LAPORAN TUGAS AKHIR PROTOTIPE DUAL AXIS SUN TRACKER DENGAN SENSOR LDR (LIGHT DEPENDENT RESISTOR) MENGGUNAKAN ARDUINO UNO PROTOTYPE OF DUAL AXIS SUN TRACKER WITH LDR (LIGHT DEPENDENT RESISTOR) SENSOR USING ARDUINO UNO
Disusun oleh: SAYYIDAH KHOIRUL NISA 10/298493/DPA/03487
PROGRAM D3 ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI FAKULTAS SEKOLAH VOKASI UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2013 i
LAPORAN TUGAS AKHIR PROTOTIPE DUAL AXIS SUN TRACKER DENGAN SENSOR LDR (LIGHT DEPENDENT RESISTOR) MENGGUNAKAN ARDUINO UNO Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh derajat Ahli Madya Elektronika dan Instrumentasi
Disusun oleh: SAYYIDAH KHOIRUL NISA 10/298493/DPA/03487
PROGRAM D3 ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI FAKULTAS SEKOLAH VOKASI UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2013 ii
iii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa tidak terdapat karya yang serupa dengan Laporan Tugas Akhir ini yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar Ahli Madya di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 18 Juli 2013
Sayyidah Khoirul Nisa
iv
KATA PENGANTAR Segala puji bagi Allah SWT Pencipta alam semesta, manusia, dan kehidupan, yang atas nikmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan judul “PROTOTIPE DUAL AXIS SUN TRACKER DENGAN SENSOR
LDR
(LIGHT
DEPENDENT
RESISTOR)
MENGGUNAKAN
ARDUINO UNO”. Laporan Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh derajat Ahli Madya Program Studi D3 Elektronika dan Instrumentasi, Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada Yogyakarta. Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian tugas akhir ini tidak terlepas dari bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dengan segala hormat penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar - besarnya kepada: 1. Bapak Drs. Panggih Basuki, M.Si, selaku Ketua Program Studi D3 Elektronika dan Instrumentasi, Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada. 2. Bapak Tri Wahyu Supardi S.Si, selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah banyak memberikan saran, masukan, bimbingan dan pengarahan dalam proses penyelesaian tugas akhir ini. 3. Dosen - dosen penulis selama mengikuti perkuliahan di Program Studi D3 Elektronika dan Instrumentasi yang tidak dapat disebutkan namanya satu persatu yang telah memberikan ilmu yang sangat bermanfaat. 4. Kedua orang tua, adik, dan keluarga penulis yang telah memberikan do’a, motivasi, nasehat, saran dan bantuan baik moril maupun materiil. 5. Teman – teman di D3 Elektronika dan Instrumentasi yang telah banyak bertukar ilmu selama menempuh perkuliahan dan memberi semangat serta dukungan. 6. Teman – teman di MHTI UGM khususnya untuk Mbak Sri, Mbak Marisa, Mbak Tika, Mbak Mahya, Dewi, Mia, Amal, Kak Miftah, Mbak Mitri, dan semuanya dan juga teman – teman kontrakan “MIYMA” atas seluruh bantuan, do’a, dukungan, dan curahan semangatnya. Semoga yang kita cita-citakan bersama segera terwujud.
v
7. Dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang telah banyak membantu dalam penyusunan Tugas Akhir ini. Semoga Allah membalas kebaikan Anda semua dengan balasan yang lebih baik. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir ini, untuk itu kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan. Akhir kata, penulis berharap bahwa tugas akhir ini dapat bermanfaat penulis pribadi dan untuk perkembangan ilmu pengetahuan.
Yogyakarta, 18 Juli 2013
Penulis
vi
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ..................................................................................... HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................ PERNYATAAN ............................................................................................. KATA PENGANTAR .................................................................................... DAFTAR ISI .................................................................................................. DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... DAFTAR TABEL DAN GRAFIK .................................................................. INTISARI ....................................................................................................... ABSTRACT ..................................................................................................... BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1.1 Latar Belakang ............................................................................ 1.2 Rumusan Masalah ....................................................................... 1.3 Batasan Masalah .......................................................................... 1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian .................................................... 1.5 Metode Penelitian ........................................................................ 1.6 Sistematika Penulisan .................................................................. BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................... 2.1 Penelitian Terdahulu ................................................................... 2.2 Perbedaan dengan Penelitian Terdahulu ...................................... BAB III DASAR TEORI ................................................................................ 3.1 Sun Tracker ................................................................................. 3.2 Arduino Uno ............................................................................... 3.3 Light Dependent Resistor (LDR) ................................................. 3.4 Motor Servo ................................................................................ 3.5 Solar Cell (Sel Surya) .................................................................. BAB IV ANALISA DAN PERANCANGAN ALAT ...................................... 4.1 Blok Diagram Sistem................................................................... 4.2 Perancangan Perangkat Keras (Hardware)................................... 4.2.1 Perancangan Power Supply 9 V ......................................... 4.2.2 Perancangan Prototipe Dual Axis Sun Tracker ................... 4.2.3 Perancangan Sel Surya sebagai Obyek ............................... 4.3 Perancangan Perangkat Lunak (Software) .................................... 4.4 Perancangan Pengujian ............................................................... BAB V IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN.............................................. 5.1 Implementasi Alat ....................................................................... 5.1.1 Implementasi Hardware .................................................... 5.1.2 Implementasi Software....................................................... 5.2 Pengujian Alat ............................................................................. 5.2.1 Pengujian dengan Lampu Senter ........................................ 5.2.2 Pengujian di Bawah Sinar Matahari ................................... BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................... 6.1 Kesimpulan ................................................................................. 6.2 Saran ........................................................................................... vii
i iii iv v vii ix x xi xii 1 1 2 2 3 3 4 6 6 10 12 12 14 19 21 24 27 27 29 29 30 33 34 36 37 37 37 41 44 44 47 56 56 56
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 58 LAMPIRAN ................................................................................................... 60
viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Papan Solar Cell Alternatif .......................................................... 7 Gambar 2.2 Desain Sun Tracker...................................................................... 9 Gambar 3.1 Salah Satu PLTS di Amerika Serikat............................................ 12 Gambar 3.2 Prosentase Sinar Matahari Langsung yang Hilang karena Sudut i .. 13 Gambar 3.3 Perbandingan Peningkatan Energi Beberapa Sistem Tracking ...... 14 Gambar 3.4 Tampilan Arduino Uno ................................................................ 18 Gambar 3.5 Simbol Dan Fisik Sensor Cahaya LDR ........................................ 20 Gambar 3.6 Motor Servo................................................................................. 22 Gambar 3.7 Konstruksi Motor Servo ............................................................... 22 Gambar 3.8 Pulsa Kendali Motor Servo .......................................................... 23 Gambar 4.1 Blok Diagram Sistem ................................................................... 27 Gambar 4.2 Rangkaian Power Supply 9 V....................................................... 29 Gambar 4.3 Rancangan Sistem Dual Axis Sun Tracker.................................... 30 Gambar 4.4 Desain Tata Letak LDR ............................................................... 31 Gambar 4.5 Tegangan Keluaran Rangkaian LDR ............................................ 31 Gambar 4.6 Desain mekanik motor tampak atas .............................................. 32 Gambar 4.7 Penempatan sel surya ................................................................... 34 Gambar 4.8 Flowchart Program ...................................................................... 35 Gambar 5.1 Prototipe dual axis sun tracker dengan sensor LDR menggunakan Arduino Uno ................................................................................ 37 Gambar 5.2 Rangkaian power supply 9V ........................................................ 38 Gambar 5.3 Dual axis sun tracker ................................................................... 40 Gambar 5.4 Sel surya pada prototipe dual axis sun tracker.............................. 40 Gambar 5.5 Keadaan awal sun tracker setelah dinyalakan............................... 44 Gambar 5.6 Pengujian dengan lampu senter di mana lampu senter diposisikan di depan sun tracker...................................................................... 45 Gambar 5.7 Lampu senter berada di belakang sun tracker ............................... 45 Gambar 5.8 Lampu senter diposisikan di sebelah kanan sun tracker ................ 46 Gambar 5.9 Lampu senter diubah posisinya ke sebelah kiri sun tracker .......... 46 Gambar 5.10 Pengujian ketika lampu senter berada di atas sun tracker ........... 47 Gambar 5.11 Alat-alat dalam pengujian dengan sinar matahari langsung......... 48 Gambar 5.12 Peta lokasi pengujian ................................................................. 49 Gambar 5.13 Posisi sun tracker pukul 06.38 WIB ........................................... 51 Gambar 5.14 Posisi sun tracker pukul 08.40 WIB ........................................... 52 Gambar 5.15 Sun tracker pukul 10.50 WIB..................................................... 52 Gambar 5.16 Sun tracker mengarah ke matahari (pukul 10.50 WIB) ............... 53 Gambar 5.17 Posisi sun tracker pukul 12.06 WIB saat langit mendung ........... 53 Gambar 5.18 Sun tracker terlihat mengarah ke matahari (pukul 13.39 WIB) ... 54 Gambar 5.19 Sun tracker pukul 15.35 WIB..................................................... 54 Gambar 5.20 Pukul 16.37 WIB saat matahari hampir tertutup bangunan ......... 55
ix
DAFTAR TABEL DAN GRAFIK Tabel 2.1 Perbedaan rencana penelitian dengan penelitian terdahulu ............... Tabel 3.1 Spesifikasi Arduino Uno.................................................................. Tabel 5.1 Kalibrasi LDR ................................................................................ Tabel 5.2 Skala 0-100 rentang nilai ADC gelap-terang ................................... Tabel 5.3 Pengujian nilai toleransi ................................................................. Tabel 5.4 Hasil pengujian dual axis sun tracker .............................................. Grafik 3.1 Kurva tegangan – arus sel surya terhadap Intensitas ........................
