SISTEM MONITORING INTENSITAS RADIASI MATAHARI MONITORING SYSTEM OF SOLAR RADIATION INTENSITY

Transkripsi

1 SISTEM MONITORING INTENSITAS RADIASI MATAHARI MONITORING SYSTEM OF SOLAR RADIATION INTENSITY DYAH PRIHARTINI DJENAL Sekolah Tinggi Meteorologi Klimatologi Dan Geofisika, Jl. Perhubungan I. 5 Pondok Aren, Tangerang Selatan dyahprihartini@ymail.com ABSTRAK Radiasi matahari adalah salah satu parameter cuaca yang diamati oleh BMKG. Menyambut era digitalisai untuk BMKG, maka diharapkan semua alat operasional yang digunakan sudah bersifat otomatis. Untuk itu, dibuat rancangan Sistem Monitoring Intensitas Radiasi Matahari. Dalam perancangan alat ini, sensor yang akan digunakan adalah sensor photovoltaic yang akan mendeteksi sinar matahari kemudian diolah oleh mikrokontroler ATMega 328, sehingga akan didapatkan hasil radiasi matahari dalam satuan Watt/m 2. Hasil pembacaan alat akan disimpan pada SD Card dan komputer dan ditampilkan pada LCD 16x2 dan komputer melalui komunikasi serial RS-232. Kata Kunci: Radiasi Matahari, Photovoltaic, Mikrokontroler, RS-232. ABSTRAK Solar radiation is one of the weather parameters observed by BMKG. Welcomes the era of digitalization for BMKG, it is expected that all operational tools are automatic. So that, created a draft Intensity Solar Radiation Monitoring System. In the design of this tool, the sensor to be used is a photovoltaic sensor that will detect sunlight then processed by a microcontroller ATMega 328, so we will get the result of solar radiation in units of Watts / m 2. Instrument readings will be stored on the SD card and the computer and displayed on the LCD 16x2 and computer via RS-232 serial communications. Keywords: Solar Radiation, Photovoltaic, Microcontroller, RS-232.

2 I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Radiasi ini merupakan faktor paling utama yang berperan dalam proses pembentukan cuaca di atmosfer bumi karena dari radiasi mataharilah panas diperoleh untuk menjadi penggerak siklus-siklus di atmosfer yang menyebabkan perubahan cuaca dari waktu ke waktu. BMKG (Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika) sebagai instansi yang melayani data cuaca menyediakan data intensitas radiasi matahari. Data radiasi yang disediakan tergantung dari jenis radiasi yang diukur. Menyambut era digitalisai untuk BMKG, maka diharapkan semua alat operasional yang digunakan sudah bersifat otomatis agar pengambilan dan pengumpulan data menjadi efektif dan efisien serta data yang dihasilkan berkualitas yakni akurat dan dapat dipertanggung jawabkan Batasan Masalah Perancangan dan penulisan ini memiliki beberapa batasan masalah, yakni: 1. Menggunakan data Net Radiasi dari Data model dalam satuan Watt/m Menampilkan dalam bentuk data radiasi matahari dengan satuan Watt/m2 pada LCD 16x2. 3. Menggunkan RTC (Real Time Clock) dan SD Card sebagai media penyimpanan data. 1.3 Tujuan Perancangan ini memilik tujuan, untuk merealisasikan sistem monitoring intensitas radiasi matahari yang bersifat otomatis menggantikan alat pengukur intensitas radiasi matahari manual. 1.4 Dasar Teori Radiasi Matahari Dasar teori pada perancangan dan penulisan adalah radiasi matahari. Radiasi matahari adalah pancaran energi yang berasal dari proses thermonuklir yang terjadi di Matahari. Energi radiasi matahari berbentuk sinar dan gelombang elektromagnetik. Spektrum radiasi matahari sendiri terdiri dari dua yaitu, sinar bergelombang pendek dan sinar bergelombang panjang. Sinar yang termasuk gelombang pendek adalah sinar x, sinar gamma, sinar ultra violet, sedangkan sinar gelombang panjang adalah sinar infra merah. Adapun jenis-jenis dari radiasi matahari adalah sebagai berikut : 1. Radiasi Solar

