-sel pada akumulator. Selama pengisian, energi listrik dari luar diubah menjadi energi listrik di akumulator dan disimpan di dalamnya. Sedangkan ketika energi dalam akumulator habis, kembali menjadi listrik yang digunakan untuk menyalakan perangkat listrik.
Actuator
Pembuatan rangka pemasangan panel surya dan komponen PLTS (Pembangkit Listrik Tenaga Surya). Berdasarkan pengujian yang dilakukan pada penelitian ini diperoleh data tegangan, arus dan daya yang dihasilkan panel surya. Gambar 4.1 menunjukkan tegangan tidak stabil yang dihasilkan oleh panel surya seperti yang ditunjukkan oleh kurva pada Gambar 4.1.
Hasil yang diperoleh pada Tabel 4.2 menunjukkan perbedaan daya yang dihasilkan panel surya pada setiap pengujian yang dilakukan pada penelitian ini. Tabel 4.3 menunjukkan perbedaan daya yang dihasilkan panel surya sebagai fungsi dari arus dan tegangan yang dihasilkan oleh panel surya. Pout: Daya keluaran panel surya (W) Voc: Tegangan rangkaian terbuka (V) Isc: Arus hubung singkat (A) FF: Faktor pengisian.
Berdasarkan Gambar 4.4 dapat dilihat perubahan nilai efisiensi yang diperoleh pada panel surya untuk setiap pengujian yang telah dilakukan. Penggunaan sistem real time pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) berbasis mikrokontroler ATMega32 mendapatkan hasil nilai tegangan, arus dan daya yang didapatkan pada panel surya. Hasil pengukuran yang didapatkan pada penelitian ini bergantung pada keadaan intensitas matahari dan posisi sudut panel surya yang terpapar matahari.
METEDOLOGI PENELITIAN
Lokasi Penelitian
Alat dan Bahan Penelitian
Perancangan Sistem
- Perancangan Sistem PLTS
- Perancangan Sistem Mikrocontroller
Diagram Alir
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Penelitian
- Pengukuran Tegangan Panel Surya
- Pengukuran Arus Panel Surya
Pengujian dilakukan sebanyak lima kali pada sudut yang berbeda posisi panel surya pada waktu yang berbeda. Hasil pengukuran tegangan yang diperoleh dari penelitian ini seperti pada Tabel 4.1. Pengamatan pada Tabel 4.1 menunjukkan bahwa tegangan berubah setiap kali pengujian tegangan tertinggi mencapai 42 volt pada pukul 12:00 WIB, sedangkan tegangan terendah pada pukul 10:00 WIB dengan nilai rata-rata dari lima kali pengujian sebesar 30,8 Volt.
Berdasarkan data pengujian pada tabel 4.1 diperoleh grafik hubungan antara tegangan dan waktu seperti pada gambar 4.1. Setiap pengujian dilakukan pada waktu dan posisi sudut panel surya yang berbeda. Dari penelitian yang dilakukan diperoleh data hasil pengukuran arus pada panel surya seperti terlihat pada Tabel 4.2. Berdasarkan pengamatan pada tabel 4.2, diperoleh koneksi grafis antara arus dan waktu seperti pada gambar 4.2.
Hal ini disebabkan intensitas radiasi matahari yang menyinari panel surya dan juga posisi sudut panel surya. Dari data yang diperoleh terlihat pada Tabel 4.3, nilai daya rata-rata tertinggi yang dihasilkan. Berdasarkan data pengamatan yang diperoleh pada Tabel 4.3, diperoleh grafik hubungan antara daya dan waktu seperti pada Gambar 4.3.
Efesiensi Panel Surya
Berdasarkan uraian di atas, dapat diperoleh data pengamatan nilai efisiensi pada penelitian ini seperti pada Tabel 4.4. Tegangan tertinggi yang dicapai dalam pengujian adalah 42 volt pada pukul 12:00 WIB dengan posisi panel surya 90˚, sedangkan tegangan terendah yang dicapai dalam pengujian adalah 24 volt pada pukul 10:00 WIB dengan posisi panel surya pada 67˚. Daya maksimum yang dicapai adalah 56 watt, dan daya minimum yang dicapai adalah 7 watt.
Nilai solar efficiency yang diperoleh pada penelitian ini memiliki nilai tertinggi sebesar 115,41%, sedangkan nilai terendah sebesar 72,17%. Matalata, "Perancangan Panel Surya Menggunakan Transistor (2N3055 & MJ2955) Dengan Efek Pantulan Sinar Matahari Untuk Mengoptimalkan Energi Listrik Yang Dihasilkan," vol. Putri1, “Desain dan Optimalisasi Panel Surya Terlacak dengan Fuzzy Logic FIS Tsukamoto Suci,” vol.
Taryana, “Desain dan Implementasi Sun Tracking System Untuk Meningkatkan Efisiensi Panel Surya Menggunakan Arduino Uno,” vol. Natasari, "Pelacak Titik Daya Maksimum (MPPT) Berdasarkan Metode Perturbasi dan Pengamatan dengan Sistem Pelacakan Panel Surya Sumbu Tunggal," no. Syafriandi dan Wildian, “Perancangan sun tracker berbasis mikrokontroler ATmega8535 dengan sensor LDR dan layar LCD,” vol.
PENUTUP
Kesimpulan
Saran
Winardi, "Analisis Pengaruh Perubahan Temperatur dan Irradiansi terhadap Tegangan, Arus dan Daya Keluaran PLTS Induk 380 V," ISSN, vol. Yuwono, “Optimalisasi Panel Sel Surya Menggunakan Sistem Tracking Berbasis Mikrokontroler AT89C51”, Universitas Sebelas Maret Surakarta, 2005.