10 15 38 39 43 49 26
Grafik 3.2 Kurva tegangan – arus pada sel surya terhadap perubahan suhu ................ 26
Grafik 5.1 Tegangan rangkaian terbuka kedua sel surya .................................. 50 Grafik 5.2 Arus hubung singkat kedua sel surya .............................................. 50
x
INTISARI
PROTOTIPE DUAL AXIS SUN TRACKER DENGAN SENSOR LDR (LIGHT DEPENDENT RESISTOR) MENGGUNAKAN ARDUINO UNO
SAYYIDAH KHOIRUL NISA 10/293498/DPA/03487
Indonesia merupakan negara yang dilalui garis khatulistiwa sehingga mendapatkan pancaran cahaya matahari yang baik. Cahaya matahari ini dapat diubah menjadi energi listrik oleh sel surya dan menghasilkan energi yang cukup besar untuk mencukupi kebutuhan listrik masyarakat yang sebagian besarnya disuplai oleh sumber energi tak terbarukan. Untuk pengoptimalan energi listrik yang dihasilkan sel surya diperlukan sebuah alat yang dapat mengorientasikan sel surya ke matahari. Prototipe dual axis sun tracker (pelacak matahari dua sumbu) ini merupakan sebuah alat yang dirancang untuk mengarahkan sel surya ke matahari. Sun tracker ini bekerja dengan menggunakan empat buah sensor LDR (Light Dependent Resistor) dan dua motor servo Tower Pro MG90 sebagai aktuator penggeraknya. Sistem ini dikendalikan oleh Arduino Uno yang menjalankan program yang ditanamkan oleh software Arduino IDE (Integrated Development Environment). Hasil pengujian di bawah sinar matahari menunjukkan perbandingan tegangan rangkaian terbuka (Voc) dan arus hubung singkat (Isc) dari sel surya yang terpasang pada sun tracker terhadap sel surya yang posisinya tetap. Sel surya yang terpasang pada sun tracker menghasilkan tegangan rangkaian terbuka rata – rata 5,97% lebih besar dari sel surya yang posisinya tetap dan nilai tertinggi perbandingannya adalah 8,73% lebih besar. Arus hubung singkat yang dihasilkan sel surya pada sun tracker rata-rata 25,36% lebih besar dari arus sel surya pada posisi tetap dan nilai perbandingan tertinggi yang diperoleh dari pengujian adalah 90,09% lebih besar. Kata kunci : Sun Tracker, Sel Surya, Light Dependent Resistor, Arduino Uno
xi
ABSTRACT
PROTOTYPE OF DUAL AXIS SUN TRACKER WITH LDR (LIGHT DEPENDENT RESISTOR) SENSOR USING ARDUINO UNO
SAYYIDAH KHOIRUL NISA 10/293498/DPA/03487
Indonesia is a country that is passed by the equator so gets good radiance of sunlight. This sunlight can be converted into electrical energy by solar cells and produces enough energy to suffice the electricity needs of the people that most of them are now supplied by non-renewable energy sources. To optimize the electrical energy which is produced by solar cells, we need a tool that can orient the solar cells into the sun. Prototype of dual-axis sun tracker is a tool that is designed to direct the solar cells into the sun. Sun tracker works by using four sensors LDR (Light Dependent Resistor) and two Tower Pro MG90 servo motors as driver actuators. The system is controlled by arduino uno that run program which is implanted by Arduino IDE (Integrated Development Environment) software. The result of outdoor testing showed the comparison of the open circuit voltage (Voc) and the short circuit current (Isc) of the solar cell that is mounted on a sun tracker to the fixed position solar cell. The solar cell that is mounted on a sun tracker produced open-circuit voltage 5.97% on average greater than the voltage that was produced by the fixed position solar cell and the highest comparison value was 8,73% greater . The short-circuit current production of solar cell on a sun tracker was 25.36% on average greater than the current of solar cell on fixed position and the highest comparison value that was got from the testing was 90,09% greater. Key words: Sun Tracker, Solar Cell, Light Dependent Resistor, Arduino Uno
xii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah energi selalu menjadi perbincangan hangat di tengah masyarakat umum maupun para intelektual karena dia merupakan hajat hidup banyak orang. Seiring perkembangan zaman kebutuhan akan energi terus meningkat dari waktu ke waktu, termasuk energi listrik. Energi listrik bisa diperoleh dengan memanfaatkan tenaga air, angin, panas bumi, gas, nuklir, uap, diesel, matahari, dll. Namun sumber energi listrik di Indonesia sebagian besarnya masih berasal dari energi tak terbarukan seperti batu bara, minyak bumi, gas (Aprilianto, 2013). Dengan kebijakan politik Indonesia yang pro liberalisasi migas, PLN (Perusahaan Listrik Negara) menjadi salah satu korban dan akhirnya merugi. Menurut hasil audit BPK (Badan Pemeriksa Keuangan), PLN merugi sebesar Rp 37 Trilyun pada periode 2009/2010 (Dhany, 2012). Dan bahkan menurut Dahlan Iskan, Menteri BUMN (Badan Usaha Milik Negara) kerugian jauh lebih besar dari itu. Problemnya adalah pasokan migas ke PLN. Dan ternyata 70%-80% migas di Indonesia dikuasai asing dengan mengatasnamakan pasar bebas (Ryacudu, 2013). Ini yang menjadi sebab mengapa Indonesia tidak dapat mencukupi kebutuhan BBM dalam negeri dan harus impor sehingga harga BBM di Indonesia menjadi mahal. Sementara gas alam Indonesiapun banyak dijual ke asing dengan harga murah sampai-sampai pasokan gas untuk PLTG tidak tersuplai. PLN akhirnya harus membeli BBM yang harganya lebih mahal (Pamudji, 2012). Sehingga TDL (Tarif Dasar Listrik) terus naik. Di sisi lain Indonesia adalah negeri yang yang kaya sumber daya. Dengan potensi sumber daya yang melimpah, Indonesia mempunyai kesempatan besar memproduksi energi yang cukup untuk memenuhi kebutuhan rakyatnya dengan harga murah. Sebagaimana diketahui bahwa kenaikan harga kebutuhan energi seperti TDL dapat membuat harga-harga kebutuhan lainnya naik, maka penyediaan energi yang murah adalah salah satu solusi ke depannya. Salah satu
1
2
sumber energi terbarukan yang melimpah adalah energi matahari. Indonesia sebagai negara tropis yang dilalui garis khatulistiwa mendapatkan sinar mahatari yang sangat cukup. Energi matahari dapat diperoleh secara gratis dan diubah menjadi energi listrik dengan panel surya. Listrik yang bersumber dari energi matahari saat ini belum banyak dikembangkan meskipun kita mempunyai potensi yang besar. Oleh karena itu pengembangan PLTS (Pembangkit Listrik Tenaga Surya) sebaiknya dikembangkan di Indonesia untuk mencukupi kebutuhan masyarakat. Optimalisasi penyerapan sinar matahari juga harus dilakukan. Salah satunya dengan mengarahkan panel surya ke matahari sehingga tidak ada sudut deviasi antara matahari dan panel surya atau sinar matahari jatuh tegak lurus ke panel surya. Untuk mengarahkan suatu obyek ke sumber cahaya diperlukan suatu alat yang bekerja untuk mendeteksi di mana sumber cahaya itu. Dalam hal inilah dibutuhkan
kontribusi
dari
mahasiswa
program studi Elektronika
dan
Instrumentasi untuk membuat alat yang dapat mengorientasi obyek ke arah matahari atau dikenal dengan nama sun tracker. Maka dilakukanlah penelitian pembuatan prototipe dual axis sun tracker dengan Arduino Uno ini.
1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dijelaskan di atas, maka dapat diambil rumusan masalah sebagai berikut: “Bagaimana membuat sebuah prototipe dual axis sun tracker dengan sensor LDR (Light Dependent Resistor) menggunakan Arduino Uno”.
1.3 Batasan Masalah Dalam perancangan dan penulisan tugas akhir ini akan ditentukan batasanbatasan masalah yang meliputi, antara lain : 1. Prototipe sun tracker ini menggerakkan sebuah sel surya dengan motor servo, bergerak secara rotasional untuk mengarahkannya ke matahari 2. Sun tracker bergerak pada dua aksial (sumbu)
3
3. Karakteristik sel surya yang diamati adalah tegangan rangkaian terbuka dan arus hubung singkat
1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuat suatu alat yang dapat mengorientasikan obyek ke arah matahari dengan menggunakan sensor LDR, motor servo, dan Arduino Uno sebagai kontroler. Manfaat dari penelitian ini adalah alat ini dapat diimplementasikan dalam pengembangan pembangkit listrik tenaga surya untuk memaksimalkan energi listrik yang dihasilkan.
1.5 Metode Penelitian Metodologi yang dilakukan dalam penelitian dan penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Studi literatur: a. Memahami prinsip kerja dari sun tracker dengan mencari referensi tentang sun tracker yang sudah pernah dibuat oleh orang lain. b. Memahami prinsip kerja dari komponen-komponen penyusunnya seperti LDR dan motor servo c. Memahami bahasa pemrograman Arduino mengenai penerimaan input, pengolahan data, dan pengeluaran output d. Memahami suplai tegangan ke Arduino Uno dan pembuatan power supply 9V. 2. Perancangan alat meliputi: a. Merancang skema dual axis sun tracker b. Merancang desain mekanik sun tracker c. Merancang perangkat lunak sun tracker d. Merancang power supply 3. Implementasi alat meliputi: a. Membuat rangkaian sensor LDR sebagai input ke mikrokontroler b. Membuat rangkaian motor servo dan sistem mekaniknya
4
c. Merangkai sensor, motor, dan Arduino dan menanamkan program ke mikrokontrolernya d. Pembuatan power supply 9V untuk tegangan masukan Arduino 4. Pengujian alat terhadap sumber cahaya: a. Menguji sun tracker dengan cahaya lampu senter b. Munguji sun tracker dengan cahaya matahari dan membandingkan tegangan dan arus yang dihasilkan sel surya yang menggunakan sun tracker dan yang tidak menggunakan.
1.6 Sistematika Penulisan Laporan penelitian tugas akhir ini disusun dengan sistematika sebagai berikut: -
BAB I PENDAHULUAN Meliputi latar belakang dan permasalahan, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, metode penelitian, dan sistematika penulisan.
-
BAB II: TINJAUAN PUSTAKA Memuat tentang informasi-informasi tentang hasil penelitian yang telah dilakukan terkait dengan perancangan prototipe dual axis sun tracker dengan sensor LDR (Light Dependent Resistor) menggunakan Arduino Uno ini.
-
BAB III: DASAR TEORI Memuat tentang landasan teori setiap komponen yang menunjang dalam pembuatan dan pembahasan tugas akhir ini.
-
BAB IV: ANALISA DAN PERANCANGAN SISTEM Memuat analisa dan perancangan sistem perangkat keras dan perangkat lunak.
-
BAB V: IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN Memuat uraian tentang implementasi sistem secara detail sesuai dengan rancangan dan hasil pengujian alat.
5
-
BAB VI: KESIMPULAN DAN SARAN Berisi kesimpulan yang memuat uraian singkat tentang hasil penelitian yang diperoleh sesuai dengan tujuan penelitian, serta saran untuk penelitian lebih lanjut.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Terdahulu Saat ini penelitian tentang sun/solar tracker telah banyak dilakukan karena pengembangan pembangkit listrik dari energi terbarukan adalah kebutuhan zaman. Ada beberapa karya ilmiah yang membahas mengenai pembuatan sun tracker, di antaranya penelitian Permadi (2008) yang membuat rangkaian panel surya yang digerakkan dengan sun tracker. Alat ini menggunakan lima buah sensor Light Dependent Resistor (LDR) sebagai pendeteksi cahaya. Empat buah LDR diletakkan pada panel surya di empat penjuru mata-angin membentuk formasi layang-layang sama sisi dan sebuah lagi ditempatkan ditengah-tengahnya sebagai pembanding dari masing-masing fokus yang diterima oleh LDR terkuat tersebut. Kepekaan paling kuat dari LDR tersebut akan diikuti oleh pergerakan panel surya hingga terdapat nilai kepekaan yang sama antara salah satu LDR yang diikuti tersebut dengan LDR yang ditengah sebagai pembandingnya. Dengan kondisi ini maka solar cell akan selalu mendapatkan sinar matahari secara optimal disepanjang hari. Selain ini juga terdapat unit penampil data daya yang dihasilkan oleh penerimaan energi pada solar cell. Sedangkan sebagai penggerak tracker solar cell ini menggunakan motor DC terkopel gearbox yang masing-masing track-nya digerakkan melalui sistem pemrograman pada mikrokontroler ATtiny2313. Saputra (2008) membuat sebuah penelitian untuk mencari sudut kemiringan (α) yang paling tepat untuk menempatkan LDR pada papan sel surya. Pada penelitian tersebut digunakan dua buah LDR saja yang ditempatkan di sisi barat dan timur papan. Ketika salah satu LDR menerima cahaya lebih besar dari LDR lainnya maka motor akan menggerakkan panel surya agar mengarah ke cahaya yang lebih terang. Misalnya LDR barat menerima cahaya lebih terang maka panel surya akan bergerak hingga cahaya yang diterima kedua LDR sama intensitasnya. Perbandingan kedua LDR tersebut menggunakan IC komparator tegangan.
6
7
Komparator tegangan akan membandingan tegangan dari kedua rangkaian LDR. Ada dua IC komparator untuk mengatur dua relay yang mengaktifkan motor DC. Kedua masukan komparator saling silang (LDR1:LDR2 dan LDR2:LDR1). Jika LDR1 menerima cahaya lebih kecil maka IC1 memberi output tegangan maksimal yang akan mengaktifkan relay1 sehingga menyalakan motor yang akan menggerakkan panel surya ke barat, begitu juga sebaliknya. Jika kedua LDR menerima cahaya dengan intensitas sama maka semua IC komparator dalam keadaan off. Dibuat juga unit pembatas untuk membatasi pergerakan papan panel surya. Ada dua limit switch yang terpasang di kedua sisi (barat dan timur). Jika papan terus mengarah ke timur dia akan menekan limit switch kemudian output komparator di-ground-kan sehingga motor berhenti berputar. Dari hasil penelitian ini diperoleh bahwa sudut ideal untuk penempatan LDR terhadap garis normal adalah 41,85o.
