PERANCANGAN SISTEM TRACKING PANEL SURYA SINGLE AXIS UNTUK PENGOPTIMALAN DAYA MENGGUNAKAN METODE KONTROL PID

Transkripsi

1 PERANCANGAN SISTEM TRACKING PANEL SURYA SINGLE AXIS UNTUK PENGOPTIMALAN DAYA MENGGUNAKAN METODE KONTROL PID Sesartiar Amrirulloh 1, Istiyo Winarno 2 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik dan Ilmu Kelautan, Universitas Hang Tuah Surabaya Jl. Arief Rahman Hakim 105, Sukolilo,Surabaya 60111, Jawa Timur Abstrak: Energi matahari merupakan salah satu energi terbarukan. Matahari dapat memacarkan energi sebesar 3,86 x 1026 joule pertahun. Akan tetapi, energi matahari masih belum dimanfaatkan secara masal. Hal ini disebabkan karena harga panel surya yang masih terbilang cukup mahal dan efisiensinya yang masih rendah. Selain itu, kurangnya pemanfaatan energi matahari juga dikarenakan ketersediaan sumber energi lain yang masih melimpah dan menghasilkan jumlah energi yang lebih banyak. Dalam rangka mengoptimalkan penggunaan sebuah panel surya, salah satu caranya adalah dengan menambahkan sebuah sistem pengendali arah yang dapat mengatur posisi panel surya secara otomatis agar selalu mendapatkan nilai daya yang optimal dengan menggunakan metode kontrol PID yang ditanamkan di dalam Arduino uno. Hasil dari sistem ini adalah panel surya dinamis yang dapat mengikuti posisi matahari sehingga mendapatkan nilai tegangan, arus dan daya yang lebih besar dibandingkan denganpanel surya yang statis Kata Kunci: Panel Surya, PID, Arduiono UNO Abstract: Solar energy is one of the renewable energy. Sun could radiatte an energy about 3.86 x 1026 joules per year. However, solar energy is still untapped globally. This is because the price of solar panels that still is quite expensive and the efficiency is still low. In addition, the lack of utilization of solar energy is also due to the availability of other energy sources which are still abundant amount of energy and generate a lot more energy. In order to optimize the use of a solar panel, one of which way is by adding a direction control system that can adjust the position of the solar panel automatically in order to always obtain the optimum power values by using the method of PID control that is embedded in the Arduino uno. The result of this system is a dynamic solar panels can follow the position of the Sun so get value of voltage, current, and power more than static solar panel. Key words: Panel Surya, PID, Arduiono UNO PENDAHULUAN Energi panas matahari merupakan energi terbarui yang paling demokratis. Energi panas matahari ini tersedia dimana saja di bumi ini dengan jumlah yang besar. Peran dari energi ini akan sangat penting, karena energi panas matari adalah energi terbarukan yang tidak akan habis hingga jutaan tahun kedepan. 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 kali konsumsi energi di seluruh dunia saat ini. Dengan kata lain, dengan menutup Sesartiar A, Istiyo W: Perancangan Sistem Tracking C3-55

