MODIFIKASI ALAT PENJEJAK CAHAYA MATAHARI PADA SOLAR CELL BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 16

Transkripsi

1 MODIFIKASI ALAT PENJEJAK CAHAYA MATAHARI PADA SOLAR CELL BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 16 MODIFICATION OF SUN TRACKER IN SOLAR CELL BASED MICROCONTROLLER ATMEGA 16 Proyek Akhir Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Diploma Tiga Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro Oleh : CHIKA NURUL HUDA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012 i

2

3 DAFTAR RIWAYAT HIDUP DATA PRIBADI Nama : Chika Nurul Huda NIM : Tempat, tanggal lahir : Garut, 5 November 1991 Alamat : Kp. Jati RT03 RW01, Kec. Tarogong Kaler, Garut, No. Hp : chikaenha@yahoo.com RIWAYAT PENDIDIKAN ( ) : SD Negeri Tarogong 2 ( ) : SMP Negeri 1 Garut ( ) : SMA Negeri 2 Tarogong ( ) : Politeknik Negeri Bandung PENGALAMAN ORGANISASI ( ) : Sekretaris II Himpunan Mahasiswa Listrik ( ) : Sekretaris I Himpunan Mahasiswa Listrik ( ) : Sekretaris Himpunan Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro iii

4 LEMBAR PERSEMBAHAN Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan Maka, apabila kamu telah selesai (dari suatu urusan) Kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain Dan hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap (Q. S. Al-Insyiroh: 6-8) Laporan Proyek Akhir ini penulis persembahkan kepada : 1. Orang tua dan adik tercinta yang telah memberikan doa, nasehat, kasih sayang, dan dukungan kepada penulis. 2. Uden Y. Hidayat yang telah membantu menyelesaikan dan memberikan semangat kepada penulis dalam menyelesaikan proyek akhir ini. Terimakasih.. 3. Teman teman kelas 3C yang banyak membantu penulis dan selalu menemani penulis menuntut ilmu selama tiga tahun ini. 4. Perempuan perempuan hebat Listrik 2009 yang selalu memberikan motivasi dan dukungan kepada penulis selama ini. 5. Listrik 2009 yang telah sama sama berjuang untuk menyelesaikan proyek akhir dan mendapatkan gelar Diploma III. Semoga sukses! 6. Rekan rekan HML yang telah menemani perjuangan penulis selama kuliah di POLBAN. Untuk semua yang tidak tertuliskan, semoga Allah SWT memberikan kelancaran, kemudahan, dan keselamatan bagi kita semua. Amiin yaa Rabbal Alamin.. iv

5 ABSTRAK Konversi energi merupakan suatu proses perubahan bentuk energi dari yang satu menjadi bentuk energi lain yang dibutuhkan. Untuk memperoleh suatu bentuk energi, perlu adanya energi lain yang diubah menjadi energi yang dibutuhkan. Salah satu contohnya adalah panel surya. Panel surya merupakan piranti elektronik yang dapat energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Kendala yang dihadapi adalah siklus harian dan siklus tahunan dari bumi yang menyebabkan posisi matahari yang berubah-ubah sehingga menyebabkan kurang optimalnya panel surya dalam pengkonversian energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Penelitian ini menggunakan sistem kendali berbasis mikrokontroler ATMega 16 dalam mengatur posisi sudut panel surya untuk selalu tegak lurus menghadap arah datangnya sinar matahari dengan manggunakan empat sensor cahaya sel surya agar mendeteksi posisi matahari dari alat penjejak matahari dan menggunakan motor dc untuk menggerakan panel surya. Dilengkapi dengan alat penjejak titik daya maksimum yang akan melacak titik-titik daya maksimum keluaran panel surya pada setiap intensitas cahaya yang berbeda-beda. Kemudian membandingkan dari data yang diperoleh pengukuran daya yang dihasilkan panel surya menggunakan penjejak matahari dengan tanpa menggunakan penjejak matahari serta membandingkan daya yang dihasilkan panel surya menggunakan penjejak titik daya maksimum dan tanpa penjejak titik daya maksimum. Kata kunci : Panel Surya, Mikrokontroler ATMega 16, Motor Dc, sensor cahaya, MPPT. v

6 ABSTRACT Conversion of energy is a process to transform energy from one into other forms needed. To obtain a form of energy, there should be other energy that changed to be energies needed. one example is solar panel. Solar panel is an electronic device that can convert light energy into electrical energy. The constraints faced is the daily cycle and the annual cycle of the earth which causes the position of the sun s changing and then causes the solar panel less optimal to convert light energy into electrical energy. This research is using a control system based microcontroller ATMega16 to regulate the angular position of solar panel for always be perpendicular facing the sun light which use four solar cell as sensor to detect the position of the sun from sun tracker and use dc motor in order to run the solar panel. Equipped with maximum point power tracker which will track maximum points output of solar panel on each luminous intensity varying. Then compare the data obtained from measurement the power generated by using sun tracker and without sun tracker and compare the power generated by using maximum point power tracker and without maximum point power tracker. Keywords : Solar Panel, Microcontroller ATMega16, Dc Motor, Light Sensor, MPPT vi

