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
2016
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
Puji dan syukur penulis sampaikan kepada Allah SWT atas selesainya
makalah yang berjudul “Perancangan dan Pembuatan Prototype Sistem
Tracker Sel Surya untuk Mengikuti Arah Gerak Matahari Berbasis
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.
Penulis menyadari bahawa makalah ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena
itu adanya saran dan kritik yang membangun dari rekan-rekan sangat dibutuhkan
untuk penyempurnaan makalah ini.
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar belakang
Energi alam yang menghasilkan energi sangat besar bisa dibangkitkan
dan
dijadikan untuk pemenuhan kebutuhan energi. Energi fosil merupakan
energi
utama
saat
ini
yang digunakan
oleh
manusia.
Sementara
itu,
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
1
dihasilkan sel surya sangat dipengaruhi oleh radiasi sinar matahari, temperatur,
dan posisi sel surya terhadap sinar datang matahari. Sel surya akan menghasilkan
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
tersebut akan mengakibatkan kecilnya energi yang
surya, sehingga dibutuhkan
sebuah
sistem
yang
posisi
dihasilkan
matahari
oleh
sel
dapat menggerakkan sel
surya supaya bisa selalu tegak lurus terhadap sinar datang matahari. Sistem
tracker surya merupakan suatu sistem yang
matahahari dengan
menggunakan
agar selalu tegak lurus terhadap
timur-barat
serta
sensor
bekerja
cahaya
matahari
mendeteksi
posisi
dan mengontrol sel surya
dengan
mengubah
selatan-utara. Pada perkembangannya
sistem
arah
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
1.2
bahasa C dan digerakkan dengan servo.
Maksud Dan Tujuan
Tujuan dari pembuatan alat ini adalah untuk memberikan solusi terhadap
optimalisasi daya sel surya, serta sebagai solusi permasalahan dunia akan krisis
energi yang terjadi secara terus-menerus. Dengan solusi bahwa kita dapat beralih
ke pembangkit listrik alternatif tenaga surya. Apalagi letak geografisnya Indonesia
merupakan Negara beriklim tropis yang mendapat sinar matahari sepanjang tahun,
jadi jika penggunaan panel surya diterapkan di Indonesia akan membawa dampak
yang positif, selain ramah lingkungan, penggunaan panel surya ini tidak
menghasilkan polusi dan tentunya mengurangi global warming.
1.3
Batasan Masalah
1. Peneliti hanya mengamati performa tracker sel surya, tidak mengamati
daya yang diserap sel surya.
2. Tracker sel surya hanya 2 axis.
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]
Sinar matahari yang terdiri dari photon akan mengenai permukaan
(absorber) sel surya. Dari absorber, sinar akan dipantulkan dan
dilewatkan, dimana elektron dibebaskan dari ikatannya oleh foton dengan
tingkat energi tertentu, kemudian arus listrikpun mengalir.
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 =Ir0 cosT .........................(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
tracker terdiri atas sensor LDR yang berfungsi sebagai sensor cahaya,
motor servo sebagai penggerak mekanik sel surya, dan mikrokontroler
yang berfungsi untuk mengolah data dari sensor cahaya dan memberi
perintah pada motor servo untuk menggerakkan sistem mekaniK.
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
Gambar 2 Ilustrasi Panel Surya
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.
Seiring perkembangan zaman, pemanfaatan gelombang elektromagnet oleh
manusia semakin sering dilakukan dalam kehidupan sehari-hari sesuai dengan
perkembangan pemahaman tentang gelombang ini sendiri. Nama-nama seperti
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.
2
BAB III
METODE PELAKSANAAN
Diagram Blok Sistem
Cahaya Matahari
+-
KONTROLL PWM
ER
(ATMEGA16
)
SERVO US
&
SERVO BT
LDR
1 s/d 4
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 :
Sensor 1 Sensor 3
Sensor 2
Sensor 4
Gambar 4. Penempatan Sensor LDR
Dari penempatan sensor seperti gambar diatas, dapat diperoleh variabelvariabel untuk diproses. Servo U-S akan bergerak sesuai dengan 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
Kajian
Pustaka
Simulasi
Rangkaian
Perangacan
Desaign
Mekanik
Diagram 2 : Flowchart Pelaksanaan
Pembuatan
Rangkaian
Dan
Mekanik
Tes Sensor
dan
Aktuator
Pemrogram
an
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
Pada tahap perancangan desain mekanik, peneliti membuat desain
mekanik pada software AutoCAD 3D. Tahap ini bertujuan untuk menentukan
letak servo dan rangkaian elektrik nantinya. Sehingga pada tahap ini peneliti dapat
menentukan sudut kebebasan/ degree of freedom (D0F) servo yang dibutuhkan.
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.
Gambar 6 : Skema Power Supply Dan Minimum System
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
Pada tahap ini dilakukan pembuatan source-code untuk solar tracker.
Pemrograman dilakukan dengan software codevision AVR 2.0 menggunakan
bahasa C. Flowchart dan cara kerja lebih lanjut akan dijelaskan di bab 4.