3 Radiasi solar adalah radiasi yang dikeluarkan oleh matahari. Kira-kira 99.9 % dari radiasi ini m berupa cahaya. Selebihnya berupa energi elektromagnetik Inframerah dan ultraviolet (UV). 2. Radiasi Terrestrial Radiasi terrestrial adalah radiasi yang dikeluarkan oleh planet bumi termasuk atmosfernya 3. Radiasi Total Radiasi total adalah jumlah radiasi solar dan radiasi terrestrial. Biasanya dibedakan dalam dua Sehubungan dengan bentuk bumi, posisi sumbu rotasi bumi, rotasi dan revolusi bumi mengelilingi matahari maka penerimaan radiasi matahari di suatu wilayah akan bergantung pada waktu (jam pada hari dan hari pada tahun) serta bujur dan lintang wilayah tersebut. Perbedaanperbedaan tersebut dapat dijelaskan melalui Solar Geometry (Geometri Surya). Pengujian alat dilakukan dengan mengujikan keluaran dari alat hasil rancangan dengan data pemodelan net radiasi dari satelit NOAA yang merupakan reanalisis 1 NCEP (National Centers for Environmental Prediction)/ NCAR(National Center for Atmospheric Research) untuk Surface Flux Data. Data Model adalah hasil perhitungan rumus-rumus numeric untuk mengetahui keadaan atmosfer menggunakan data masa lalu dari 1948 hingga saat ini. Tersedia 4 kali sehari Format dan rata-rata harian. Gambar 1. Website U.S. Department of Commerce National Oceanic & Atmospheric Administration NOAA Research Sensor Sel surya merupakan suatu bahan semikonduktor yang dapat menghasilkan listrik jika diberikan sejumlah energi cahaya. Proses penghasilan energi listrik itu diawali dengan proses pemutusan ikatan elektron pada atom-atom yang tersusun dalam kristal semikonduktor ketika diberikan sejumlah energi (hf). Salah satu bahan semikonduktor yang biasa digunakan sebagai sel surya adalah kristal silikon. Gambar 2. Sensor Photovoltaic

4 1.4.4 Mikrokontroler Arduino Uno R3 Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328 (datasheet). Memiliki 14 pin input dari output digital dimana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai output PWM (Pulse Width Modulation) dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power, ICSP (In Circuit Serial Programming) header, dan tombol reset. Untuk mendukung mikrokontroler agar dapat digunakan, cukup hanya menghubungkan board Arduino Uno ke komputer dengan menggunakan kabel USB atau listrik dengan AC yang-ke adaptor-dc atau baterai untuk menjalankannya. Gambar 3. Mikrokontroler Arduino Uno R LCD (Liquid Crystal Display) LCD yang digunakan dalam penelitian ini adalah LCD 16x2.Dalam modul LCD terdapat mikrokontroler yang berfungsi sebagai pengendali tampilan karakter LCD.Mikrokontroler pada LCD dilengkapi dengan memori dan register. Gambar 4. LCD 16x RTC (Real Time Clock) Real-time clock DS1307 adalah IC yang dibuat oleh Dallas Semiconductor. IC ini memiliki kristal yang dapat mempertahankan frekuensinya dengan baik. Gambar 1.5 RTC SD Card Kartu Secure Digital SD adalah memory Card flash ultra kecil yang dirancang untuk menyediakan memori berkapasitas tinggi dalam ukuran yang kecil. Portable device seperti kamera digital, camcorder video digital, notebook, audio player dan ponsel semuanya membutuhkan SD Card. Gambar 6. SD Card