Gambar 2.1 Papan Solar Cell Alternatif (Saputra, 2008)
Mirdanies dkk. (2011) melakukan sebuah penelitian untuk membuat rancang bangun sistem kontrol mekanisme pelacakan matahari. Pada sistem kontrol ini, sinyal referensi diambil dari dua buah sensor LDR sedangkan umpan balik diambil dari sensor posisi, dan sensor suhu. Program dibuat menggunakan bahasa pemrograman C dan diimplementasikan pada mikrokontroller ATMega8535 yang digunakan sebagai otak dari sistem. Fasilitas telekontrol untuk monitoring data via komputer menggunakan modul tranceiver terkoneksi port RS-232. Motor DC yang digunakan berdaya 0,74 watt dan dikopel ke reducer dengan rasio 1:7.300. Dan dilakukan eksperimen karakteristik sensor cahaya dan simulasi pergerakan panel. Dari eksperimen sensor cahaya diperoleh kesimpulan bahwa sinyal
8
keluaran 0-4 volt, saat cerah 3,3-3,9 volt, saat mendung dan agak cerah 1,5-3,3 volt. Dari hasil simulasi pergerakan panel, diketahui bahwa sistem kontrol pelacakan matahari yang dibuat dapat menggerakkan panel dan mengikuti arah pergerakan matahari. Nugraha (2011) membuat sun tracker menggunakan 2 buah Light Dependent Resistor (LDR) sebagai sensor, sehingga sun tracker ini termasuk dalam jenis single axis sun tracker (penjejak matahari satu sumbu). Panel surya yang dipasang pada sun tracker tersebut dapat mengikuti mahatari sesuai dengan intensitas cahaya yang diterima LDR dan tegangan keluaran dari panel surya diukur dari waktu ke waktu agar dapat menunjukkan panel surya menyerap energi matahari secara optimal. Hasil pengujian menunjukkan tegangan keluaran dari panel surya bervariasi dari 19 Volt (pada pagi dan sore hari) dan 20.8 Volt (pada siang hari). Tegangan dari panel surya lalu dimasukkan ke rangkaian inverter untuk mengubah menjadi tegangan AC 220 Volt / 50 Hertz. Namun tidak dilakukan perbandingan dengan panel surya yang tidak menggunakan sun tracker sehingga tidak diketahui peningkatan energi listrik yang dihasilkan dengan penggunaan sun tracker ini. Susilo (2012) mencoba untuk membuat sebuah sun tracker menggunakan sensor LDR (Light Dependent Resistor), dan dengan sistem kontrol menggunakan logika kabur (Fuzzy Logic). Prinsip kerja dari sun tracker adalah ketika cahaya matahari menyinari LDR maka hambatan LDR menurun sehingga arus yang mengalir melalui LDR meningkat. Ketika gelap hambatan LDR meningkat dan arus yang mengalir melalui LDR menurun. Fenomena inilah yang diamanfaatkan sebagai sensor cahaya. Adanya perbedaan nilai arus dari keempat sensor digunakan sebagai masukan analog pada mikrokontroler ATMega 16 yang kemudian dikonversi ke sinyal digital dan dikonversi kembali ke sinyal analog sebagai hasil keluaran dari mikrokontroler. Sinyal analog dari mikrokontroler berupa tegangan 5 volt yang kemudian mengalir ke kaki base transistor yang berperan sebagai pemicu relay yang berfungsi sebagai jembatan H untuk mengendalikan motor aktuator sebagai penggerak panel surya. Dengan demikian cahaya yang diterima panel surya dapat lebih optimal dibandingkan jika panel
9
surya yang hanya menghadap pada satu titik koordinat. Dari penelitian menunjukkan bahwa kenaikan daya listrik yang dihasilkan sun tracker dengan fuzzy logic dibandingkan daya listrik yang dibangkitkan oleh panel surya tanpa kontrol fuzzy logic sebesar 12,10% pada pembebanan 10 ohm dan 2,56% pada pembebanan 100 ohm. Dengan menggunakan kontrol fuzzy logic menghasilkan efisiensi meningkat 1,39 % pada pembebanan 10 ohm dan 0,06 % pada pembebanan 100 ohm dibandingkan panel surya tanpa kontrol fuzzy logic. Simatupang dkk. (2013) melakukan penelitian untuk mencari peningkatan energi yang dihasilkan panel surya dengan penggunaan sun tracker dua sumbu yang bekerja dengan empat sensor photodioda. Desain terdiri dari bagian atas, tengah, dan bagian bawah. Bagian atas merupakan tempat panel surya yang ditopang oleh rangka aluminium dan dilengkapi dengan motor servo sebagai penggerak untuk sumbu putar satu. Bagian tengah alat hanya merupakan penyangga yang dilengkapi oleh motor sehingga bagian tengah juga berfungsi sebagai sumbu putar kedua. Bagian bawah merupakan bagian dasar tempat alas alat. A
Keterangan: 1. Panel Surya 2. (a,b) motor servo 3. (a,b,c,d) photodioda 4. Kerangka penunjang 5. Roll ball 6. Kerangka utama 7. Alas
Gambar 2.2 Desain Sun Tracker (Simatupang dkk., 2013) Pada prototipe ini photodioda diletakkan pada dua sisi panel. Photodioda a dan b sulit mendeteksi sumber cahaya yang ada di sisi yang berseberangan karena
10
tertutup panel. Photodioda c dan d juga sulit mendeteksi sumber cahaya yang berada di sisi yang berseberangan karena terhalang papan, sehingga sumber cahaya dari arah A sulit dideteksi oleh keempat photodioda. Dari penelitian ini diperoleh hasil bahwa kenaikan energi yang diperoleh sebesar 4,22%.
2.2 Perbedaan dengan Penelitian Terdahulu Penelitian ini memiliki perbedaan dengan penelitian-penelitian terdahulu yang telah disebutkan pada subbab sebelumnya. perbedaan tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.1. Tabel 2.1 Perbedaan rencana penelitian dengan penelitian terdahulu Perbedaan Penelitian Sebelumnya Rencana Penelitian Rancang Tidak melakukan Melakukan pengujian Bangun Model pengujian di bawah di bawah sinar Solar Tracker sinar matahari matahari, Berbasis langsung, menggunakan menggunakan 4 LDR Mikrokontroler 5 LDR, LDR diletakkan yang disekat papan Untuk di panel surya tanpa ada untuk membuat Mendapatkan papan yang bayangan dan Energi Matahari membayangi, terpisah dengan sel Yang Maksimal surya Saputra Rancang Tidak melakukan Meneliti kenaikan (2008) Bangun Solar pengujian dengan sel tegangan dan arus sel Tracking System surya dan meneliti surya karena untuk kenaikan kinerja sel penggunaan sun mengoptimalkan surya dengan tracker, Penyerapan penggunaan sun menggunakan 4 Energi Matahari tracker, menggunakan 2 LDR, dual axis pada Solar Cell LDR, single axis (bergerak pada dua (bergerak pada satu sumbu) sumbu) Mirdanies Rancang Menggunakan 2 LDR, Menggunakan 4 (2011) Bangun Sistem Single Axis, tidak LDR, dual axis, Kontrol membandingkan hasil membandingkan sel Mekanisme pengukuran dengan surya dengan sun Pelacakan panel surya tanpa sun tracker dan tanpa sun Matahari tracker tracker Beserta Fasilitas Telekontrol Hemat Energi Nama, Tahun Permadi (2008)
Judul
11
Tabel 2.1 Perbedaan rencana penelitian dengan penelitian terdahulu (lanjutan) Perbedaan Judul Penelitian Rencana Penelitian Sebelumnya Nugraha Rancang Melakukan pengolahan Tidak melakukan (2011) Bangun energi yang dihasilkan pengolahan energi Pendeteksi sel surya dengan yang dihasilkan sel Posisi Sinar inverter, Menggunakan surya dengan Matahari untuk 2 LDR, Single Axis, inverter Mengoptimalkan tidak membandingkan Menggunakan 4 Energi Solar Sel hasil pengukuran LDR, dual axis, dengan panel surya membandingkan sel tanpa sun tracker surya dengan sun tracker dan tanpa sun tracker Susilo Perancangan Membandingkan Membandingkan (2012) Solar Tracker kinerja sun tracker tegangan dan arus sel sebagai dengan fuzzy logic dan surya dengan sun Peningkatan tanpa fuzzy logic tracker dan tanpa Efisiensi Energi sun tracker Listrik yang Dihasilkan Panel Surya dengan Menggunakan Logika Kabur (Fuzzy Logic) Simatupang Rancang Menggunakan Menggunakan LDR dkk. (2013) Bangun dan Uji photodioda sebagai sebagai sensor, LDR Coba Solar sensor, photodioda sulit dapat mendeteksi Tracker pada mendeteksi sumber sumber cahaya dari Panel Surya cahaya yang berada di berbagai arah saat Berbasis daerah tertentu (daerah berada di posisi awal Mikrokontroler A, bisa dilihat pada (menghadap ke atas) ATMega16 Gambar 2.2) Nama, Tahun
BAB III DASAR TEORI 3.1 Sun Tracker
Sun / solar tracker adalah perangkat yang mengorientasikan muatan ke arah matahari. Muatannya dapat berupa panel fotovoltaik/photovoltaic (panel surya), reflektor, lensa, atau perangkat optik lainnya. Dalam aplikasi panel surya layar datar, sun tracker digunakan untuk meminimalkan sudut insiden (i) antara sinar matahari yang masuk dan panel surya. Hal ini dapat meningkatkan jumlah energi lisktrik yang dihasilkan sebuah pembangkit listrik tenaga surya.
Gambar 3.1 Salah Satu PLTS di Amerika Serikat (U.S. Air Force, 2007)
Optik dalam aplikasi surya terkonsentrasi menerima komponen langsung cahaya matahari dan karena itu harus berorientasi tepat untuk mengumpulkan energi. Sistem pelacakan ditemukan di semua aplikasi konsentrator karena sistem tersebut tidak menghasilkan energi kecuali menunjuk matahari. Sinar matahari memiliki dua komponen, sinar matahari langsung yang membawa 90 % energi matahari dan sinar matahari menyebar yang membawa sisanya. Energi yang 12
13
disumbangkan oleh sinar langsung menurun dengan cosinus dari sudut antara cahaya yang masuk dan panel (Neil Clarke, 2011).
Gambar 3.2 Prosentase Sinar Matahari Langsung yang Hilang karena Sudut i
(Neil Clarke, 2011)
Ada beberapa jenis sun tracker, berdasarkan jumlah sumbunya dibagi menjadi single axis tracker (pelacak sumbu tunggal) dan dual axis tracker (pelacak sumbu ganda). Pelacak matahari dengan sumbu ganda dapat melakukan optimalisasi penyerapan cahaya yang lebih baik daripada pelacak sumbu tunggal. Gambar 3.3 adalah grafik yang menunjukkan perbandingan prosentase peningkatan energi dari beberapa sistem tracking terhadap panel surya tanpa tracking dan tilting (pemiringan) yang didasarkan pada studi rinci lebih dari 180 situs surya di Amerika Utara yang dilakukan oleh Dr. David Lubitz, Asisten Profesor Teknik di Universitas Guelph di Ontario.