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
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
2016
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
Puji dan syukur penulis sampaikan kepada Allah SWT atas selesainya
makalah yang berjudul “Perancangan dan Pembuatan Prototype Sistem
Tracker Sel Surya untuk Mengikuti Arah Gerak Matahari Berbasis
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.
Penulis menyadari bahawa makalah ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena
itu adanya saran dan kritik yang membangun dari rekan-rekan sangat dibutuhkan
untuk penyempurnaan makalah ini.
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar belakang
Energi alam yang menghasilkan energi sangat besar bisa dibangkitkan
dan
dijadikan untuk pemenuhan kebutuhan energi. Energi fosil merupakan
energi
utama
saat
ini
yang digunakan
oleh
manusia.
Sementara
itu,
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
1
dihasilkan sel surya sangat dipengaruhi oleh radiasi sinar matahari, temperatur,
dan posisi sel surya terhadap sinar datang matahari. Sel surya akan menghasilkan
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
tersebut akan mengakibatkan kecilnya energi yang
surya, sehingga dibutuhkan
sebuah
sistem
yang
posisi
dihasilkan
matahari
oleh
sel
dapat menggerakkan sel
surya supaya bisa selalu tegak lurus terhadap sinar datang matahari. Sistem
tracker surya merupakan suatu sistem yang
matahahari dengan
menggunakan
agar selalu tegak lurus terhadap
timur-barat
serta
sensor
bekerja
cahaya
matahari
mendeteksi
posisi
dan mengontrol sel surya
dengan
mengubah
selatan-utara. Pada perkembangannya
sistem
arah
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
1.2
bahasa C dan digerakkan dengan servo.
Maksud Dan Tujuan
Tujuan dari pembuatan alat ini adalah untuk memberikan solusi terhadap
optimalisasi daya sel surya, serta sebagai solusi permasalahan dunia akan krisis
energi yang terjadi secara terus-menerus. Dengan solusi bahwa kita dapat beralih
ke pembangkit listrik alternatif tenaga surya. Apalagi letak geografisnya Indonesia
merupakan Negara beriklim tropis yang mendapat sinar matahari sepanjang tahun,
jadi jika penggunaan panel surya diterapkan di Indonesia akan membawa dampak
yang positif, selain ramah lingkungan, penggunaan panel surya ini tidak
menghasilkan polusi dan tentunya mengurangi global warming.
1.3
Batasan Masalah
1. Peneliti hanya mengamati performa tracker sel surya, tidak mengamati
daya yang diserap sel surya.
2. Tracker sel surya hanya 2 axis.
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]
Sinar matahari yang terdiri dari photon akan mengenai permukaan
(absorber) sel surya. Dari absorber, sinar akan dipantulkan dan
dilewatkan, dimana elektron dibebaskan dari ikatannya oleh foton dengan
tingkat energi tertentu, kemudian arus listrikpun mengalir.
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 =Ir0 cosT .........................(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
tracker terdiri atas sensor LDR yang berfungsi sebagai sensor cahaya,
motor servo sebagai penggerak mekanik sel surya, dan mikrokontroler
yang berfungsi untuk mengolah data dari sensor cahaya dan memberi
perintah pada motor servo untuk menggerakkan sistem mekaniK.
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
Gambar 2 Ilustrasi Panel Surya
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.
Seiring perkembangan zaman, pemanfaatan gelombang elektromagnet oleh
manusia semakin sering dilakukan dalam kehidupan sehari-hari sesuai dengan
perkembangan pemahaman tentang gelombang ini sendiri. Nama-nama seperti
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.
2
BAB III
METODE PELAKSANAAN
Diagram Blok Sistem
Cahaya Matahari
+-
KONTROLL PWM
ER
(ATMEGA16
)
SERVO US
&
SERVO BT
LDR
1 s/d 4
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 :
Sensor 1 Sensor 3
Sensor 2
Sensor 4
Gambar 4. Penempatan Sensor LDR
Dari penempatan sensor seperti gambar diatas, dapat diperoleh variabelvariabel untuk diproses. Servo U-S akan bergerak sesuai dengan 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
Kajian
Pustaka
Simulasi
Rangkaian
Perangacan
Desaign
Mekanik
Diagram 2 : Flowchart Pelaksanaan
Pembuatan
Rangkaian
Dan
Mekanik
Tes Sensor
dan
Aktuator
Pemrogram
an
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
Pada tahap perancangan desain mekanik, peneliti membuat desain
mekanik pada software AutoCAD 3D. Tahap ini bertujuan untuk menentukan
letak servo dan rangkaian elektrik nantinya. Sehingga pada tahap ini peneliti dapat
menentukan sudut kebebasan/ degree of freedom (D0F) servo yang dibutuhkan.
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.
Gambar 6 : Skema Power Supply Dan Minimum System
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
Pada tahap ini dilakukan pembuatan source-code untuk solar tracker.
Pemrograman dilakukan dengan software codevision AVR 2.0 menggunakan
bahasa C. Flowchart dan cara kerja lebih lanjut akan dijelaskan di bab 4.
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