5 II. PERANCANGAN ALAT 2.1 Perancangan Perangkat Keras Pada perancangan ini, perangkat keras yang digunakan adalah sensor Photovoltaic untuk mendeteksi perubahan rangsang berupa cahaya, mikrokontroler Arduino Uno R3 untuk memproses data, RTC sebagai penanda waktu, LCD 16x2 untuk menampilkan datadan SD Card untuk menyimpan data hasil pengamatan. START Ada sumber baterai DC? Inisialisasi Gambar 8. Rangkaian Akhir Alat rancangan 2.2 Perancangan Perangkat Lunak Perangkat lunak yang dirancang adalah perangkat lunak untuk interface menggunakan Labview. START Input Data PC On? Proses Data? Konversi Inisialisasi Data Radiasi Tampil LCD? Koneksi ke PC? Sudah Terkoneksi? Memastikan Port pada device manager Koneksi Lagi? Tampil Data Radiasi LCD Tampil Data Radiasi di PC Simpan Data di SD Card Simpan Data di PC Baca Input COM Serial Tampil Data Pengukuran Pembacaan FINISH Gambar 7. Flowhart Alat FINISH Rangkaian akhir sistem ini dapat dilihat pada skema rangkaian alat dan hasil rancangan alat seperti yang terdapat pada Gambar 8. di bawah ini Gambar 9. Flowchart Interface Berikut ini merupakan gambar block diagram dari program aplikasi yang berfungsi untuk menampilkan data radiasi matahari pada front panel.

6 Gambar 10. List Program Interface Di bawah ini merupakan rancangan tampilan hasil pengukuran alat di layar komputer menggunakan software LabView III. PENGUJIAN DAN ANALISA Setelah tahap perancangan selesai maka akan dilakukan tahap pengujian untuk mengetahui kinerja pada alat hasil rancangan. 3.1 Tempat dan Waktu Pengujian Hari/tanggal : Juni 2015 Waktu : UTC Tempat : Taman Alat, Kampus STMKG 3.2 Pengujian Pengujian yang dilakukan untuk mengetahui output radiasi matahari yang dihasilkan oleh alat hasil rancangan Gambar 11. Rancangan Tampilan Interface Fitur-fitur yang yang disediakan pada tampilan tersebut diantaranya: a. Save Data : Menyimpan data ke dalam direktori yang diinginkan. b. Start/Stop : Untuk memulai dan mengakhiri proses. c. Com Port : Mengatur Port yang digunakan. d. Grafik untuk menampilkan data radiasi matahari. e. Menampilkan nilai data radiasi matahari Pengujian Titik 0 (l) Pengujian titik nol ini untuk mengetahui nilai awal pada saat sensor tidak menerima rangsang apapun. Dimana sensor pada alat hasil rancangan dikondisikan tidak menerima rangsangan cahaya apapun. Pengujian titik 0 (nol) dilakukan pada malam hari dan sensor ditutup menggunakan alumunium foil sehingga tidak menerima rangsangan cahaya apapun. Hasil pengujian diperoleh:

7 Tabel 1. Tabel Hasil Pengujian Titik 0 (nol) Berdasarkan Tabel 4.1 diperoleh bawah titik 0 (nol) dari alat hasil rancangan adalah 0 (nol) Pengujian Nilai Pengujian kedua yakni untuk mengetahui keluaran dari alat hasil rancangan. Pengujian dilakukan di taman alat Kampus Sekolah Tinggi Meteorologi Klimatologi dan Geofisika pada tanggal 15 Juni Pengamatan dilakukan dari pukul UTC. Gambar 12. Posisi Alat Saat Pengujian Adapun hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 2 di bawah ini: Tabel 2. Hasil Pengukuran Alat Hasil Rancangan dan Data Model Tanggal Data Alat Alat Jam Model Rancangan Rancangan (UTC) (Watt/m 2 ) (mv) (Watt/m 2 )

8 Jumlah Dari data pengujian di peroleh 1 mv = /2968= 3.92Watt/m Pengujian Penyimpanan dan Interface Dalam perancangan ini menggunakan media komunikasi berupa RS Dan media penyimpanan pada SD card yang ada pada alat dan pada PC dalam bentuk file notepad atau excel. Gambar 13. Data Pada SD Card Gambar 14. Data Pada PC 3.3 Validasi Dalam penelitian ini validasi diperlukan untuk menguji data net radiasi dari alat hasil rancangan apakah mendekati nilai dari alat pembanding. Validasi ini menggunakan metode korelasi. Korelasi Sederhana merupakan suatu Teknik Statistik yang dipergunakan untuk mengukur kekuatan hubungan 2 Variabel dan juga untuk dapat mengetahui bentuk hubungan antara 2 Variabel tersebut dengan hasil yang sifatnya kuantitatif. Korelasi = Keterangan: R = Korelasi X = variabel 1 Y = variabel 2