2 0,1 persen saja permukaan bumi dengan panel surya yang memiliki efisiensi 10 persen sudah mampu untuk menutupi kebutuhan energi di seluruh dunia saat ini. Solar Tracking System didesain untuk mengoptimalkan sistem kerja dari panel surya. Pemanfaatan radiasi matahari dapat dimaksimalkan menggunakan sistem mekanik untuk orientasi modul Photovoltaik (PV) sesuai dengan alur matahari. Pada dasarnya sistem tracking panel surya adalah sistem mekatronik yang mengintegrasikan peralatan mekanik, elektronik dan teknologi informasi. Mekanisme ini digerakan oleh putaran motor atau aktuator linear, yang mengontrol sitem tersebut untuk memastikan posisi optimal arah PV yang relatif terhadap posisi matahari di langit. Maka berdasarkan latar belakang yang telah diungkapkan diatas, pada penelitian ini penulis merancang sebuah sistem pelacaka fotovoltaik (PV) atau panel surya dengan single axis yang menggunakan kontroler PID yang tertanam pada arduino UNO. Sehingga diharpakan sistem ini dapat mengikuti pergerakan matahari dan dapat menghasilkan nilai energi yang lebih optimal. Pada sistem dengan kontrol PID, menghasilkan nilai tegangan maksimum sebesar 19,93V dan arus 0,56A. Nilai tegangan dan arus tersebut memiliki nilai yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan nilai tegangan yang dihasilkan pada sistem tanpa kontrol PID, yakni sebesar 18.7V dan arus 0,5A. METODE PENELITIAN Pada penelitian ini dilakukan dengan metode kuantitatif. Dimana metode kuantitatif merupakan penelitian ilmiah yang sistematis terhadap bagian-bagian dan fenomena serta hubungan-hubungannya. Langkah pertama yang dilakukan adalah membuat diagram blok seperti berikut : Gambar 1. Diagram Blok Alat Berikut merupakan penjelasan dari diagram blok Gambar: Diagram blok sistem di atas merupakan rangkaian dari sistem tracking yang terdiri atas panel surya, charge controller, baterai, load atau beban, sensor cahaya Light Dependent Resistor (LDR), rangkaian pembagi tegangan, sensor arus ACS712, arduino uno, Liquid Cristal Display (LCD) dan aktuator berupa motor DC. Secara umum, komponen-komponen tersebut dirancang agar bekerja sesuai dengan diagram blok pada Gambar 1. Dari Gambar 1 dapat diketahui bahwa panel surya sebagai sumbernya. Dimana keluaran panel surya berupa tegangan (Vi) dan arus (Ii). Pada keluaran tegangan panel surya akan di salurkan ke regulator sebagai penstabil charging baterai, baterai disini sebagai sumber dari load. Dan output dari regulator masih terlalu besar sehingga perlu diturunkan terlebih dahulu dengan menggunakan rangkaian pembagi tegangan agar dihasilkan tegangan Vvs yang dapat diolah pada ADC mikrokontroler. Dan arus Ii diubah besarannya menjadi tegangan Vis oleh sensor arus ACS712. Arus dan tegangan yang sudah disesuaikan oleh pembagi tegangan dan sensor arus, selanjutnya akan diproses dan diolah oleh arduino uno C3-56 Sesartiar A, Istiyo W: Perancangan Sistem Tracking

3 yang bekerja sebagai kontroler. Data hasil pengolahan ditampilkan pada display Liquid Cristal Display (LCD). Sedangkan pada sensor Light Dependent Resistor (LDR) akan mencari nilai insensitas cahaya yang akan mengirim sinyal pada arduino uno yang berfungsi sebagai kontroler. Pada arduino ini terprogram kontrol PID. Data hasil pengontrolan adalah sinyal Pulse Width Modulation (PWM) yang akan mengatur posisi motor DC. Sinyal-sinyal Pulse Width Modulation (PWM) menggerakkan motor DC mencari posisi yang menghasilkan insensitas cahaya paling tinggi. Sinyal PWM vertical akan menggerakkan motor DC vertical. Motor DC tersebut disusun pada sistem mekanik yang porosnya dapat berputar pada sumbu X, sehingga panel surya dapat bergerak dengan satu derajat kebebasan. HASIL DAN PEMBAHASAN Untuk mengetahui hasil kerja sistem tanpa kontroler PID dengan sistem yang menggunakan kontroler PID, maka pada bab hasil dan pembahasan ini dijelaskan perbandingan antara hasil kerja pada sistem tanpa kontroler PID dengan sistem menggunakan kontroler PID. Hal ini ditujukan untuk mengetahui apakah sistem dengan kontrol PID meningkatkan hasil kinerja dari sebuah panel surya yang dinamis atau statis tanpa menggunakan kontroler. Hasil Sistem Tanpa Kendali Pengujian sistem tanpa kontroler PID dilakukan tanpa menggunakan kontroler atau statis, dalam percobaan ini penulis mengarahkan panel surya tegak lurus kearah atas. Berikut adalah grafik hasil pengujian sistem tanpa kontroler yang dilakukan mulai pukul WIB hingga pukul WIB pada bulan Juni 2017 di Universitas Hang Tuah Surabaya, Indonesia dan dengan waktu cuplik atau sampling setiap 15 menit sekali. Sistem tanpa kendali mempunyai tegangan puncak sebesar 18,7V. Sedangkan tegangan terkecil yang dihasilkan sistem mempunyai nilai tegangan sebesar 13,5V. Tegangan terkecil muncul pada pukul WIB akibat adanya awan mendung yang mengurangi intensitas cahaya. Sistem tanpa kontrol PID menghasilkan arus terbesar yang bernilai 0,5A. Sedang nilai terkecil yang dihasilkan sistem adalah sebesar 0,22A. Nilai terkecil muncul pada pukul WIB akibat dari kondisi cahaya matahari yang sedang tertutup awan atau mendung. Gambar 2. Grafik Hasil Pengujian Tegangan Tanpa Kontrol PID Sesartiar A, Istiyo W: Perancangan Sistem Tracking C3-57