14
Gambar 3.3 Perbandingan Peningkatan Energi Beberapa Sistem Tracking (David Lubitz, 2010) Sumbu x menunjukkan nilai Sky Clearness Index, yaitu ukuran dari berapa banyak polusi dan faktor awan yang menyerap, merefleksikan, atau membiaskan cahaya mahatari. Kejelasan rendah adalah cahaya menyebar seperti hari kabur atau mendung. Sedangkan kejelasan tinggi di atas 0,7 atau 0,8 adalah hari yang sangat cerah dengan sedikit polusi di atmosfer. Ini adalah cahaya spekular seperti di daerah gurun dan khatulistiwa (David Cooke, 2011).
3.2 Arduino Uno Arduino Uno adalah sebuah board mikrokontroler yang didasarkan pada mikrokontroler ATmega328. Arduino Uno mempunyai 14 pin digital input/output (6 di antaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah osilator kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ICSP header, dan sebuat tombol reset. Arduino Uno memuat semua yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke sebuah komputer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya. Arduino Uno berbeda
15
dari semua board Arduino sebelumnya, Arduino Uno tidak menggunakan chip driver FTDI USB-to-serial. Sebaliknya, fitur-fitur Atmega16U2 (Atmega8U2 sampai ke versi R2) diprogram sebagai sebuah pengubah USB ke serial. Revisi 2 dari board Arduino Uno mempunyai sebuah resistor yang menarik garis 8U2 HWB ke ground, yang membuatnya lebih mudah untuk diletakkan ke dalam DFU mode. Tabel 3.1 Spesifikasi Arduino Uno (Suhendri, 2013) Mikrokontroler Tegangan pengoperasian Tegangan input yang disarankan Batas tegangan input Jumlah pin I/O digital Jumlah pin input analog Arus DC tiap pin I/O Arus DC untuk pin 3.3V Memori Flash SRAM EEPROM Clock Speed
ATmega328 5V 7-12V 6-20V 14 (6 di antaranya menyediakan keluaran PWM) 6 40 mA 50 mA 32 KB (ATmega328), sekitar 0.5 KB digunakan oleh bootloader 2 KB (ATmega328) 1 KB (ATmega328) 16 MHz
Arduino UNO dapat disuplai melalui koneksi USB atau dengan sebuah power suplai eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Suplai eksternal (non-USB) dapat diperoleh dari sebuah adaptor AC ke DC atau baterai. Adaptor dapat dihubungkan dengan mencolokkan sebuah center-positive plug yang panjangnya 2,1 mm ke power jack dari board. Kabel lead dari sebuah battery dapat dimasukkan dalam header/kepala pin Ground (Gnd) dan pin Vin dari konektor power. Board Arduino Uno dapat beroperasi pada sebuah suplai eksternal 6 sampai 20 Volt. Jika disuplai dengan yang lebih kecil dari 7 V, boleh jadi pin 5 Volt mungkin mensuplai lebih kecil dari 5 Volt dan board Arduino Uno bisa menjadi tidak stabil. Jika menggunakan suplai yang lebih dari besar 12 Volt, voltage regulator bisa kelebihan panas dan membahayakan board Arduino Uno.
16
Range yang direkomendasikan adalah 7 sampai 12 Volt. Pin-pin dayanya adalah sebagai berikut: VIN. Tegangan input ke Arduino board ketika board sedang menggunakan
sumber suplai eksternal (seperti 5 Volt dari koneksi USB atau sumber tenaga lainnya yang diatur). Kita dapat menyuplai tegangan melalui pin ini. 5V. Pin output ini merupakan tegangan 5 Volt yang diatur dari regulator
pada board. Board dapat disuplai dengan salah satu suplai dari DC power jack (7-12V), USB connector (5V), atau pin VIN dari board (7-12). Penyuplaian tegangan melalui pin 5V atau 3,3V mem-bypass regulator, dan dapat membahayakan board. Hal itu tidak dianjurkan. 3V3. Sebuah suplai 3,3 Volt dihasilkan oleh regulator pada board. Arus
maksimum yang dapat dilalui adalah 50 mA. GND. Pin ground.
ATmega328 mempunyai 32 KB memori (dengan 0,5 KB digunakan untuk bootloader). ATmega 328 juga mempunyai 2 KB SRAM dan 1 KB EEPROM (yang dapat dibaca dan ditulis (RW/read and written) dengan EEPROM library). Setiap 14 pin digital pada Arduino Uno dapat digunakan sebagai input dan output, menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Fungsi-fungsi tersebut beroperasi di tegangan 5 Volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima suatu arus maksimum 40 mA dan mempunyai sebuah resistor pull-up (terputus secara default) 20-50 kOhm. Selain itu, beberapa pin mempunyai fungsifungsi spesial: Serial: 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan
memancarkan (TX) serial data TTL (Transistor-Transistor Logic). Kedua pin ini dihubungkan ke pin-pin yang sesuai dari chip Serial Atmega8U2 USB-ke-TTL. External Interrupts: 2 dan 3. Pin-pin ini dapat dikonfigurasikan untuk
dipicu sebuah interrupt (gangguan) pada sebuah nilai rendah, suatu kenaikan atau penurunan yang besar, atau suatu perubahan nilai. Lihat fungsi attachInterrupt() untuk lebih jelasnya.
17
PWM: 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Memberikan 8-bit PWM output dengan
fungsi analogWrite(). SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin-pin ini mensupport
komunikasi SPI menggunakan SPI library. LED: 13. Ada sebuah LED yang terpasang, terhubung ke pin digital 13.
Ketika pin bernilai HIGH LED menyala, ketika pin bernilai LOW LED mati. Arduino Uno mempunyai 6 input analog, diberi label A0 sampai A5, setiapnya memberikan 10 bit resolusi (contohnya 1024 nilai yang berbeda). Secara default, 6 input analog tersebut mengukur dari ground sampai tegangan 5 Volt, dengan itu mungkin untuk mengganti batas atas dari rangenya dengan menggunakan pin AREF dan fungsi analogReference(). Di sisi lain, beberapa pin mempunyai fungsi spesial: TWI: pin A4 atau SDA dan pin A5 atau SCL. Mensupport komunikasi
TWI dengan menggunakan Wire library Ada sepasang pin lainnya pada board: AREF.
Referensi
tegangan
untuk
input
analog.
Digunakan
dengan analogReference(). Reset. Membawa saluran ini LOW untuk me-reset mikrokontroler. Secara
khusus, digunakan untuk menambahkan sebuah tombol reset untuk melindungi yang memblock sesuatu pada board. Arduino UNO mempunyai sejumlah fasilitas untuk komunikasi dengan sebuah komputer, Arduino lainnya atau mikrokontroler lainnya. Atmega 328 menyediakan serial komunikasi UART TTL (5V), yang tersedia pada pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Sebuah Atmega 16U2 pada channel board serial komunikasinya melalui USB dan muncul sebagai sebuah port virtual ke software pada komputer. Firmware 16U2 menggunakan driver USB COM standar, dan tidak ada driver eksternal yang dibutuhkan. Bagaimanapun, pada Windows, sebuah file inf pasti dibutuhkan.
Software
Arduino
mencakup
sebuah
serial
monitor
yang
memungkinkan data tekstual terkirim ke dan dari board Arduino. LED RX dan TX pada board akan menyala ketika data sedang ditransmit melalui chip USB-to-
18
serial dan koneksi USB pada komputer (tapi tidak untuk komunikasi serial pada pin 0 dan 1). Sebuah Software Serial library memungkinkan untuk komunikasi serial pada beberapa pin digital UNO. Atmega328 juga mensupport komunikasi I2C (TWI) dan SPI. Software Arduino mencakup sebuah Wire library untuk memudahkan menggunakan bus I2C. Untuk komunikasi SPI, gunakan SPI library. Arduino UNO dapat diprogram dengan software Arduino. Pilih “Arduino Uno dari menu Tools > Board (termasuk mikrokontroler pada board). ATmega328 pada Arduino Uno hadir dengan sebuah bootloader yang memungkinkan kita untuk mengupload kode baru ke ATmega328 tanpa menggunakan pemrogram hardware eksternal. ATmega328 berkomunikasi menggunakan protokol STK500 asli (referensi, file C header).
Gambar 3.4 Tampilan Arduino Uno (Federico, 2011)
Panjang dan lebar maksimum dari PCB Arduino Uno masing-masingnya adalah 2.7 dan 2.1 inci, dengan konektor USB dan power jack yang memperluas dimensinya. Empat lubang sekrup memungkinkan board untuk dipasangkan ke sebuah permukaan atau kotak. Sebagai catatan, bahwa jarak antara pin digital 7 dan 8 adalah 160 mil. (0.16"), bukan sebuah kelipatan genap dari jarak 100 mil dari pin lainnya (Suhendri, 2013).
19
Program Arduino IDE (Integrated Development Environment) dapat diinstal dengan mudah di komputer bersistem operasi Windows. Ketika kita berhasil mendownload software tersebut di website resmi http://arduino.cc yang pertama dilakukan adalah mengekstrak file yang berekstensi .zip tersebut. Setelah kabel USB disambungkan maka Arduino akan terdeteksi sebagai Unkown Device di Device Manager. Selanjutnya Unknown Device ini diklik kanan dan dipilih Update Software Driver Browse my computer for driver software Browse, kemudian arahkan ke folder tempat kita menyimpan driver Arduino, berada satu folder dengan file yang di-download tadi. Lalu klik OK Next. Setelah selesai terinstal maka Unknown Device tadi berubah menjadi Arduino diikuti COM 9, atau angka yang lain sesuai port tempat kita menyambungkan Arduino. Maka Arduino.exe sudah siap dijalankan untuk memrogram board Arduino (Audah, 2013).
3.3 Light Dependent Resistor (LDR) Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) adalah salah satu jenis resistor yang dapat mengalami perubahan resistansinya apabila mengalami perubahan penerimaan cahaya. Besarnya nilai hambatan pada sensor cahaya LDR tergantung pada besar kecilnya cahaya yang diterima oleh LDR itu sendiri. LDR sering disebut dengan alat atau sensor yang berupa resistor yang peka terhadap cahaya. Biasanya LDR terbuat dari cadmium sulfida yaitu merupakan bahan semikonduktor yang resistansinya berubah-ubah menurut banyaknya cahaya (sinar) yang mengenainya. Resistansi LDR pada tempat yang gelap biasanya mencapai sekitar 10 MΩ, dan ditempat terang LDR mempunyai resistansi yang turun menjadi sekitar 150 Ω. Seperti halnya resistor konvensional, pemasangan LDR dalam suatu rangkaian sama persis seperti pemasangan resistor biasa. Simbol LDR dapat dilihat seperti pada Gambar 3.5.
20
Gambar 3.5 Simbol Dan Fisik Sensor Cahaya LDR (Purnamaa, 2012) Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) dapat digunakan sebagai : Sensor pada rangkaian saklar cahaya Sensor pada lampu otomatis Sensor pada alarm brankas Sensor pada tracker cahaya matahari Sensor pada kontrol arah solar cell Sensor pada robot line follower, dll
Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) adalah suatu bentuk komponen yang mempunyai perubahan resistansi yang besarnya tergantung pada cahaya. Karakteristik LDR terdiri dari dua macam yaitu Laju Recovery dan Respon Spektral sebagai berikut : 1. Laju Recovery Sensor Cahaya LDR Bila sebuah Sensor Cahaya LDR dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya tertentu ke dalam suatu ruangan yang gelap, maka bisa kita amati bahwa nilai resistansi dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada keadaan ruangan gelap tersebut. Namun LDR tersebut hanya akan bisa mencapai harga di kegelapan setelah mengalami selang waktu tertentu. Laju recovery merupakan suatu ukuran praktis dan suatu kenaikan nilai resistansi dalam waktu tertentu. Harga ini ditulis dalam
21
K/detik, untuk LDR tipe arus harganya lebih besar dari 200K/detik(selama 20 menit pertama mulai dari level cahaya 100 lux), kecepatan tersebut akan lebih tinggi pada arah sebaliknya, yaitu pindah dari tempat gelap ke tempat terang yang memerlukan waktu kurang dari 10 ms untuk mencapai resistansi yang sesuai dengan level cahaya 400 lux. 2. Respon Spektral Sensor Cahaya LDR Sensor Cahaya LDR tidak mempunyai sensitivitas yang sama untuk setiap panjang gelombang cahaya yang jatuh padanya (yaitu warna). Bahan yang biasa digunakan sebagai penghantar arus listrik yaitu tembaga, aluminium, baja, emas dan perak. Dari kelima bahan tersebut tembaga merupakan penghantar yang paling banyak, digunakan karena mempunyai daya hantar yang baik (TEDC,1998) Resistansi Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) akan berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya atau yang ada disekitarnya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10MΩ dan dalam keadaan terang sebesar 1KΩ atau kurang. LDR terbuat dari bahan semikonduktor seperti kadmium sulfida. Dengan bahan ini energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak muatan yang dilepas atau arus listrik meningkat. Artinya resistansi bahan telah mengalami penurunan (Purnamaa, 2012).
