Sabtu, 27 Oktober 2007

PENINGKATAN PEROLEHAN ENERGI LISTRIK SEL SURYA DENGAN PENGATURAN KEMIRINGAN SUDUT MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER SERI AVR

I. PENDAHULUAN




1.1 Latar Belakang

Krisis moneter yang dialami Indonesia dewasa ini secara langsung akan membawa dampak yang semakin nyata terhadap berbagai program pemerintah seperti distribusi penggunaan tenaga listrik ke seluruh wilayah Indonesia dan berbagai pengembangan teknologi lainnya termasuk di dalamnya program riset yang merupakan embrio bagi lahirnya revolusi teknologi. Dengan realita tersebut maka pengembangan listrik tenaga surya yang berbasis kepada efek photovoltaic dari piranti Sel Surya sebagai salah satu sumber tenaga listrik yang murah, bebas polusi, dan alami menjadi suatu pilihan yang tepat.

Namun realita yang ada sekarang ini penggunaan Sel Surya sebagai sumber listrik masih sangat minim dan belum bisa diandalkan sebagai suatu sumber tenaga alternatif yang dapat mengganti tenaga listrik (sumber: Artikel Sel Surya Danny Santoso M). Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor seperti : kemampuan Sel Surya yang belum optimal dalam menghasilkan tenaga listrik, proses pembuatan Sel yang memerlukan operasi pembiayaan yang mahal, apalagi jika Sel tersebut masih harus diimpor bagi pembuatan modul Sel Surya, dan lain sebagainya. Teknologi Sel Surya merupakan salah satu jenis teknologi masa depan yang hingga kini para peneliti dari berbagai negara berlomba-lomba untuk memperoleh piranti Sel Surya yang murah dengan kualitas yang rasional serta dapat dijadikan produk industri yang dapat dipasarkan

Energi yang dikeluarkan oleh sinar matahari sebenarnya hanya diterima oleh permukaan bumi sebesar 69 persen dari total energi pancaran matahari. Suplai energi surya dari sinar matahari yang diterima oleh permukaan bumi sangat luar biasa besarnya yaitu mencapai 3 x 1024 joule pertahun, energi ini setara dengan 2 x 1017 Watt. Jumlah energi sebesar itu setara dengan 10.000 kali konsumsi energi di seluruh dunia saat ini. Dengan kata lain, dengan menutup 0,1 persen saja permukaan bumi dengan divais solar sel yang memiliki efisiensi 10 persen sudah mampu untuk menutupi kebutuhan energi di seluruh dunia saat ini (sumber: Artikel Iptek, Brian Yulianto).

Perolehan energi listrik yang dihasilkan menggunakan Sel Surya tersebut, belum dapat menjawab kebutuhan akan pasokan energi listrik, dan salah satu penyebabnya adalah pengaturan sudut penerimaan cahaya pada Sel Surya tersebut. Dengan pengaturan secara otomatis dan efektif, maka didapatkan perolehan energi listrik yang optimal dan sesuai kebutuhan si Pemakai.
Dengan beberapa faktor tersebut di atas diharapkan juga akan semakin mendorong para peneliti Indonesia di bidang ini untuk lebih memfokuskan kemampuan membuat Sel Surya secara riil yang kompetitif dengan berbagai cara termasuk mencari terobosan baru yang sesuai dengan kondisi di Indonesia.

Saat ini salah satu kendala dalam mengendalikan Sel Surya masih secara manual, artinya, pemakai meletakkan Sel Surya pada posisi dengan kemiringan yang menurutnya sesuai dengan hasil yang diharapkan. Untuk itulah diperlukan sebuah pengontrolan gerakan dari wahana Sel Surya, agar dapat diperoleh suatu sudut kemiringan yang sesuai dan optimal dalam perolehan energi.


1.2 Rumusan Masalah

Perolehan energi listrik menggunakan Sel Surya salah satunya ditentukan kemiringan sudut penerimaan cahaya langsung dari matahari. Pasokan energi akan lebih optimal jika datangnya sinar matahari tegak lurus dengan wahana Sel Surya. Karena penerimaan cahaya yang langsung tegak lurus dengan matahari, akan meningkatkan jumlah intensitas cahaya yang jatuh pada wahana Sel Surya. Sehingga pada akhirnya akan meningkatkan nilai energi listrik yang dihasilkan oleh Sel Surya tersebut.

Wahana Sel Surya dikendalikan oleh sistem aktuator yang akan bergerak sesuai dengan sudut kemiringan yang diinginkan, ketika sensor yang terpasang dikenai sejumlah intnsitas cahaya yang datang, rangkaian pengkondisi sinyal akan memberikan isyarat masukan bagi mikrokontroler yang kemudian dapat mengatur sistem aktuator pada wahana Sel Surya. Sehingga didapatkan model kemiringan wahana Sel Surya yang tepat tegak lurus dengan sinar matahari.