7 KATA PENGANTAR Segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah- Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan proyek akhir dengan judul MODIFIKASI ALAT PENJEJAK CAHAYA MATAHARI PADA SOLAR CELL BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 16. Laporan proyek akhir ini disusun dengan maksud memenuhi salah satu syarat dalam menempuh ujian siding akhir program Studi Teknik Listrik Diploma III Politeknik Negeri Bandnung (POLBAN). Dalam mengerjakan dan menyelesaikam laporan proyek akhir ini, penulis menemui beberapa kendala namun berkat bimbingan, bantuan dan dorongan semangat dari semua pihak akhirnya penulis dapat menyelesaikan laporan kerja praktek ini. Oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada berbagai pihak yang telah membantu, diantaranya : 1. Bapak Ir. Hari Purnama, M.Eng., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro, 2. Bapak Sunarto ST., MT. selaku ketua Program Studi Teknik Listrik, 3. Bapak Dedi Aming, ST., MT. sebagai dosen pembimbing I dan bapak Yudi Prana Hikmat, ST., MT. sebagai dosen pembimbing II yang senantiasa dengan sabar dan baik hati membimbing penulis hingga laporan proyek akhir ini selesai. 4. Orang tua yang senantiasa memberikan motivasi dan doa untuk penulis dalam menyelesaikan laporan proyek akhir ini. 5. Staff dosen dan teknisi Program Studi Teknik Listrik yang telah mendidik dan memberikan bimbingan selama masa perkuliahan. vii

8 viii Penulis menyadari bahwa tulisan ini masih terdapat banyak kekurangan dan jauh dari sempurna. Untuk itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari semua pihak. Bandung, Juli 2012 Penulis

9 DAFTAR ISI LEMBAR JUDUL... i LEMBAR PENGESAHAN... ii DAFTAR RIWAYAT HIDUP... iii LEMBAR PERSEMBAHAN... iv ABSTRAK... v ABTRACT... vi KATA PENGANTAR... vii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR TABEL... xv DAFTAR LAMPIRAN... xvi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Batasan Masalah Metoda Pelaksanaan Sistematika Penulisan... 4 BAB II LANDASAN TEORI Sollar cell Pengertian Sollar cell Prinsip Kerja Sollar cell Karakteristik Sollar cell Motor DC Pengertian Motor DC Prinsip Dasar Motor DC ix

10 x Beban Motor (Torsi) Prinsip Arah Putaran Motor DC Motor DC Magnet Permanen Mikrokontroler Pengertian Mikrokontroler Mikrokontroler ATMega Peta Memori ATMega Metoda MPPT (Maximum Point Power Tracker) MOSFET Pengertian MOSFET Prinsip Kerja MOSFET Karakteristik MOSFET Optocoupler Buck Converter Battery BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI Pendahuluan Tujuan Perancangan Langkah-langkah Perancangan Fungsi Alat Cara Kerja Spesifikasi Alat Diagram Blok Sistem Perancangan Perangkat Keras (Hardware) Perancangan Perangkat Lunak (Software) Realisasi Alat BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA Tujuan Pengujian Metode Pengujian... 68

11 xi 4.3 Pengujian dan Analisa Pengujian dan Analisa Karakteristik Solar Cell Pengujian dan Analisa Daya Keluaran Maksimum Solar Cell Tanpa Sun Tracker Pengujian dan Analisa Daya Keluaran Maksimum Solar Cell Dengan Menggunakan Sun Tracker Pengujian dan Analisa Effisiensi Solar Cell BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung... 8 Gambar 2.2 Semikonduktor jenis p dan n setelah disambung... 8 Gambar 2.3 Elektron semikonduktor n bersatu dengan hole simkonduktor p.. 9 Gambar 2.4 Timbul medan listrik internal... 9 Gambar 2.5 Matahari menyinari semikonduktor bagian atas/lapisan semikonduktor n Gambar 2.6 Fotogenerasi elektron-hole (electrone-hole photogeneration) Gambar 2.7 Medan listrik yang dihasilkan dialirkan ke beban (lampu) Gambar 2.8 Prinsip kerja solar cell Gambar 2.9 Grafik arus tegangan pada sel surya Gambar 2.10 Motor dc sederhana Gambar 2.11 Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor Gambar 2.12 Medan magnet mengelilingi konduktor dan diantara kutub Gambar 2.13 Reaksi garis fluks Gambar 2.14 Prinsip kera motor dc Gambar 2.15 Kaidah tangan kiri Gambar 2.16 Motor dc magnet permanen Gambar 2.17 Mikrokontroler ATMega Gambar 2.18 Konfigurasi pin ATMega 16 kemasan 40-Pin Gambar 2.19 Peta Memory Gambar 2.20 Peta Data Memory Gambar 2.21 Penjejakan dari dp/dv pada posisi yang berbeda Gambar 2.22 Algoritma MPPT Perturb&Observation (P&O) Gambar 2.23 Konfigurasi dasar MOSFET... 28