3.4 Motor Servo Motor servo adalah sebuah motor DC yang dilengkapi rangkaian kendali dengan sistem closed feedback yang terintegrasi dalam motor tersebut. Pada motor servo posisi putaran sumbu (axis) dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo.
22
Gambar 3.6 Motor Servo (Purnamab, 2012)
Motor servo disusun dari sebuah motor DC, gearbox, variabel resistor (VR) atau potensiometer dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas maksimum putaran sumbu (axis) motor servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang pada pin kontrol motor servo.
Gambar 3.7 Konstruksi Motor Servo (Purnamab, 2012)
Motor servo adalah motor yang mampu bekerja dua arah (CW dan CCW) dimana arah dan sudut pergerakan rotornya dapat dikendalikan dengan memberikan variasi lebar pulsa (duty cycle) sinyal PWM pada bagian pin kontrolnya. Ada dua jenis motor servo, yaitu :
23
1. Motor Servo Standar 180° Motor servo jenis ini hanya mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) dengan defleksi masing-masing sudut mencapai 90° sehingga total defleksi sudut dari kanan – tengah – kiri adalah 180°. 2. Motor Servo Continuous Motor servo jenis ini mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) tanpa batasan defleksi sudut putar (dapat berputar secara kontinyu). Operasional motor servo dikendalikan oleh sebuah pulsa selebar ± 20 ms, dimana lebar pulsa antara 0.5 ms dan 2 ms menyatakan akhir dari range sudut maksimum. Apabila motor servo diberikan pulsa dengan besar 1.5 ms mencapai gerakan 90°, maka bila kita berikan pulsa kurang dari 1.5 ms maka posisi mendekati 0° dan bila kita berikan pulsa lebih dari 1.5 ms maka posisi mendekati 180°.
Gambar 3.8 Pulsa Kendali Motor Servo (Saripudin, 2012)
Motor Servo akan bekerja secara baik jika pada bagian pin kontrolnya diberikan sinyal PWM dengan frekuensi 50 Hz. Dimana pada saat sinyal dengan frekuensi 50 Hz tersebut dicapai pada kondisi Ton duty cycle 1.5 ms, maka rotor dari motor akan berhenti tepat di tengah-tengah (sudut 0°/ netral). Pada saat Ton duty cycle dari sinyal yang diberikan kurang dari 1.5 ms, maka rotor akan berputar ke berlawanan arah jarum jam (Counter Clock wise, CCW) dengan membentuk sudut yang besarnya linier terhadap besarnya Ton duty cycle, dan akan bertahan di posisi tersebut. Dan sebaliknya, jika Ton duty cycle dari sinyal yang diberikan
24
lebih dari 1.5 ms, maka rotor akan berputar searah jarum jam (Clock Wise, CW) dengan membentuk sudut yang linier pula terhadap besarnya Ton duty cycle, dan bertahan di posisi tersebut (Purnamab, 2012).
3.5 Solar cell (Sel Surya) Solar cell atau disebut Photovoltaic adalah alat yang dapat mengkonversi cahaya matahari secara langsung untuk diubah menjadi listrik. Kata photovoltaic biasa disingkat dengan PV. Bahan semikonduktor seperti silicon, gallium arsenide, dan cadmium telluride atau copper indium deselenide biasanya digunakan sebagai bahan bakunya. Solar cell crystalline biasanya digunakan secara luas untuk pembuatan solar cell. Jenis-jenis solar cell antara lain: 1. Single crystalline Yaitu kristal yang mempunyai satu jenis macamnya, tipe ini dalam perkembangannya mampu menghasilkan efisiensi yang sangat tinggi. Jenis single crystalline antara lain: a. Gallium Arsenide Cell Gallium arsenide cell sangat efisien dari semua sel, tetapi harganya sangat mahal. Efisiensi dari sel ini mampu mencapai 25 persen b. Cadmium Sulfide Cell Cadmium sulfide cell ini merupakan suatu bahan yang dapat dipertimbangkan dalam pembuatan sel surya, karena harga yang murah dan mudah dalam proses pembuatannya 2. Polycrystalline cell Polycristalline cell merupakan kristal yang banyak macamnya, terbuat dari kristal silikon dengan efisiensi 10-12 persen. 3. Amorphous Silikon Cell Amorphous berarti tidak memakai kristal struktur atau non kristal, bahan yang digunakan berupa proses film yang tipis dengan efisiensi sekitar 4-6 persen
25
4. Copper indium diselenide (CIS) cells Bahan semikonduktor yang aktif dalam sel surya CIS adalah copper indium diselenide. Senyawa CIS sering juga merupakan paduan dengan gallium dan / atau belerang. Efisiensi 9 persen sampai 11 persen. 5. Cadmium telluride (CdTe) cells Sel surya CdTe diproduksi pada substrat kaca dengan lapisan konduktor TCO transparan biasanya terbuat dari indium tin oxide (ITO) sebagai kontak depan. Efisiensi 1 persen hingga 8,5 persen per efisiensi modul. 6. Dye sensitized Prinsip kerja Dye sensitized yaitu menyerap cahaya dalam pewarna organik mirip dengan cara di mana tanaman menggunakan klorofil untuk menangkap energi dari sinar matahari dengan fotosintesis (Muchammad, 2010). Sel surya memiliki beberapa karakteristik yang perlu diketahui, karakteristik tersebut antara lain: 1. Tegangan Rangkaian Terbuka (Voc) Voc adalah tegangan yang dibaca pada saat arus tidak mengalir atau bisa disebut juga arus sama dengan nol. Cara untuk mencapai open circuit (Voc) yaitu dengan menghubungkan kutub positif dan kutub negatif modul surya dengan voltmeter, sehingga akan terlihat nilai tegangan open circuit sel surya pada voltmeter. 2. Arus Hubung Singkat (Isc) Isc adalah arus maksimal yang dihasilkan oleh modul sel surya dengan cara menge-short-kan kutub positif dengan kutub negatif pada modul surya. Dan nilai Isc akan terbaca pada amperemeter. Arus yang dihasilkan modul surya dapat menentukan seberapa cepat modul tersebut mengisi sebuah baterai. Selain itu, arus dari modul surya juga menentukan daya maksimum dari alat yang digunakan. 3. Efek Perubahan Intensitas Cahaya Matahari Apabila jumlah energi cahaya matahari yang diterima sel surya berkurang atau intensitas cahayanya melemah seperti Gambar 3.8, maka besar
26
tegangan dan arus listrik yang dihasilkan juga akan menurun. Penurunan tegangan relatif lebih kecil dibandingkan penurunan arus listriknya.
Grafik 3.1 Kurva tegangan – arus sel surya terhadap Intensitas (Satwiko, 2012) 4. Efek Perubahan Suhu pada Sel surya Sel surya akan bekerja secara optimum pada suhu konstan yaitu 25oC. Jika suhu disekitar sel surya meningkat melebihi 25oC, maka akan mempengaruhi fill factor sehingga tegangan akan berkurang seperti Gambar 3.9. Selain itu, efisiensi sel surya juga akan menurun beberapa persen. Sedangkan sebaliknya, arus yang dihasilkan akan meningkat seiring dengan meningkatnya suhu pada sel surya (Satwiko, 2012).
Grafik 3.2 Kurva tegangan – arus pada sel surya terhadap perubahan suhu (Satwiko, 2012)
BAB IV ANALISA DAN PERANCANGAN ALAT
Bab ini menjelaskan tentang perancangan dual axis sun tracker dengan Arduino Uno. Perancangan alat ini terdiri dari dua bagian yaitu perancangan perangkat keras (hardware) dan perancangan perangkat lunak (software). Perancangan hardware meliputi perancangan sun tracker mencakup rangkaian sensor, motor servo, Arduino Uno dan perancangan power supply 9V untuk suplai tegangan ke Arduino Uno. Sedangan perancangan software meliputi pembuatan program yang ditanam di Arduino Uno untuk mengontrol sistem.
4.1 Blok Diagram Sistem Secara umum sistem sun tracking yang dirancang dapat digambarkan dalam blok diagram berikut :
Sensor LDR0 Sensor LDR1
Pemroses Arduino Uno
Sensor LDR2
Motor servo sumbu y Motor servo sumbu x
Sensor LDR3
Gambar 4.1 Blok Diagram Sistem Gambar 4.1 menunjukkan blok diagram dari sistem sun tracking sumbu ganda dengan Arduino Uno. Blok diagram ini terdiri dari beberapa bagian sebagai berikut : 1. Sensor LDR0 Rangkaian sensor LDR (Light Dependent Resistor) yang sensitif terhadap intensitas cahaya di sekitarnya akan memberikan masukan pada Arduino berupa tegangan. LDR0 bersama dengan LDR 2 digunakan untuk 27
28
membandingkan cahaya antara sisi utara alat dan sisi selatan alat. LDR0 terletak di sebelah utara. Jika rangkaian sensor LDR0 memberi tegangan lebih besar dari rangkaian sensor LDR2 artinya cahaya di utara lebih terang daripada sebelah selatan maka sun tracker bergerak ke utara dengan motor servo sumbu y. 2. Sensor LDR1 LDR1 bersama dengan LDR3 digunakan untuk membandingkan cahaya antara sisi timur alat dan sisi barat alat. LDR1 terletak di sebelah timur. Jika rangkaian sensor LDR1 memberi tegangan lebih besar dari rangkaian sensor LDR3 maka sun tracker digerakkan ke timur oleh motor servo sumbu x. 3. Sensor LDR2 LDR2 terletak di sebelah selatan, gunanya untuk mengukur intensitas cahaya di selatan alat. Lalu dibandingkan dengan LDR0. Jika tegangan keluaran rangkaian sensor LDR2 lebih besar dari LDR0 maka sun tracker digerakkan ke selatan oleh motor servo sumbu y. 4. Sensor LDR3 LDR3 digunakan untuk menentukan mengukur intensitas cahaya di sebelah barat. Sun Tracker akan digerakkan ke barat oleh motor servo sumbu x jika output rangkaian sensor LDR3 lebih besar dari LDR1. 5. Arduino Uno Arduino Uno dengan mikrokontroler Atmega 328 menerima input tegangan dari rangkaian sensor kemudian memprosesnya dan menentukan gerak dari dua motor servo. Tegangan input yang diterima Arduino Uno akan berbanding lurus dengan intensitas cahaya yang diterima LDR. 6. Motor servo sumbu x Motor servo Tower Pro MG90 sebagai aktuator akan menggerakkan sun tracker, dan pada implementasinya digunakan untuk menggerakkan solar cell. Motor servo sumbu x akan menggerakkan sun tracker ke arah barat atau timur berdasarkan tegangan keluaran rangkaian sensor LDR1 dan LDR3.