1.3 Tujuan

Tujuan penulisan karya ilmiah ini adalah untuk:
1. Mengatur secara otomatis wahana Sel Surya agar mendapatkan sudut yang optimal dan efektif dalam perolehan energi listrik.
2. Mengukur peningkatan perolehan energi listrik dari Sel Surya yang dikendalikan dengan Mikrokontroler seri AVR.


1.4 Manfaat

Manfaat yang akan didapatkan dari penulisan karya ilmiah ini adalah :
1. Sebagai bahan penunjang untuk diaplikasikan pada instrumentasi dalam meningkatkan perolehan energi listrik menggunakan Sel Surya
2. Literatur yang dapat digunakan sebagai bahan penelitian untuk berbagai Sel Surya secara otomatis tanpa harus dioperatori oleh manusia.




II. TELAAH PUSTAKA



2.1 Sejarah Sel Surya

Sejarah perkembangan industri “Photovoltaic”(PV) telah berjalan sekitar 50 tahun, dan telah banyak pula penelitian dilakukan dengan harapan suatu saat dapat menghasilkan sel surya yang murah dan layak berbanding dengan tenaga listrik buatan (hidro atau nuklir) untuk memecahkan problem kebutuhan tenaga listrik yang ramah terhadap lingkungan hidup diseluruh lapisan dunia ini.

Pada sekitar akhir abad 19, aliran listrik surya diketemukan oleh ahli fisika Jerman
bernama Alexandre Edmond Becquerel secara kebetulan dimana berkas sinar matahari jatuh pada larutan elektro kimia bahan penelitian, sehingga muatan elektron pada larutan meningkat, tidak ada penjelasan ilmiah pada peristiwa tersebut. Baru pada awal abad 20, Albert Einstein menamakan penemuan peristiwa listrik alami ini dengan sebutan “Photoelectric Effect”, yang kemudian merupakan pengertian dasar pada “Photovoltaic Effect” (Albert Einstein mendapat Nobel Prize Fisika) “Photoelectric Effect” didapat dari pengamatan Einstein pada selempeng metal yang melepaskan “Photon” partikel energi cahaya ketika terkena sinar matahari. Foton-foton terus menerus mendesak atom-atom metal dan terjadi partikel “Energi Foton” bersifat gelombang energi cahaya.

Gelombang cahaya sinar lembayung (ultraviolet) adalah sinar yang bermuatan energi Foton tinggi dan panjang gelombangnya pendek, sedangkan sinar merah (infra-red) adalah sinar yang bermuatan energi Foton rendah dan dalam bentuk gelombang panjang. Kemudian sekitar tahun 1930, penelitian berlanjut dan berhubungan dengan penemuan konsep “Quantum Mechanics” untuk menciptakan teknologi baru “solid-state”, dimana kemudian perusahaan Bell Telephone Research Laboratories menciptakan Sel Surya padat yang pertama. Tahun 1950 - 1960, teknologi disain dan efisiensi Sel Surya terus berlanjut dan di
aplikasikan ke pesawat ruang angkasa (photovoltaic energies). Tahun 1970-an, dunia menggalakkan sumber energi alternatif yang terbarukan dan ramah lingkungan, maka PV mulai diaplikasikan ke “low power warning systems” dan “offshore buoys” (tetapi produksi PV tidak dapat banyak karena masih “handmade”).

Baru pada tahun 1980 an, perusahaan-perusahaan PV bergabung dengan instansi energi pemerintah agar dapat lebih memproduksi PV sel dalam jumlah besar, sehingga harga per sel-surya dapat lebih ditekan serendah mungkin.


2.2 Spesifikasi Sel Surya

2.2.1 Dasar Sel Surya
Sel Surya diproduksi dari bahan semikonduktor yaitu silikon berperan sebagai isolator pada temperatur rendah dan sebagai konduktor bila ada energi dan panas. Sebuah Silikon Sel Surya adalah sebuah diode yang terbentuk dari lapisan atas silikon tipe n (silicon doping3 of “phosphorous”), dan lapisan bawah silikon tipe p (silicon doping of “boron”) seperti gambar 1.











Gambar 1. Diagram dari sebuah potongan Sel Surya (PV sel).
(Sumber: Solar Electricity, Lorenzo Eduardo. Hal 6)


Elektron-elektron bebas terbentuk dari million photon atau benturan atom pada lapisan penghubung (junction= 0.2-0.5 micron4) menyebabkan terjadinya aliran listrik.