4 Gambar 3. Grafik Hasil Pengujian Arus Tanpa Kontrol PID Hasil Sistem Menggunakan Kontrol PID Pengujian sistem dengan kendali dilakukan dengan cara mengatur arah sel surya untuk mendapatkan nilai daya tertinggi secara otomatis dengan menggunakan kontrol PID dengan memberikan satu derajat kebebasan untuk mengatur arah sel surya kearah yang memiliki nilai daya tertinggi. Sama seperti pengujian pada sistem tanpa kendali, pengujian sistem dengan kendali juga dilakukan mulai pukul WIB hingga pukul pada bulan Juni 2017 di Universitas Hang Tuah Surabaya, Indonesia dengan waktu cuplik tiap 15 menit. Pada gambar 4, grafik tegangan sitem dengan kontrol PID memiliki trend line yang hampir sama trend line grafik tegangan pada sistem tanpa kontrol PID. Namun pada sistem dengan kendali memiliki trend line yang lebih landai. Dengan tegangan maksimal yang dapat dihasilkan oleh sistem dengan kontrol PID sebesar 19,3V. Sedangkan nilai terkecil yang dihasilkan pada sistem dengan kontrol PID adalah 15V. Gambar 4. Grafik Hasil Pengujian Tegangan Dengan Kontrol PID C3-58 Sesartiar A, Istiyo W: Perancangan Sistem Tracking

5 Gambar 5. Grafik Hasil Pengujian Arus Dengan Kontrol PID Perbandingan Sistem Tanpa Kontrol PID dengan Sistem Menggunakan Kontrol PID Pada grafik perbandingan nilai tegangan dan arus, sistem dengan kontrol PID cenderung memiliki nilai tegangan dan arus yang lebih besar dari pada nilai tegangan dan arus pada sistem tanpa kontrol PID. Pada sistem dengan kontrol PID, menghasilkan nilai tegangan maksimum sebesar 19,93V dan arus 0,56A. Nilai tegangan dan arus tersebut memiliki nilai yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan nilai tegangan yang dihasilkan pada sistem tanpa kontrol PID, yakni sebesar 18.7V dan arus 0,5A. Pada gambar dibawah, saat pagi hari dan sore hari, perbandingan nilai arus antara sistem tanpa kontrol PID dan sistem dengan kontrol PID mempunyai nilai perbandingan yang semakin besar. Sedangkan pada perbandingan nilai tegangan, nilai perbandingan tegangan antara sistem tanpa kontrol PID dan sistem dengan kontrol PID mempunyai nilai perbandingan yang tidak terlalu besar pada pagi dan sore hari. Hal ini disebabkan karena pengaruh suhu sesuai dengan grafik perbandingan arus dan tegangan dimana panel surya mempunyai karakteristik jika suhu bertambah maka nilai arus akan meningkat sedangkan tegangannya akan menurun. Gambar 6. Grafik Hasil Perbandingan Tegangan Tanpa Dan Dengan Kontrol PID Sesartiar A, Istiyo W: Perancangan Sistem Tracking C3-59