29
7. Motor servo sumbu y Motor servo sumbu y akan menggerakkan sun tracker ke arah utara atau selatan berdasarkan tegangan keluaran rangkaian sensor LDR0 dan LDR2.
4.2 Perancangan Perangkat Keras (Hardware) Perancangan perangkat keras meliputi perancangan perancangan power supply 9 V, dual axis sun tracker, dan sel surya.
4.2.1 Perancangan Power Supply 9 V Arduino Uno bekerja dengan baik pada tegangan masukan 7-12 V, sehingga pada penelitian ini dirancang catu daya 9 V.
Gambar 4.2 Rangkaian Power Supply 9 V
Gambar 4.2 adalah Rangkaian Power Supply 9 V yang terdiri dari Trafo 12 V 1 A, empat buah dioda, satu kapasitor 1000 µF, tiga buah kapasitor 100 nF, dan IC regulator tegangan 7809. Trafo 12 V berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik rumah tangga sebesar 220 V menjadi 12 V. Empat buah dioda IN4002 digunakan untuk menyearahkan tegangan bolak-balik. Regulator tegangan 7809 digunakan untuk mengatur tegangan menjadi 9 V. Sedangkan kapasitor yang terpasang paralel berfungsi sebagai filter agar tidak ada ripple pada tegangan keluaran. Selanjutnya tegangan 9 V dari catu daya ini disambungkan ke input tegangan dari Arduino Uno.
30
4.2.2 Perancangan Prototipe Dual Axis Sun Tracker Sistem sun tracker pada penelitian ini terdiri dari empat buah LDR, 4 buah resistor 10 KΩ, Arduino Uno, dua motor servo Tower Pro MG90, dan rangkaian mekaniknya.
SERVO2
SERVO1
Gambar 4.3 Skema Dual Axis Sun Tracker Rangkaian pada Gambar 4.3 terdiri dari : 1. Light Dependent Resistor (LDR) sejumlah empat buah untuk empat sisi; utara (LDR0), selatan (LDR2), timur (LDR1), dan barat (LDR3). Masing-masing LDR tersekat oleh papan yang membayangi LDR ketika disinari cahaya dari satu sisinya. Satu sisi LDR dihubungkan ke tegangan 5 V dari Arduino dan satu sisi lainnya dihubungkan ke resistor 10 kΩ. LDR akan berubah resistansinya ketika terkena cahaya. Semakin besar intensitas cahaya yang mengenainya maka resistansi LDR semakin menurun. Jika resistansi LDR menurun maka semakin menurun pula tegangannya berdasarkan rumus V= IR. Sedangkan tegangan resistor semakin tinggi. Dari sini ditarik kesimpulan bahwa peningkatan tegangan
31
resistor 10 kΩ berbanding lurus dengan banyaknya intensitas cahaya yang mengenai LDR.
Gambar 4.4 Desain Tata Letak LDR 2. Resistor 10 kΩ berjumlah empat buah dihubungkan dengan LDR dan ground. Fungsinya seperti dijelaskan sebelumnya yaitu untuk mencari tegangan output dari rangkaian sensor LDR dengan prinsip rangkai pembagi tegangan.
Gambar 4.5 Tegangan Keluaran Rangkaian LDR 3. Arduino Uno berperan sebagai pusat kendali dari sistem. Dia menerima input berupa tegangan resistor yang dijadikan sebagai informasi seberapa besar intensitas cahaya di sekitar LDR. Tegangan dari keempat LDR masuk ke pin Analog In A0, A1, A2, dan A3. Pin-pin Analog In menerima tegangan 0-5 V yang akan dikonversikan ke data digital dalam skala 0- 1023.
32
4. Motor servo Tower Pro MG90, adalah micro servo berukuran 23 mm x 12,2 mm x 29 mm dengan massa 14 gram. Torsi motor servo ini sebesar 2,2 kg.cm pada input tegangan 4,8 V dan 2,5 kg.cm pada input tegangan 6 V (Towerpro, 2007). Gear (roda gigi) dari motor servo ini bertipe metal. Ada dua motor servo yang digunakan pada rancangan sistem ini untuk menggerakkan tracker pada sumbu x dan sumbu y. Servo pertama bergerak berdasarkan tegangan keluaran sensor LDR0 dan LDR2 (sumbu y) dan menerima suplai dari pin 9 Arduino Uno, sedang servo kedua bergerak berdasarkan tegangan keluaran sensor LDR1 dan LDR3 (sumbu x) serta menerima suplai PWM (Pulse Width Modulation) dari pin 11 Arduino Uno.
Gambar 4.6 Desain mekanik motor tampak atas
Prinsip kerja dari sistem ini adalah : 1. Jika LDR0 menerima cahaya lebih besar dari LDR2 –itu artinya sumber cahaya ada di sebelah utara sun tracker- maka Vout LDR0 lebih besar dari Vout LDR2. Ini akan dibaca oleh mikrokontroler dan dicek apakah perbedaannya melebihi toleransi perbedaan atau tidak. Jika iya maka mikrokontroler akan memerintahkan motor servo1 untuk berputar
33
berlawanan arah jarum jam (CCW) dengan menambah nilai PWM yang disuplai ke motor. Sebaliknya jika Vout LDR2 lebih besar dan perbedaannya melebihi toleransi maka motor servo akan diputar searah jarum jam (CW) dengan mengurangi nilai PWM-nya. 2. Jika LDR1 menerima cahaya lebih besar dari LDR3 –berarti sumber cahaya ada di sebelah timur sun tracker- maka Vout LDR1 lebih besar dari Vout LDR3. Sinyal ini akan dibaca oleh mikrokontroler dan dicek apakah perbedaannya melebihi toleransi perbedaan atau tidak. Jika iya maka Arduino akan memerintahkan motor servo2 untuk berputar searah jarum jam (CW) dengan mengurangi nilai PWM yang disuplai ke motor. Dan sebaliknya jika Vout LDR3 lebih besar dan perbedaannya melebihi toleransi maka motor servo2 akan diputar berlawanan arah jarum jam (CCW) dengan menambah nilai PWM-nya. 3. Pada kondisi awal dinyalakan, sun tracker diposisikan tegak lurus ke atas. Jika dia mendeteksi sumber cahaya maka dia akan bergerak mengarah ke sumber cahaya itu.
4.2.3 Perancangan Sel Surya sebagai Obyek Obyek yang diorientasikan ke matahari dengan sun tracker ini adalah sel surya. Sel surya yang akan digunakan adalah sel surya amorphous berdimensi 70mm(p) x 55mm(l) dan ketebalan 2mm. Sel surya ini memiliki tegangan output makximal sekitar 10 V dan arus 30 mA. Ada dua sel surya yang digunakan. Satu dipasang pada sun tracker dan yang satunya diposisikan tidak berubah selalu menghadap ke atas. Kemudian dibandingkan tegangan rangkaian terbuka dan arus hubung singkat yang dihasilkan antara keduanya dengan mengukurnya menggunakan multimeter. Sel surya yang dipasang ditempatkan di samping LDR3 seperti pada Gambar 4.7.
34
Gambar 4.7 Penempatan sel surya
4.3 Perancangan Perangkat Lunak (Software) Pembuatan program sistem ini menggunakan software Arduino Integrated Development Environment (IDE). Program perangkat lunak di Arduino IDE disebut sketch. Program ditulis, di-compile, dan di-upload ke Arduino Uno dengan Arduino IDE ini. Flowchart program yang dirancang untuk sistem ini ditampilkan pada Gambar 4.8.
35
Gambar 4.8 Flowchart Program
36
4.4 Perancangan Pengujian Pengujian yang akan dilakukan pada alat ada dua macam, yaitu pengujian dalam skala lab menggunakan lampu senter dan pengujian di bawah sinar matahari langsung. Pengujian dengan lampu senter di dalam ruangan bertujuan untuk mengetahui kepekaan dual axis sun tracker terhadap cahaya lampu senter yang digerakkan, sehingga diketahui apakah alat ini peka terhadap pergerakan dari sumber cahaya. Lampu senter diarahkan ke sun tracker pada saat berada di berbagai posisi, di depan, belakang, samping dan atas sun tracker. Lalu diamati apakah sun tracker merespon pergerakan lampu senter dengan berusaha mengarah kepadanya. Pengujian di bawah sinar matahari dilakukan menggunakan dua sel surya, yang salah satunya terpasang pada sun tracker dan yang lain posisinya tetap mengarah ke atas. Pengujian ini bertujuan untuk mengamati respon sun tracker terhadap pergerakan matahari dan membandingkan tegangan rangkaian terbuka dan arus hubung singkat yang dihasilkan sel surya yang terpasang pada sun tracker dan yang posisinya tetap. Tegangan rangkaian terbuka diukur dengan menghubungkan kutub positif dan negatif sel surya dengan probe multimeter yang sudah diatur
sebagai
voltmeter.
Arus hubung singkat
diukur
dengan
menghubungkan kutub positif dan negatif sel surya dengan probe multimeter yang sudah diatur sebagai amperemeter.
BAB V IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN
Bab ini akan menjelaskan implementasi dan hasil pengujian dari rancangan prototipe dual axis sun tracker dengan LDR (Light Dependent Resistor) menggunakan Arduino Uno. Pada implementasinya sun tracker digunakan untuk mengarahkan obyek ke matahari. Sedangkan pengujian alat ini menggunakan dua metode, yaitu dengan lampu senter dan dengan cahaya matahari.
Gambar 5.1 Prototipe dual axis sun tracker dengan sensor LDR menggunakan Arduino Uno
5.1 Implementasi Alat Implementasi alat dibagi menjadi dua bagian yaitu implementasi hardware (perangkat keras) dan implementasi software (perangkat lunak).
5.1.1 Implementasi Hardware Perangkat keras dari prototipe ini terdiri dari: 1. Power Supply 9V Power Supply 9V berfungsi untuk memberi input daya pada Arduino Uno. Power supply ini telah bekerja dengan baik sesuai dengan rancangan. 37
38
Kemudian dilengkapi sebuah saklar untuk mengontrol on-off sun tracker. Di bawah ini adalah gambar dari rangkaian power supply 9V.
Gambar 5.2 Rangkaian power supply 9V
2. Light Dependent Resistor (LDR) LDR sebagai sensor yang mendeteksi cahaya menjadi salah satu komponen terpenting dari sistem dual axis sun tracker ini sehingga perlu dilakukan pengujian terhadapnya. Pengujian LDR dilakukan dengan mengukur resistansi keempat LDR pada kondisi terang dan kondisi gelap. Lalu resistansi tersebut dikonversikan ke dalam nilai desimal yang dihasilkan ADC (Analog to Digital Converter) yang mengkonversi tegangan output dari rangkaian resistor 10 kΩ dan LDR. Tabel 5.1 Kalibrasi LDR Nama LDR LDR0 LDR1 LDR2 LDR3
Kondisi gelap Resistansi Nilai (Ω) ADC ( ) 10,78 k 492 10,72 k 493 10,54 k 498 10,48 k 499
Kondisi terang Resistansi Nilai (Ω) ADC ( ) 222 1000 264 996 245 998 279 995
Rentang nilai ADC gelap-terang 508 503 500 496
Rentang nilai ADC gelap-terang adalah nilai ADC LDR pada kondisi terang ( ) dikurangi nilai ADC LDR pada kondisi gelap ( ) seperti dirumuskan pada Persamaan 5.1. =
−
................................ (5.1)
Jika keadaan gelap dimisalkan dengan angka nol (0) dan keadaan terang dimisalkan dengan angka seratus (100) maka ada 100 step dari gelap ke terang.