2.2.2 Perkembangan Sel Surya
Pengembangan Sel Surya semakin banyak menggunakan bahan semikonduktor yang bervariasi dan Silikon yang secara Individu (chip) banyak digunakan diantaranya :

a. Mono-crystalline (Si)
Dibuat dari silikon kristal tunggal yang didapat dari peleburan silikon dalam bentukan bujur. Sekarang Mono-crystalline dapat dibuat setebal 200 mikron, dengan nilai effisiensi sekitar 24%.

b. Polycrystalline/Multi-crystalline (Si)
Dibuat dari peleburan silikon dalam tungku keramik, kemudian pendinginan perlahan untuk mendapatkan bahan campuran silikon yang akan timbul diatas lapisan silikon. Sel ini kurang efektif dibanding dengan sel Polycrystalline ( efektivitas 18% ), tetapi biaya lebih murah.

c. Gallium Arsenide (GaAs)
Sel Surya Galium Arsenide pada unsur periodik III-V berbahan semikonduktor ini sangat efisien dan efektif dalam menghasilkan energi listrik sekitar 25%. Banyaj digunakan pada aplikasi pemakaian Sel Surya.


Sel Surya Silikon Terpadu “Thin Film”

a. Amorphous Silikon (a-Si)
Banyak dipakai pada jam tangan dan kalkulator, sekarang dikembangkan untuk sistem bangunan terpadu sebagai pengganti tinted glass yang semi-transparan.


b. Thin Film Silikon (tf-Si)
Dibuat dari thin-crystalline atau polycrystalline pada grade bahan metal yang cukup murah (cladding system).

c. Cadmium Telluride (CdTe)
Terbentuk dari bahan materi thin film polycrystalline secara deposit, semprot, dan evaporasi tingkat tinggi. Nilai efisiensi 16%

d. Copper Indium Diselenide (CulnSe2/CIS)
Merupakan bahan dari film tipis polycrystalline. Memiliki nilai efisiensi bahan sebesar 17.7%.

2.2.3 Energi Listrik

Sebuah Sel Surya dalam menghasilkan energi listrik (energi sinar matahari menjadi Foton) tidak tergantung pada besaran luas bidang Silikon, dan secara konstan akan menghasilkan energi berkisar ± 0.5 volt maksimum 600 mV pada 2 amp6, dengan kekuatan radiasi solar matahari 1000 W/m2 = ”1 Sun” akan menghasilkan arus listrik (I) sekitar 30 mA/cm2 per sel surya.

Pada grafik I-V Curve (gambar 2) yang menggambarkan keadaan sebuah Sel Surya beroperasi secara normal. Sel Surya akan menghasilkan energi maximum jika nilai Vm dan Im juga maximum. Sedangkan Isc adalah arus listrik maximum pada nilai volt = nol; Isc berbanding langsung dengan tersedianya sinar matahari. Voc adalah volt maximum pada nilai arus nol; Voc naik secara logaritma dengan peningkatan sinar matahari, karakter ini yang memungkinkan Sel Surya untuk mengisi accu.














Gambar 2. Grafik I-V Curve.
(Sumber: Solar Electricity, Lorenzo Eduardo. Hal 11)

Isc = short-circuit current
Vsc = open-circuit voltage
Vm = voltage maximum power
Im = current maximum power
Pm = Power maximum-output dari PV array (watt)


2.2.4 Faktor Pengoperasian Sel Surya
Faktor dari pengoperasian Sel Surya agar didapatkan nilai yang maksimum sangat tergantung pada :

a. Ambient air temperature
b. Radiasi matahari
c. Kecepatan angin bertiup
d. Keadaan atmosfir bumi
e. Orientasi panel atau larik PV
f. Posisi letak sel surya (larik) terhadap matahari (tilt angle)

a. Sebuah Sel Surya dapat beroperasi secara maksimum jika temperatur sel tetap normal (pada 250 Celsius), kenaikan temperatur lebih tinggi dari temperatur normal pada PV sel akan melemahkan tegangan (Voc). Pada gambar 3, setiap kenaikan temperatur Sel Surya 10 Celsius (dari 250) akan berkurang sekitar 0.4 % pada total tenaga yang dihasilkan atau akan melemah dua kali (2x) lipat untuk kenaikan temperatur Sel per 100C.








Gambar 3. Effect of Cell Temperature on Voltage (V)
(Sumber: Solar Electricity, Lorenzo Eduardo. Hal 12)

b. Radiasi matahari di bumi dan berbagai lokasi bervariable, dan sangat tergantung keadaan spektrum solar ke bumi. Insolation solar matahari akan banyak berpengaruh pada current (I) sedikit pada tegangan ( lihat gambar 4 ).







Gambar 4. Effect of Insolation Intensity on Current (I)
(Sumber: Solar Electricity, Lorenzo Eduardo. Hal 12)

c. Kecepatan tiup angin disekitar lokasi larik PV dapat membantu mendinginkan permukaan temperatur kaca-kaca larik PV.

d. Keadaan atmosfir bumi berawan, mendung, jenis partikel debu udara, asap, uap air udara (Rh), kabut dan polusi sangat menentukan hasil maximum arus listrik dari deretan PV.