13 xiii Gambar 2.24 Prinsip kerja MOSFET tipe NPN Gambar 2.25 Prinsip kerja MOSFET tipe PNP Gambar 2.26 Bentuk gelombang switching Gambar 2.27 Rangkaian Optocoupler Gambar 2.28 Buck Converter Gambar 2.29 Battery Gambar 3.1 Rangkaian keseluruhan sun tracker sebelum modifikasi Gambar 3.2 Diagram Blok Sistem Gambar 3.3 Interkoneksi buzzer dengan ATMega Gambar 3.4 Interkoneksi ATMega 16 dengan LCD Gambar 3.5 Rangkaian sun tracker setelah modifikasi Gambar 3.6 Rangkaian power supply 15 volt simetris Gambar 3.7 Rangkaian power supply 15 volt Gambar 3.8 Rangkaian detektor arus Gambar 3.9 Rangkaian detektor tegangan Gambar 3.10 Rangkaian Buck Chopper Gambar 3.11 Rangkaian keseluruhan alat MPPT Gambar 3.12 Diagram alir program sun tracker Gambar 3.13 Diagram alir program Maximum Power Point Tracker Gambar 3.14 PCB rangkaian power supply 15 volt Gambar 3.15 PCB rangkaian buck chopper Gambar 4.1 Rangkaian pengujian karakteristik solar cell Gambar 4.2 Grafik karakteristik solar cell Gambar 4.3 Rangkaian pengujian daya keluaran solar cell Gambar 4.4 Grafik daya maksimal keluaran solar cell... 72

14 xiv Gambar 4.5 Rangkaian pengujian solar cell berbeban dengan sun tracker operasi automatis Gambar 4.6 Grafik pengujian daya maksimum keluaran solar cell dengan operasi automatis Gambar 4.7 Grafik perubahan daya keluaran solar cell tanpa sun tracker dan dengan menggunakan sun tracker Gambar 4.8 Rangkaian pengujian effisiensi solar cell Gambar 4.9 Grafik perubahan effisiensi solar cell dengan menggunakan sun tracker dan tanpa menggunakan sun tracker... 80

15 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Deskripsi pin ATMEGA Tabel 3.1 Spesifikasi Alat Tabel 3.2 Koneksi push button dengan ATMega Tabel 3.3 Koneksi sensor fotovoltaik dengan ATMega Tabel 3.4 Koneksi L298 dengan mikrokontroler Tabel 3.5 Komponen Rangkaian Buck Chopper Tabel 3.6 Alamat input port mikrokontroler sun tracker Tabel 3.7 Alamat output port mikrokontroler sun tracker Tabel 3.8 Alamat input port mikrokontroler program MPPT Tabel 3.9 Alamat output port mikrokontroler program MPPT Tabel 4.1 Pengujian karakteristik solar cell Tabel 4.2 Pengukuran daya maksimum keluaran solar cell tanpa Sun Tracker 72 Tabel 4.3 Pengukuran daya maksimum solar cell dengan sun tracker operasi automatis Tabel 4.4 Pengukuran intensitas radiasi solar cell dengan menggunakan sun tracker Tabel 4.5 Pengukuran intensitas radiasi solar cell tanpa menggunakan sun tracker Tabel 4.6 Perhitungan effisiensi solar cell dengan menggunakan sun tracker.. 79 Tabel 4.7 Perhitungan effisiensi solar cell tanpa menggunakan sun tracker xv

16 DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A 1. RANGKAIAN SUN TRACKER SEBELUM MODIFIKASI 2. RANGKAIAN SUN TRACKER SESUDAH MODIFIKASI LAMPIRAN B 1. DATA SHEET ATMEGA16 2. DATA SHEET L DATA SHEET IC REGULATOR 78XX 4. DATA SHEET TLP DATA SHEET LM 741 xvi

17 DAFTAR PUSTAKA [1.] Andrianto, Heri Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMEGA16 Menggunakan Bahasa C (Code Vision AVR). Bandung : Informatika. [2.] Motor DC. www. staff. ui. ac. id/ internal/ / DcMotorPaperandQA.pdf. 08 April [3.] Winoto, Ardi Mikrokontroler AVR ATmega8/32/16/8535 dan Pemrogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR. Bandung : Informatika. [4.] Zuhal Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta: Gramedia, [5.]