39
Untuk perubahan setiap step perubahan nilai ADC yang dibutuhkan adalah besar rentang nilai ADC gelap ke terang dibagi 100 atau digambarkan dalam Persamaan 5.2. =
................................ (5.2)
Berdasarkan persamaan di atas maka diperoleh data sebagaimana Tabel 5.2. Tabel 5.2 Skala 0-100 rentang nilai ADC gelap-terang Nama LDR LDR0 LDR1 LDR2 LDR3
Rentang nilai ADC gelap-terang 508 503 500 496
Nilai ADC per step 5,08 5,03 5,00 4,96
Pembulatan 5 5 5 5
Untuk berubah satu step nilai ADC LDR0 harus berubah 5,08, LDR1 5,03, LDR2 5,00, dan LDR3 4,96. Karena nilai ADC adalah bilangan bulat maka nilai ADC per step pada masing-masing LDR adalah 5 sebab simpangan 0,08 pada LDR0, 0,03 pada LDR1, dan 0,04 pada LDR3 dari angka 5,00 bisa diabaikan karena tidak signifikan. Jadi rentang nilai ADC gelap ke terang dari keempat LDR tidak memiliki perbedaan yang signifikan sehingga tidak membutuhkan penyesuaian skala rentang antar LDR. 3. Dual Axis Sun Tracker Ini terdiri dari rangkaian sensor dan motor servo beserta mekanikanya yang diletakkan di atas box tempat power supply dan Arduino Uno. Ketika tombol saklar di-on-kan sun tracker memposisikan diri tegak ke atas kemudian keempat LDR yang masing-masing disekat papan merespon kondisi cahaya di sekitarnya dan rangkaian sensor akan memberi input tegangan ke pin analog arduino. Arduino lalu memproses data tersebut dan memberi tegangan PWM sebagai outputnya untuk dicatu ke motor servo. Gambar rangkaian sun tracker dapat dilihat di Gambar 5.3. Sebagaimana perancangannya sebuah motor servo menggerakkan sun tracker ke barat dan timur (sumbu x) dan yang lainnya menggerakkan ke utara dan selatan (sumbu y).
40
Gambar 5.3 Dual axis sun tracker
4. Sel Surya Sel surya pada penelitian ini berfungsi sebagai obyek yang diorientasikan ke matahari. Penggunaan sel surya dimaksudkan untuk melakukan pengujian apakah sun tracker dapat mengoptimalkan tegangan dan arus yang dihasilkan oleh sel surya tersebut. Digunakan dua buah sel surya yang sama spesifikasinya, satu dipasang pada sun tracker dan yang lain diposisikan tetap menghadap ke atas (langit). Tegangan dan arus yang dihasilkan keduanya kemudian dibandingkan dan dihitung berapa prosentase peningkatannya terhadap sel surya yang tidak dilengkapi sun tracker. Tegangan dan arus diukur menggunakan multimeter dengan menghubungkan probe pada kutub positif dan negatif sel surya.
Gambar 5.4 Sel surya pada prototipe dual axis sun tracker
41
5.1.2 Implementasi Software Program Arduino ditulis, di-compile, dan di-upload di Arduino IDE (Integrated Development Environment). Pertama-tama harus disertakan library servo.h terlebih dahulu pada program dengan listing : 1 #include
Dengan menggunakan library ini setting motor servo dapat dilakukan dengan mudah. Nilai PWM dikonversi ke dalam bentuk derajat sehingga memudahkan programmer. Kemudian dilakukan inisialisasi terhadap servo dan pemberian nilai awal PWM servo: 2 Servo vertical; 3
int servov = 90;
4
Servo horizontal;
5
int servoh = 90 ;
6
void setup ()
7
{
8
Serial.begin(9600);
9
horizontal.attach(10);
10
vertical.attach(9);
11 }
Nilai PWM awal pada kedua servo adalah 90 (90o) karena servo dibuat tegak lurus ke atas. Pembacaan tegangan dari rangkaian sensor dilakukan dengan menuliskan listing sebagai berikut: 18 int a = analogRead(ldr0); 19 int b = analogRead(ldr1); 20 int c = analogRead(ldr2); 21 int d = analogRead(ldr3);
Setelah itu dicari perbedaan tegangan antara rangkaian sensor LDR0 dan LDR2, dan juga antara LDR1 dan LDR3 dengan listing program: 22 int dvert = (a - c); 23 int dhoriz = (b - d);
Kemudian program akan mengecek apakah perbedaan itu masih di bawah nilai toleransi atau tidak, pengecekkan menggunakan listing: if (-20 > dvert ||
42
dvert > 20). Dan jika jawabannya ia maka akan dilakukan pergerakkan sun tracker oleh motor servo. Arah gerakan bergantung pada tegangan keluaran dari rangkaian sensor mana yang lebih besar. 24 if (a > c) 25
{
26
servov = ++servov;
27
if (servov > 180)
28
{
29
servov = 180;
30
}
31
}
32
else if (a < c)
33
{
34
servov= --servov;
35
if (servov < 0)
36
{
37
servov = 0;
38
}
39
}
Jika tegangan keluaran rangkaian sensor LDR0 lebih besar dari LDR2 (a>c) maka nilai PWM ditambah dan sebaliknya. Batas nilai PWM maksimal adalah 180, hal ini diatur dengan listing “if (servov > 180) {servov = 180; }”. Sedangkan nilai minimal PWM adalah 0 “if (servov < 0){servov = 0; }”. Kemudian PWM disuplai ke servo
lewat
pin 9 dengan menuliskan
“vertical.write(servov);”. Lalu ditunda selama 0,1 s untuk ke perintah selanjutnya dengan listing “delay(100);”.
Sementara pergerakkan servo sumbu x (horisontal) bergantung pada perbedaan tegangan keluaran rangkaian LDR1 dan LDR3, jika perbedaannya lebih besar dari nilai toleransi maka PWM servo ini akan ditambah atau dikurangi: 43 if (-20 > dhoriz || dhoriz > 20) 44 45
{ if (b > d)
43
46
{
47
servoh = --servoh;
48
if (servoh < 0)
49
{
50
servoh = 0;
51
}
52
}
53
else if (b < d)
54
{
55
servoh = ++servoh;
56
if (servoh > 180)
57
{
59
Tegangan
servoh = 180;}}
PWM
akan
disuplai
melalui
pin
10
dengan
listing
“horizontal.write(servoh);” lalu ditunda lagi dari perintah selanjutnya dengan perintah “delay(100)”. Kemudian program akan looping (mengulang terus-menerus) dari proses pembacaan tegangan keluaran rangkaian LDR sampai perintah “delay” pada motor horisontal. Nilai toleransi yang dipilih adalah 20. Artinya beda toleransi beda tegangan antara Vout rangkaian LDR yang berseberangan adalah
×5
= 0,0978 . Angka 1023 adalah lebar range
pembacaan pin analog Arduino, yaitu 0-1023. Nilai 20 diperoleh setelah melakukan percobaan dengan beberapa nilai toleransi. Percobaan dilakukan dengan menggunakan lampu senter. Hasil percobaan terlihat pada Tabel 5.3. Tabel 5.3 Pengujian nilai toleransi Nilai Toleransi 500 400 300 200 100 50 20
Respon Sun Tracker Tidak mau mengarah ke senter Mulai dapat mengarah ke senter tetapi tidak akurat Dapat mengarah ke senter tapi masih kurang akurat Dapat mengarah ke senter tapi masih kurang akurat Dapat mengarah ke senter dengan cukup akurat tetapi tidak peka terhadap pergerakan kecil dari senter Dapat mengarah ke senter dengan akurat tetapi masih kurang peka terhadap pergerakan kecil dari senter Dapat mengarah ke senter dengan akurat dan cukup peka terhadap pergerakan kecil dari senter
44
5.2 Pengujian Alat Pengujian dimaksudkan untuk mengetahui apakah alat ini dapat bekerja dengan baik sesuai rancangan. Ada dua pengujian yang dilakukan pada alat ini, yaitu pengujian indoor dengan lampu senter dan pengujian outdoor di bawah sinar matahari langsung.
5.2.1 Pengujian dengan Lampu Senter Pengujian ini dilakukan di dalam ruangan untuk mengetahui sensitivitas alat terhadap cahaya lampu. Lampu senter diubah-ubah posisinya agar diketahui apakah sun tracker ini dapat melacak sumber cahaya dan mengarah kepadanya. Setelah dinyalakan sun tracker akan mengarah ke atas sesuai dengan perancangan yang dibuat. Hal ini bisa dilihat pada Gambar 5.5. Pada pengujian diambil beberapa posisi lampu senter terhadap prototipe dual axis sun tracker ini; depan, belakang, kanan, kiri, dan atas. Hasil dari pengujian bisa dilihat pada gambargambar di bawah ini.
Gambar 5.5 Keadaan awal sun tracker setelah dinyalakan
45
Gambar 5.6 Pengujian dengan lampu senter di mana lampu senter diposisikan di depan sun tracker
Gambar 5.7 Lampu senter berada di belakang sun tracker
46
Gambar 5.8 Lampu senter diposisikan di sebelah kanan sun tracker
Gambar 5.9 Lampu senter diubah posisinya ke sebelah kiri sun tracker
47
Gambar 5.10 Pengujian ketika lampu senter berada di atas sun tracker
Dari pengujian yang dilakukan dapat diketahui bahwa prototipe dual axis sun tracker yang telah dibuat dapat bekerja dengan cukup baik untuk merespon cahaya lampu senter. Sun tracker dapat mengarah mengikuti posisi lampu senter. Ketika posisi lampu senter di depan misalnya (Gambar 5.6), LDR2 menerima cahaya lebih banyak, sedang LDR0 terbayangi papan sehingga menerima sehikit cahaya. Motor servo sumbu y kemudian menggerakkan sun tracker ke depan dengan putaran searah jarum jam. Dan jika perbedaan intensitas cahaya yang diterima LDR1 dan LDR3 cukup signifikan maka motor servo sumbu x juga akan mengarahkannya ke arah LDR yang lebih banyak menerima cahaya.
5.2.2 Pengujian di Bawah Sinar Matahari Pengujian di bawah sinar matahari langsung dilakukan dengan menggunakan sel surya amorphous berdimensi 70mm(p) x 55mm(l) dan ketebalan 2mm. Pengujian ini menggunakan dua buah sel surya, satu dipasang pada sun tracker dan satunya diposisikan tetap menghadap ke atas. Variabel yang diukur adalah Voc (Voltage Open Circuit/tegangan sirkuit terbuka) dan Isc (Current Short
48
Circuit/arus hubung singkat). Pengukuran dilakukan menggunakan multimeter dengan menghubungkan probe ke kutup positif dan negatif sel surya. Sehingga kita dapat mengetahui tegangan dan arus yang dihasilkan dan dapat membandingkan hasil dari kedua sel surya. Sun tracker diposisikan sesuai posisi LDR pada perancangan dimana LDR0 di utara, LDR1 di timur, LDR2 di selatan, dan LDR3 di barat. Gambar 5.11 memperlihatkan penyusunan alat-alat dalam pengujian tersebut.