e. Orientasi dari rangkaian PV (larik) ke arah matahari secara optimum adalah penting agar panel/deretan PV dapat menghasilkan energi maksimum. Selain arah orientasi, sudut orientasi (tilt angle) dari panel/deretan PV juga sangat mempengaruhi hasil energi maksimum (lihat penjelasan tilt angle). Sebagai guidline: untuk lokasi yang terletak di belahan Utara latitude, maka panel/deretan
PV sebaiknya diorientasikan ke Selatan, orientasi ke Timur Barat walaupun juga dapat menghasilkan sejumlah energi dari panel-panel/deretan PV, tetapi tidak akan mendapatkan energi matahari optimum.

f. Tilt Angle (sudut orientasi Matahari)
Seperti pada gambar 5, mempertahankan sinar matahari jatuh ke sebuah permukaan panel PV secara tegak lurus akan mendapatkan energi maksimum ± 1000 W/m2 atau 1 kW/m2. Kalau tidak dapat mempertahankan ketegak lurusan antara sinar matahari dengan bidang PV, maka ekstra luasan bidang panel PV dibutuhkan (bidang panel PV terhadap sun altitude yang berubah setiap jam dalam sehari).






Gambar 5. Ekstra Luasan Panel PV dalam posisi datar.
(Sumber: Solar Electricity, Lorenzo Eduardo. Hal 6)

Solar Panel PV pada Equator (latitude 0 derajat) yang diletakkan mendatar (tilt angle = 0) akan menghasilkan energi maksimum, sedangkan untuk lokasi dengan latitude berbeda harus dicarikan “tilt angle” yang optimum.

Perusahaan BP Solar telah mengembangkan sebuah software untuk menghitung dan memperkirakan energi optimum dengan letak latitude, longitude, dan optimum tilt angle untuk setiap lokasi diseluruh dunia.


2.2.5 Photovoltaics (PV) Generator
Agar dapat memperoleh sejumlah tegangan atau arus listrik yang dikehendaki, maka umumnya masing-masing sel surya dikaitkan satu sama lainnya baik secara hubungan “seri” ataupun secara “pararel” untuk membentuk suatu rangkaian PV yang lazim disebut “Modul”. Sebuah modul PV umumnya terdiri dari 36 sel surya atau 33 sel, dan 72 sel.

Beberapa modul pv dihubungkan untuk membentuk satu rangkaian tertentu disebut “PV Panel” , sedangkan jika berderet-deret modul pv dihubungkan secara baris dan kolom disebut “PV Array”seperti gambar 6.









Gambar 6. Diagram Hubungan Sel Surya, Modul Panel & Array.
(Sumber: Solar Electricity, Lorenzo Eduardo. Hal 13)

Hubungan sel-sel surya dalam Modul dapat dilakukan secara “Seri” untuk mendapatkan varian tegangan umumnya 12V, dan secara “Pararel” untuk mendapatkan varian “Arus Listrik” (current) seperti gambar 7.














Gambar 7. Diagram Rangkaian Sel Surya (PV sel) dalam Modul
(Sumber: Solar Electricity, Lorenzo Eduardo. Hal 13)

Hubungan Modul-modul PV pada larik juga dapat dihubungkan secara “Seri” untuk mendapatkan tegangan yang tinggi, dan dihubungkan secara “Paralel” untuk mendapatkan energi yang besar. ( lihat gambar 8 )
















Gambar 8. Diagram Rangkaian Modul PV dalam Larik.
(Sumber: Solar Electricity, Lorenzo Eduardo. Hal 14)

“Seri “ 4 modul PV @ 12 volt, 2 Ampere dihubungkan secara seri akan mendapatkan 48 volt, 2 Ampere “Paralel “ 4 modul PV @ 12 volt, 2 Ampere dihubungkan, secara seri akan mendapatkan 12 volt, 8 Ampere.



2.3 Mikrokontroler

Mikrokontroler yang digunakan sebagai pengendali utama sistem aktuator Sel Surya adalah 8 bit mikrokontroler dari keluarga AVR, yaitu ATmega8535. Alasan penggunaan mikrokontroler ini adalah karena harga yang relatif murah, mudah diperoleh, kemudahan dalam pemrograman, dan fitur-fitur menarik yang dimilikinya. Beberapa karakteristik dan fitur yang dimiliki mikrokontroler ATmega8535 antara lain:
• Resolusi data 8 bit.
• RISC arsitektur.
• 8 kByte In System Programmable Flash.
• 512 Bytes EEPROM.
• 512 Bytes SRAM internal.
• 8 channel, 10 bit resolusi ADC.
• 4 channel PWM.
• 2 timer/counter 8 bit.
• 1 timer/counter 16 bit.
• Osilator internal yang dikalibrasi.
• Internal dan eksternal sumber interrupt.
• 6 mode sleep.

Karena ATmega8535 memiliki 8 saluran ADC seperti gambar 9, maka untuk keperluan konversi sinyal analog menjadi data digital yang berasal dari sensor cahaya dapat langsung dilakukan prosesor utama. Beberapa karakteristik ADC internal ATmega8535 adalah :
• Mudah dalam pengoperasian.
• Resolusi 10 bit.
• Memiliki 8 masukan analog.
• Konversi pada saat CPU sleep.
• Interrupt waktu konversi selesai.






