6 Gambar 7. Grafik Hasil Perbandingan Arus Tanpa Dan Dengan Kontrol PID KESIMPULAN Sistem Kontrol PID telah mampu untuk melakukan tracking matahari. Perbandingan respon unjuk kerja panel surya dipengaruhi faktor-faktor diantaranya suhu solar cell, radiasi matahari, dan orientasi untuk mendapatkan nilai yang maksimum. Sistem dinamis atau tracking mempunyai hasil yang lebih baik dibandingkan dengan sistem statis atau tanpa kontrol PID. Pada sistem dengan kontrol PID, menghasilkan nilai tegangan maksimum sebesar 19,93V dan arus 0,56A. Nilai tegangan dan arus tersebut memiliki nilai yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan nilai tegangan yang dihasilkan pada sistem tanpa kontrol PID, yakni sebesar 18.7V dan arus 0,5A. Untuk pengembangan lebih lanjut dapat dilakukan penambahan pada rangkaian mekanis, maupun aktuator sehingga mampu untuk bekerja lebih optimal lagi, dan juga dilakukan penggujian dengan kondisi berbeda seperti model ketinggian, suhu dan kelembaban. DAFTAR PUSTAKA Adityawan, Eki Studi Karakteristik Pencatuan Solar Cell Terhadap Kapasitas Sistem Penyimpanan Energi Baterai. Skripsi. Depok: Universitas Indonesia Azmy, Achmad Ulul, Sumardi, and Munawar Agus Riyadi Sistem Tracking Panel Surya Untuk Pengoptimalan Daya Menggunakan Metode Kontrol Self-Tuning Pid Dengan Jst Jenis Perceptron. Jurnal UNDIP. Universitas Diponegoro Helaswiyono, Prayoga Anggeir Rancang Bangun Panel Surya Statis Menggunakan Metode Maximum Power Point - Tracking (MPPT) Hill Climbing Untuk Memaksimalkan Penyerapan Daya Listrik. Skripsi. Surabaya: Universitas Hang Tuah Oo, Lwin Lwin, Hlaing, Nang Kaythi Microcontroller Based Two Axis Solar Tracking System. Jurnal IEEE Raharjo Emanuel Budi, Sumardi, Iwan Setiawan Sistem Kendali Penjejak Sinar Matahari Menggunakan Mikrokontroler Atmega8535.Jurnal UNDIP. Universitas Diponegoro Sujarwata Pengendali Motor Servo Berbasis Mikrokontroler Basic Stamp 2sx Untuk Mengembangkan Sistem Robotika. Jurnal UNNES. Semarang: Universitas Negeri Semarang Susilo Danang, Rusminto Tj.W.,S., Agus Indra G Peningkatan Daya Keluaran Sel Surya Dengan Penjejak Matahari Dan Pemantulan Cahaya Matahari Sebagai Sumber Daya Pendukung Perusahaan Listrik Negara (PLN) Sub Judul: Penjejak Matahari Berbasis Sensor Cahaya Dan Waktu. Jurnal PENS. Surabaya: Politeknik Elektronika Negeri Surabaya. C3-60 Sesartiar A, Istiyo W: Perancangan Sistem Tracking

7 Tito, Beng Metode Maximum Power Point Tracker (MPPT) baru untuk Sel surya pengendali PI. Skripsi. Depok: Universitas Indonesia Tumbur Hari Boando, Slamet Winardi Rancang Bangun Prototipe Sistem Pelacak Matahari Menggunakan Arduino. Skripsi. Surabaya: Universitas Narotama Wardhana, Lingga Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri Atmega32 Simulasi, Hardware, Aplikasi, Andi Offset, Yogyakarta. Widodo Rusminto Tjatur, Rugianto, Asmuniv dan Purnomo Sejati Maximum Power Point Tracker Sel Surya Menggunakan Algoritma Perturb And Observe. Jurnal PENS. Surabaya: Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Wiryadinata Romi, Ratnawati, Dwi Ana Simulasi Jaringan Syaraf Tiruan Berbasis Metode Backpropagation Sebagai Pengendali Kecepatan Motor DC. Jurnal UII. Yogyakarta: Universitas Islam Indonesia Sesartiar A, Istiyo W: Perancangan Sistem Tracking C3-61