Gambar 5.11 Alat-alat dalam pengujian dengan sinar matahari langsung
49
Lokasi Pengujian
Gambar 5.12 Peta lokasi pengujian (Google Maps, 2013)
Pengujian dilakukan pada tanggal 6 Juli 2013 di lokasi yang berkoordinat 7,76o LS dan 110,38o BT . Data yang diperoleh tercatat pada Tabel 5.3. Tabel 5.4 Hasil pengujian dual axis sun tracker Waktu (WIB) 06.30 07.30 08.30 09.40 10.00 10.30 10.40 11.30 12.30 13.30 14.30 15.30 16.30
Keadaan langit
Cerah Cerah Cerah Mendung Cerah Mendung Cerah Mendung Mendung Cerah Cerah Cerah Cerah Rata-rata
Sel Surya pada Sun Traker Voc Isc (Volt) (mA) 9,41 0,88 10,83 17,26 11,04 23,3 10,77 10,2 11,08 19,7 10,35 3,44 11,35 28,4 10,84 9,5 9,83 1,98 11,1 26,3 10,9 25,2 11,04 19,6 9,81 1,85 10,64 14,43
Sel Surya Posisi Tetap Voc Isc (Volt) (mA) 9,25 0,77 9,96 9,08 10,18 16,81 10,08 9,1 10,28 16,3 9,88 3,1 10,47 25,3 10,17 9,1 9,55 1,77 10,4 23,4 10,27 20,2 10,27 11,32 9,71 1,78 10,04 11,37
Peningkatan Voc (%) 1,73 8,73 8,45 6,85 7,78 4,76 8,40 6,59 2,93 6,73 6,13 7,50 1,03 5,97
Isc (%) 14,29 90,09 38,61 12,09 20,86 10,97 12,25 4,40 11,86 12,39 24,75 73,14 3,93 25,36
50
Dapat dilihat dari Tabel 5.3, penggunaan sun tracker mampu meningkatkan tegangan dan arus yang dihasilkan sel surya. Peningkatan tegangan sirkuit terbuka (Voc) tidak terlalu mencolok dibanding peningkatan arus hubung singkat (Isc). Tegangan dan arus juga terlihat fluktuatif. Itu dikarenakan terkadang matahari tertutupi awan/mendung. Di siang hari ketika mendung arus yang dihasilkan sekitar 10 mA atau lebih rendah dan ketika cerah bisa di atas 20 mA, namun perbedaan tegangan ketika langit cerah dan mendung tidak terlalu signifikan.
Tegangan Rangkaian Terbuka (Voc)
12
Voc (Volt)
11 10 Dengan sun tracker Posisi tetap
9 8 7 6 6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Jam Pengujian (pukul x WIB)
Grafik 5.1 Tegangan rangkaian terbuka kedua sel surya
Arus Hubung Singkat (Isc)
30
Isc (mA)
25 20
Dengan sun tracker Posisi tetap
15 10 5 0 6
7
8
9 10 11 12 13 14 Jam Pengujian (pukul x WIB)
15
16
17
Grafik 5.2 Arus hubung singkat kedua sel surya
51
Peningkatan tegangan sirkuit terbuka (Voc) rata-rata sebesar 5,97% dengan nilai peningkatan tertinggi 8,73%, sedangkan arus hubung singkat meningkat rata-rata 25,36% dengan nilai peningkatan tertinggi sebesar 90,09%. Peningkatan tertinggi terjadi pada pagi hari pukul 08.30 WIB saat matahari masih condong di timur sehingga sel surya yang mengarah ke atas hanya mendapat sedikit sinar matahari dan pada saat ini matahari sudah mulai terang sinarnya dibanding 1 jam sebelumnya. Gambar pengujian dengan cahaya matahari dapat dilihat di bawah ini.
Gambar 5.13 Posisi sun tracker pukul 06.38 WIB
52
Gambar 5.14 Posisi sun tracker pukul 08.40 WIB
Gambar 5.15 Sun tracker pukul 10.50 WIB
53
Gambar 5.16 Sun tracker mengarah ke matahari (pukul 10.50 WIB)
Gambar 5.17 Posisi sun tracker pukul 12.06 WIB saat langit mendung
54
Gambar 5.18 Sun tracker terlihat mengarah ke matahari (pukul 13.39 WIB)
Gambar 5.19 Sun tracker pukul 15.35 WIB
55
Gambar 5.20 Pada pukul 16.37 WIB saat matahari hampir tertutup bangunan
Gambar-gambar di atas menunjukkan bahwa sun tracker dapat berfungsi dengan baik melakukan pelacakan keberadaan matahari dan mengarahkan obyek kepadanya. Namun ketika matahari tertutupi awan/ mendung sun tracker tidak dapat mengetahui keberadaan matahari. Posisinya akan mempertahankan posisi awal sebelum matahari tertutupi mendung. Dan ketika mendung telah hilang sun tracker akan dapat melacak keberadaan matahari lagi.
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
6.1
Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian dalam pembuatan prototipe dual axis sun tracker dengan sensor LDR menggunakan Arduino Uno dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1.
Sensor cahaya LDR dapat digunakan untuk mengorientasikan arah suatu obyek ke matahari dengan menggunakan Arduino Uno sebagai pengendali sistem dan dua motor servo sebagai penggerak pada dua sumbu (x dan y) sehingga menghasilkan keakuratan yang cukup baik.
2.
Peningkatan arus hubung singkat karena penggunaan sun tracker lebih besar dari peningkatan tegangan rangkaian terbuka. Sel surya yang dipasang pada sun tracker menghasilkan tegangan rangkaian terbuka rata-rata 5,97% lebih besar daripada sel surya yang posisinya tetap dengan nilai perbandingan tertinggi yang diperoleh adalah 8,73% lebih besar. Sedangkan arus hubung singkat yang dihasilkan sel surya pada sun tracker rata-rata 25,36% lebih besar daripada sel surya pada posisi tetap dan nilai perbandingan tertingginya adalah 90,09% lebih besar.
3.
Sun tracker dapat berfungsi optimal saat matahari tidak tertutupi awan/mendung.
6.2
Saran Dalam penelitian tugas akhir ini masih terdapat beberapa kekurangan sehingga diperlukan perbaikan untuk pengembangan lebih lanjut, di antaranya: 1.
Dapat ditampilkan nilai PWM dan tegangan keluaran dari rangkaian sensor pada LCD (Liquid Crystal Display) agar lebih mudah dipahami cara kerjanya.
56
57
2.
Dalam uji coba di bawah sinar matahari dipilih tempat yang jauh dari penghalang antara alat dan sinar matahari seperti bangunan atau pohon.
3.
Waktu yang dipilih saat pengujian sebaiknya saat hari cerah dan tidak ada mendung sehingga cahaya matahari yang mengenai sel surya lebih optimal.
DAFTAR PUSTAKA Aprilianto, C. 2013. Target Bauran Energi Harus Kurangi Peran Batu Bara. http://migasreview.com/target-bauran-energi-harus-kurangi-peran-batubara.html. Diakses tanggal 30 Juli 2013 Ariyanti, F. 2013. 80% Migas RI Dinikmati Asing, Harga BBM Jadi Mahal. http://bisnis.liputan6.com/read/625005/80-migas-ri-dinikmati-asing-hargabbm-jadi-mahal. Diakses tanggal 30 Juni 2013. Audah, F. 2013. “Menginstal Arduino pada windows 7”. http://www.sahabatinformasi.com/2013/02/menginstal-arduino-pada-windows-7.html. Diakses tanggal 2 Juli 2013. Bruce, G. 2011. Arduino Solar Tracker. http://www.instructables.com/id/ArduinoSolar-Tracker/. Diakses tanggal 21 April 2013. Clarke, N. 2011. Solar tracker. http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_tracker. Diakses tanggal 15 Juni 2013. Cooke, D. 2011. Single vs. Dual Axis Solar Tracking. http://altenergymag.com/emagazine/2011/04/single-vs-dual-axis-solartracking/1690. Diakses tanggal 24 Juni 2013. Dhany, R. R. 2012. Dahlan Iskan: PLN Rugi Rp 37 T Itu Kurang Besar, Harusnya Rp 100 T . http://finance.detik.com/read/2012/10/25/125418/2072766/1034/dahlaniskan-pln-rugi-rp-37-t-itu-kurang-besar-harusnya-rp-100-t?991104topnews. Diakses tanggal 19 Juni 2013. Federico. 2011. ArduinoUno_R3_Front.jpg. http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno?action=diff. Diakses tanggal 16 Juli 2013. Permadi, W. 2008. Rancang Bangun Model Solar Tracker Berbasis Mikrokontroler Untuk Mendapatkan Energi Matahari Yang Maksimal. Skripsi. Fakultas Pendidikan Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Pendidikan Indonesia. Bandung. Purnamaa, A. 2012. Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor). http://elektronika-dasar.web.id/komponen/sensor-tranducer/sensor-cahayaldr-light-dependent-resistor/. Diakses tanggal 21 Juni 2013. Purnamab, A. 2012. Motor Servo. http://elektronika-dasar.web.id/teorielektronika/motor-servo/. Diakses tanggal 21 Juni 2013.
58
59
Margolis, M. 2011. Arduino Cookbook. Sebastopol: O’Reilly. Mirdanies, M., A., Andry R., Saputra, H. M., Nugraha, A. S., Rijanto, E., Santoso, A. 2011. Rancang Bangun Sistem Kontrol Mekanisme Pelacakan Matahari Beserta Fasilitas Telekontrol Hemat Energi. Journal of Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology,Vol. 02, No 1, pp. 31-40. Muchammad dan Yohana E. 2010. Pengaruh Suhu Permukaan Photovoltaic Module 50 Watt Peak Terhadap Daya Keluaran yang Dihasilkan Menggunakan Reflektor dengan Variasi Sudut Reflektor 0o, 50o, 60o, 70o, 80o. Rotasi, Vol. 12, No. 4, pp.14−18. Nugraha, H. 2011. Rancang Bangun Pendeteksi Posisi Sinar Matahari untuk Mengoptimalkan Energi Solar Sel. http://library.gunadarma.ac.id/repository/view/19715/rancang-bangunpendeteksi-posisi-sinar-matahari-untuk-mengoptimalkan-energi-solarsel.html/. Diakses tanggal 30 Juli 2013.
Saputra, W. 2008. Rancang Bangun Solar Tracking System untuk Mengoptimalkan Penyerapan Energi Matahari pada Solar Cell. Skripsi. Fakultas Teknik. Universitas Indonesia. Depok. Saripudin. 2012. Kendali Motor Servo dengan Pulse Width Modulation (PWM) pada Mikrokontroler AVR. http://pudintekel.blogspot.com/2011/09/kendalimotor-servo-dengan-pulse-width.html. Diakses tanggal 15 Juli 2013. Satwiko. 2012. Uji Karakteristik Sel Surya pada Sistem 24 Volt DC sebagai Catudaya pada Sistem Pembangkit Tenaga Hybrid. Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVI HFI Jateng & DIY, Purworejo, 14 April 2012. Simatupang dkk. 2013. Rancang Bangun dan Uji Coba Solar Tracker pada Panel Surya Berbasis Mikrokontroler ATMega16. Jurnal Keteknikan Pertanian Tropis dan Biosistem, Vol. 1, No. 1, pp. 55-59 Suhendri. 2013. Arduino Uno. http://belajar-dasarpemrograman.blogspot.com/2013/03/arduino-uno.html. Diakses tanggal 24 Juni 2013. Susilo, S. 2012. Perancangan Solar Tracker sebagai Peningkatan Efisiensi Energi Listrik yang Dihasilkan Panel Surya dengan Menggunakan Logika Kabur (Fuzzy Logic). Skripsi. Fakultas Teknik. Universitas Sebelas Maret. Surakarta. Towerpro. 2007. MG90. http://www.towerpro.com.tw/viewitem1.asp?sn=716&area=53&cat=187. Diakses tanggal 16 Juli 2013.
LAMPIRAN
60
LISTING PROGRAM #include Servo vertical; int servov = 90; Servo horizontal; int servoh = 90 ; void setup() { Serial.begin(9600); horizontal.attach(10); vertical.attach(9); } int ldr0 = 0; int ldr1 = 1; int ldr2 = 2; int ldr3 = 3; void loop() { int a = analogRead(ldr0); int b = analogRead(ldr1); int c = analogRead(ldr2); int d = analogRead(ldr3); int dvert = (a - c); int dhoriz = (b - d); if (-20 > dvert || dvert > 20) { if (a > c) { servov = ++servov; if (servov > 180) { servov = 180; } } else if (a < c)
{ servov= --servov; if (servov < 0) { servov = 0; } } vertical.write(servov); delay(100); } if (-20 > dhoriz || dhoriz > 20) { if (b > d) { servoh = --servoh; if (servoh < 0) { servoh = 0; } } else if (b < d) { servoh = ++servoh; if (servoh > 180) { servoh = 180;}} horizontal.write(servoh); delay(100); } }