Gambar 9. Gambar Mikrokontroler ATMEGA 8535.


2.4 Foto Transistor

Sama halnya dengan dioda foto, maka transistor foto dapat dibuat sebagai sensor cahaya. Teknis yang baik adalah dengan menggabungkan dioda foto dengan transistor foto dalam satu rangkaian.
– Karakteristik transistor foto yaitu hubungan arus, tegangan dan intensitas foto
– Kombinasi dioda foto dan transistor dalam satu chip
– Transistor sebagai penguat arus
– Linieritas dan respons frekuensi tidak sebaik dioda foto





Gambar 10. Karakteristik Transistor Foto, (a) sampai (d) Rangkaian Uji Transistor Foto.



2.5 Sel Fotovoltaik

Efek sel fotovoltaik terjadi akibat lepasnya elektron yang disebabkan adanya cahaya yang mengenai logam. Logam-logam yang tergolong golongan 1 pada sistem periodik unsur-unsur seperti Lithium, Natrium, Kalium, dan Cessium sangat mudah melepaskan elektron valensinya. Selain karena reaksi redoks, elektron valensilogam-logam tersebut juga mudah lepas olehadanya cahaya yang mengenai permukaan logam tersebut. Diantara logam-logam diatas Cessium adalah logam yang paling mudah melepaskan elektronnya, sehingga lazim digunakan sebagai foto detektor.

Tegangan yang dihasilkan oleh sensor foto voltaik (gambar 11) adalah sebanding dengan frekuensi gelombang cahaya (sesuai konstanta Plank E = h.f). Semakin kearah warna cahaya biru, makin tinggi tegangan yang dihasilkan. Tingginya intensitas listrik akan berpengaruh terhadap arus listrik. Bila foto voltaik diberi beban maka arus listrik dapat dihasilkan adalah tergantung dari intensitas cahaya yang mengenai permukaan semikonduktor.


Gambar 11. Pembangkitan Tegangan pada Foto Volatik

Berikut (gambar 12) karakteristik dari foto voltaik berdasarkan hubungan antara intensitas cahaya dengan arus dan tegangan yang dihasilkan.




















Gambar 12. (a) & (b) Karakteristik Intensitas vs Arus dan Tegangan
dan (c) Rangkaian Penguat Tegangan.


2.6 Sistem Penggerak Motor

Pemilihan motor untuk pergerakan wahana adalah sangat penting dalam menentukan unjuk kerja sistem dalam melakukan pergerakan. Motor harus memiliki daya dan torsi yang cukup besar untuk mengatasi berat total wahana. Dalam pembangunan Sel Surya, jenis motor yang digunakan adalah motor servo, alasan penggunaan motor ini dikarenakan penggunaan motor servo tidak memerlukan gearbox serta rangkaian driver, hal ini disebabkan pada motor servo itu sendiri sudah terdapat gearbox dan driver elektronik sehingga motor servo dapat langsung dihubungkan dengan mikrokontroler. Selain itu untuk motor seukurannya motor servo mempunyai daya torsi yang cukup besar sehingga cocok untuk pembuatan sistem manipulasi wahana Sel Surya.






Gambar 13. Motor Servo Penggerak Kaki.

Motor servo memiliki tiga kabel terhubung seperti gambar 13, 2 untuk power supply dengan besar tegangan berkisar 5 sampai 7 volt. Kabel ketiga merupakan kabel pengendali yang dapat langsung dihubungkan ke microcontroller. Posisi perputaran motor dapat dikendalikan dengan menggunakan gelombang pulsa yang dikirimkam ke motor servo Untuk mengontrol pergerakan motor digunakan metoda PWM (Pulse Width Modulation). PWM adalah merupakan suatu metoda untuk mengatur pergerakan motor dengan cara mengatur prosentase lebar pulsa high terhadap perioda dari suatu sinyal persegi dalam bentuk tegangan periodik yang diberikan ke motor.

Motor servo akan dapat menerima pulsa setiap 20 ms. Panjang dari pulsa akan berpengaruh terhadap perputaran dari motor, sebagai contoh jika panjang pulsa 1,5 ms, akan membuat motor berputar sebanyak 900, jika lebar pulsa lebih besar dari 1.5 ms, motor akan berputar mendekati 1800 sedangkan jika lebih kecil dari 1,5 ms motor akan berputar mendekati 00. Motor servo dapat berputar sebanyak 900 sampai 1800, selain itu ada juga yang dapat berputar 3600 (lihat gambar 14).









Gambar 14. Panjang Pulsa dapat Mempengaruhi Perputaran Motor.











Gambar 15. Rangkaian Servo Controller.