9 Tabel 3. Hasil Perhitungan Korelasi Alat Hasil Rancangan Dan Data Model Dari hasil yang diperoleh dapat di tampilkan dalam bentuk grafik sebagai berikut. Data Model (x) Data Alat Rancangan (y) Data Model (x) Data Alat Rancangan (y) Tabel 4. Kriteria Korelasi r Kriteria Hubungan 0 Tidak ada Korelasi Gambar 15. Hasil Pengukuran Alat Hasil Rancangan dan Data Model Pada Jam 00 UTC Korelasi Lemah Korelasi sedang Korelasi Kuat/erat 1 Korelasi Sempurna 3.4 Analisa Pengujian nilai dengan melakukan pengujian alat hasil rancangan pada tanggal 15 Juni 2015 pukul 00 UTC sampai 10 UTC karena sensor yang digunakan adalah sensor photovoltaic maka dalam keadaan remang sudah tidak mampu menerima cahaya matahari lagi. Begitu pun pengujian nilai dengan membandingkan alat hasil rancangan dengan data model di lakukan pada pukul 00 UTC sampai 10 UTC namun dilakukan dari tanggal 15 Juni 2015 sampai 30 Juni Gambar 16. Grafik Hasil Pengukuran Hasil Pengukuran Alat Hasil Rancangan dan Data Model pada jam 06 UTC Pada gambar grafik 15 dan grafik 16 dapat dilihat bahwa keluaran alat hasil rancangan memiliki nilai yang mendekati dengan hasil dari Data Model. Sedangkan perbedaan keluaran dari alat hasil rancangan dan data model

10 dikarenakan posisi alat rancangan yang berada ada di permukaan bumi sedangkan data model yang dihasilkan oleh satelit NOAA tidak berada di permukaan bumi. Bias awan juga mempengaruhi karena memfilter gelombang infra red yang dipancarkan oleh satelit. begitu juga dengan resolusi satelit dimana pembacaan yang dilakukan oleh satelit bergantung resolusi(pixel) untuk suatu daerah tertentu tergantung lokasi yang ditentukan sedangkan untuk alat hasil rancangan hanya pada satu titik. Hasil validasi menggunakan metode korelasi menunjukan angka Pada pengujian kedua ini nilai korelasi yang dihasilkan menunjukan nilai postitif yang menunjukan pasangan data Variabel X dan Variabel Y memiliki Korelasi Linear Positif yang kuat/erat. Berdasarkan tabel penentuan umum kriteria korelasi maka nilai 0.98 menunjukan korelasi yang kuat/erat. VI. KESIMPULAN Dari penelitian ini dapat disimpulkan: 1. Keseluruhan sistem telah bekerja sesuai dengan rancangan. 2. Data yang dihasilkan hanya pada jam UTC dikarenakan sensor yang digunakan adalah sensor photovoltaic yang merupakan sensor yang merespon perubahan cahaya. 3. Konversi nilai radiasi yang diterapkan bergantung dengan alat pembanding atau nilai pembanding yang digunakan. DAFTAR PUSTAKA [1] World Meteorological Organization. (2008). Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation. WMO-. 8 Seventh Edition, Secretary WMO, Geneva, Switzerland. [2] Djenal, Dyah Prihartini. (2015). Sistem Monitoring Intensitas Radiasi Matahari. Sekolah Tinggi Meteorologi Klimatologi dan Geofisika. Jakarta. [3] Djenal, Dyah Prihartini. (2014). Studi Awal Rancang Bangun Prototipe Actinograph Digital Berbasis Mikrokontroler. Sekolah Tinggi Meteorologi Klimatologi dan Geofisika. Jakarta. [4] Tjasyono, Bayong. (2008). Sains Atmosfer. Badan Meterologi Klimatologi dan Geofisika. Jakarta. [5] Pratama, Uray R. P Kajian Daya Keluaran Dari Ketidakharmonisan Modul Fotovoltaik Terhadap Temperatur Ruang Dan Intensitas Cahaya Matahari. Teknik Elektro Universitas Tanjung Pura. Pontianak.