Pada gambar 15 mikrokontroler ATmega 8535 diprogram sebagai controlled PWM generator. Didalam mikrokontroler ATmega 8535 akan dilakukan pemrosesan data yang diterima dari prosesor menjadi sinyal persegi yang telah termodulasi lebar pulsanya. PWM_01, PWM_02, PWM_.., dan PWM_12 adalah jalur keluaran gelombang pulsa, karena arah perputaran motor servo bergantung pada nilai pulsa yang diberikan maka untuk gerakan dari wahana hanya bergantung pada dua belas output pin ini.

Karena motor servo sudah mempunyai rangkaian driver maka mikrokontroler ATmega 8535 dapat langsung memberikan arus output maksimal ke motor servo sehingga sinyal PWM yang dihasilkan dapat langsung digunakan untuk mengoperasikan motor agar dapat beroperasi (lihat gambar 16).







Gambar 16. Hubungan antara Motor Servo dengan Pengendali Mikro.






III. METODE PENULISAN



3.1 Ruang Lingkup Penulisan

Penulisan karya ilmiah ini membahas mengenai peningkatan perolehan energi listrik dari Sel Surya dengan pengaturan penempatan sudut wahana Sel Surya terhadap titik jatuh sinar matahari. Pengaturan dilakukan dengan menggunakan mikrokontroler seri ATMEGA8535. Mikrokontroler menggerakkan motor servo yang terpasang pada wahana Sel Surya dengan dengan sistem umpan balik dari sensor Foto Transistor yang dipasang dengan sudut kemiringan yang telah ditentukan.

Adapun ruang lingkup penulisan karya ilmiah ini yaitu:
1. Pemodelan bagan sistem pengendalian wahana Sel Surya berdasarkan
kemiringan sudut.
2. Perancangan sistem secara keseluruhan
3. Pengukuran terhadap sistem pengendalian yang telah dibuat.


3.2 Studi Pustaka

Studi pustaka dilakukan dengan membaca beberapa literatur dari buku-buku di perpustakaan dan mengumpulkan sumber bacaan lain dengan memanfaatkan sistem internet di dalam dan luar lingkungan Universitas Lampung.


3.3 Perancangan, Pemodelan dan Pengukuran

3.3.1 Peralatan Perancangan
Untuk keperluan perancangan digunakan seperangkat komponen dengan spesifikasi sebagai berikut:
• Sel Surya (Photovoltaic)
• Mikrokontroler ATMEGA 8535
• Sensor Phototranistor
• Motor Servo
• Rangkaian pengkondisi sinyal
• Rangka Sel Surya
• Cermin pembalik cahaya
• Baterai

3.3.2 Pemodelan










Gambar 17. Model Sistem Pengendalian Sel Surya.

Pemodelan dilakukan dengan memodelkan penempatan wahana Sel Surya pada rangka pengendali mikrokontroler yang telah dihubungkan dengan motor servo, sebagai umpan balik digunakan sensor fototransistor. Sistem dimodelkan dengan meletakkan sensor fototransistor pada lapisan dalam kerangka wahana Sel Surya. Cermin yang memantulkan cahaya matahari dengan sudut kemiringan tertentu yang telah ditentukan sebelumnya, memberikan sejumlah intensitas cahaya yang terukur oleh sensor fototransistor.

Dengan menggunakan rangkaian pengkondisi sinyal yang kemudian menjadi masukan bagi mikrokontroler, maka dapa dilakukan sistem pergerakan oleh motor servo sesuai dengan nilai perubahan intensitas cahaya matahari yang tertangkap pada sensor fototransistor tersebut.


3.3.3 Pengukuran dan Pengolahan Data

Pengukuran dilakukan dengan melihat dan mengambil data dari nilai energi listrik yang berhasil diperoleh dari penerimaan intensitas cahaya matahari. Kemudian membandingkan dengan sistem tanpa pengendalian (wahana tetap).

Pengukuran dilakukan dengan mengumpulkan semua data yang diperoleh dalam satu hari unjuk kerja pada saat cuaca cerah (intensitas cahaya matahari sedang). Dari data perbandingan yang didapatkan dapat ditentukan efisiensi penggunaan sistem pengendalian penempatan sudut kemiringan wahana Sel Surya secara otomatis dengan luaran energi listrik yang dihasilkan tanpa pengendalian sistem pergerakan wahana.


3.4 Analisis Data

Data hasil pengukuran dan pengujian dikumpulkan dengan mengambil sample satu hari percobaan pengukuran. Dengan membandingkan luaran energi listrik yang dihasilkan dengan menggunakan sistem pengendalian dan tanpa pengendalian, dapat dilihat dan diamati kinerja serta efisiensi yang terjadi dari kedua Sel Surya tersebut.

Kemudian dapat ditentukan seberapa besar peningkatan perolehan energi listrik yang dihasilkan oleh sebuah wahana Sel Surya. Sehingga dapat dijadikan acuan untuk digunakan dalam efektifitas dalam memasok energi listrik dalam ruang lingkup yang besar.

Dari analisis data yang dilakukan dapat ditentukan nilai sudut terbaik untuk penerimaan intensitas cahaya matahari yang optimal dalam membangkitkan energi listrik. Lalu dilakukan pemetaan daerah operasi dari wahana Sel Surya yang digunakan untuk dilakukan pengembangan Sel Surya yang lebih optimal, efektif dan dapat ditempatkan dimana saja sesuai kebutuhan.


3.5 Diagram Alir Penulisan

Diagram alir langkah penulisan karya ilmiah ini diperlihatkan pada gambar berikut:

























Gambar 18. Diagram Alir Langkah Penulisan.



IV. PEMBAHASAN



Penulisan karya ilmiah ini dilakukan dengan merancang sebuah sistem Sel Surya yang dapat meningkatkan perolehan energi listrik dengan cara mengatur sudut kemiringan jatuhnya sinar matahari pada sel. Dengan adaptasi wahana Sel Surya terhadap pergerakan matahari, maka akan didapatkan sudut kemiringan yang tegak lurus (seperti gambar 19) terhadap matahari yang dengan sendirinya akan lebih efektif dalam menghasilkan pasokan energi listrik yang dibutuhkan.













Gambar 19. Sistem PV Sederhana pada Sebuah Rumah
(Sumber: Solar Electricity, Lorenzo Eduardo. Hal 6)


A. Prinsip Kerja

Sensor fototransistor diletakkan sejajar dengan Sel Surya, ini digunakan untuk mendeteksi keberadaan matahari sebagai penghasil intensitas cahaya yang dibutuhkan. Ketika cahaya matahari terpancar mengenai fototransistor ini, maka foto transistor akan mendeteksi keberadaan cahaya tersebut, lalu kemudian dikirimkan kepada rangkaian pengkondisi sinyal untuk memberikan masukan kepada mikrokontroler.

Rangkaian pengkondisi sinyal diatur dengan nilai yang diinginkan terhadap sudut kemiringan Sel Surya yang ada. Ketika intesitas cahaya yang jatuh pada fototransistor semakin besar, ini memberikan isyarat rangkaian pengkondisi sinyal untuk memberikan masukan kepada mikrokontroler bahwasanya motor diputar sekian dejarat sesuai dengan variasi input yang diberikan. Terjadinya pergerakan matahari yang berarti terjadi perubahan sudut kemiringan datangnya sinar matahari, dapat direspon oleh sistem pengendalian ini dan kemudian dilakukan aksi untuk mengefektifkan sudut datangnya sinar matahari agar selalu tegak lurus dengan wahana Sel Surya (lihat gambar 20).













Gambar 20. Sistem Pengendalian Sel Surya.

Batere digunakan sebagai tempat penyimpanan hasil perolehan energi listrik yang dihasilkan melalui Sel Surya. Energi listrik yang dihasilkan disimpan dan dapat digunakan untuk kepentingan lainnya sesuai dengan kebutuhan si Pemakai.

Penulisan karya ilmiah ini juga digunakan sebagai perbandingan antara penggunaan sistem pengendalian terhadap Sel Surya maupun tanpa pengendalian Sel Surya. Mempertahankan sinar matahari jatuh kesebuah permukaan Sel Surya secara tegak lurus akan mendapatkan energi maksimum 1 kW/m2. Pengambilan data dilakukan melalui pengukuran simultan dan menyeluruh terhadap sistem pengendalian wahana Sel Surya dengan perbandingan dan dengan tanpa pengendalian.


B. Blok Diagram Pengendalian

Berikut diberikan blok diagram pengendalian sistem tersebut :










Gambar 21. Blok Diagram Sistem Pengendalian.

Sinyal masukan yang merupakan sinyal pemberian dari sensor fototransistor yang dipasang sebagai umpan balik dari sistem pengendalian yang dirancang memberikan perbandingan masukan dan luaran sistem dengan umpan balik ini, maka diharapkan kestabilan sistem dimana perubahan yang terjadi (pergerakan matahari) dapat dideteksi dan dilakukan aksi untuk menstabilkan kembali sistem pengendalian tersebut.

Isyarat koreksi yang diberikan sensor (fototransistor) akan dibandingkan dengan masukan yang ada yakni kondisi posisi wahana Sel Surya pada suatu waktu. Kemudian terjadinya perubahan posisi matahari, maka akan ada sinyal koreksi yang akan menjadi sinyal masukan mikrokontroler dan kemudian dilakukan aksi pengontrolan yang dapat menggerakkan aktuator yakni motor dalam hal ini. Kemudian wahana akan bergerak sesuai dengan sudut kemiringan yang tegak lurus dengan sudut datangnya sinar matahari.


C. Diagram Kotak Sistem Pengendalian






Gambar 22. Gambar Diagram Kotak Sistem Pengendalian.

Pada gambar diagram kotak di atas, dapat dilihat bahwasanya system diawali dengan pendeteksian pergerakan matahari oleh sensor, kemudian sensor yang mendapat isyarat koreksi dari pergerakan matahari memberikan sinyal input kepada mikrokontroler melalui rangkaian pengkondisi sinyal yang kemudian melakukan pemberian masukan aksi bagi motor sesuai dengan isyarat pergerakan matahari yang diberikan oleh sensor. Lalu demikian seterusnya, sehingga system tersebut beradaptasi dengan pergerakan yang dilakukan matahari agar tercapat posisi sudut yang diinginkan, yakni wahana Sel Surya tegak lurus dengan arah datangnya sinar matahari.




V. SIMPULAN DAN SARAN



5.1 Simpulan

Dari hasil pembahasan yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Dengan Pengaturan pergerakan wahana Sel Surya, maka didapatkan perolehan energi listrik yang lebih optimal.
2. Pengendalian terhadap wahana Sel Surya dapat melakukan adaptasi secara efektif dengan adanya perubahan akibat pergerakan matahari.
3. Data yang didapatkan dapat dijadikan acuan dalam menentukan sudut kemiringan yang optimal di setiap daerah pemasangan Sel Surya.

3.2 Saran

Dengan harapan penulisan karya ilmiah ini membuahkan hasil yang lebih baik lagi di masa mendatang, untuk itu penulis memberikan saran sebagai berikut:
1. Sebaiknya dirancang suatu sistem akuisisi data berbasis Personal Computer (PC) untuk memonitoring kondisi Sel Surya dan juga dapat digunakan untuk mendapatkan data yang menyeluruh pada pergerakan yang terjadi.
2. Sebaiknya dilakukan simulasi dengan kondisi berbeda seperti model ketinggian tempat, suhu dan kelembaban, serta parameter lingkungan lainnya yang mempengaruhi




DAFTAR PUSTAKA





Cooper, Wiliam D.1999. Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran,
Erlangga. Jakarta.

Lorenzo, Eduardo. 1994. Solar Electricity, Engineering of Photovoltaic Systems.
Institute of Solar Energy. Polytechnic University of Madrid.

Mintorogo, Danny S.2003. Strategi aplikasi sel surya (photovoltaic cells) pada
Perumahan dan bangunan komersial. Universitas Kristen Petra. Surabaya.

Strong, Steven J. 1987.The Solar Electric House. A Design Manual for Home-
Scale Photovoltaic Power Systems. Pennsylvania. Rodale Press.

6 komentar:

devi mengatakan...

beda efisiensinya seberapa besar ? kuantitatif ya kan scientis jd hrs tau brp tepatnya, soalnya klo ga terlalu jauh misal cuma nambah ehergi 1% dari yg ga pake kontroler kan mending ga usah
ditunggu jawabannya(angka pastinya)

JUNA mengatakan...

salam kenal mas.,.,
perkenalkan saya anak its yang sekarang lagi ngerjain tugas akhir mengenai posisi sudut panel surya.,.bedanya sama artikel sampeyan sekarang adalah kalo saya bikin sebuah rancangan sistem pengendali posisi panel surya.,.tapi kalo mas bikin alatnya.,.,kalo boleh nih mas, kita bisa sharing2 nggak???
kalo boleh, saya minta email sampeyan.,.,atau add saya lewat friendster di arjunaboy_86@yahoo.com
btw, saya juga punya blog di namakujuna@wordpress.com
mampir2 ya mas, trus kasih commentnya, maklum blogger baru.,.
thanks.,.,

Danang mengatakan...

aq kmaren dah bikin projek kayak gini, lha skarang aq mo angkat jd judul TA, tp dosennya minta parameter tambahan,rencananya aq pake stepper motor, thelnet, n monitoring pake internet, masalahnya aq kesusahan bikin aplikasi output tegangannya mo diapain?
rencana mo di switch sm tegangan PLN, tp klo bikin switchingnya aj dah satu level sm TA, masak bikin TA dobel?
tenaga sm otak sih insya Allah msh bs ngerjain, tp kantong yang g bs ngerjain...
Nama aq Danang anak jurusan T. Elektronika (ELKA '06) PENS-ITS
KL PUNYA IDE MASUKAN TOLONG Email ke Danang.susilo88@gmail.com
Thank's B4...

Anonim mengatakan...

halo boz, minta tlg kok di blog boz ga bisa keliatan gambar"nya. tlg boz krmin ke emailku ya. mau tak liat gambar"nya... tq byk boz, jgn lupa y d krmin

Anonim mengatakan...

halo boz, minta tlg kok di blog boz ga bisa keliatan gambar"nya. tlg boz krmin ke emailku ya. mau tak liat gambar"nya... tq byk boz, jgn lupa y d krmin ke : mario_2786@yahoo.com

Anonim mengatakan...

salam kenal,
ini dian anak STT-PLN, kebetulan PA saya jg mngenai sistem kontrol di PLTS,
sya mau sharing ama mas herman,
saya juga minta tolong dikirimin tulisan di atas d kirim k emailq di dichanara@gmail.com
soalny gmbrny g kelihatan.