PENGEMBANGAN SOLAR TRACKER SINGLE AXIS BERBASIS ARDUINO UNTUK MENINGKATKAN PEROLEHAN ENERGI MATAHARI Suka Handaja Budi STEM Akamigas, Jl. Gajah Mada No. 38, Cepu E-mail: suka_hb@akamigas.ac.id ABSTRAK Sebuah solar tracker dirancang untuk meningkatkan perolehan energi matahari dengan satu sumbu yaitu untuk memutar solar panel dari arah timur ke arah barat dengan posisi solar panel tegak lurus arah sinar matahari berbasis waktu dengan delay time 5 menit. Hasil uji coba menunjukkan bahwa terdapat peningkatan perolehan energi sebesar 30,7 % yaitu dari posisi tetap diperoleh energi sebesar 734,49 Watthour sedangkan pada posisi ter-tracker diperoleh energi sebesar 972,00 Watthour selama pengukuran dari jam 6.00 WIB sampai jam 17.00 WIB dengan menggunakan solar panel 100 WP. Peningkatan tersebut juga terlihat pada peningkatan daya rata-rata sebesar 30,04 % atau dari 63,63 Watt menjadi 82,9 Watt dan peningkatan arus hubung singkat rata-rata sebesar 29,9 % yaitu dari 3,24 Ampere menjadi 4,21 Ampere. Sedangkan peningkatan perolehan dari tegangan rata-rata tidak terlihat signifikan karena pengukuran dilakukan dengan menggunakan open circuit atau tanpa beban. Kata kunci: Solar Panel, Solar Tracker, Energi Matahari ABSTRACT A single axis solar tracker has been designed to increase the acquisition of solar energy that is to rotate the solar panel from east to west with a solar panel position perpendicular to the sunlight direction by using arduino with 5 minutes delay time. The trial results showed an increase in the acquisition of energy by 30.7% from the fixed position of the energy 734.49 watthour while the tracked position of measured energy of 972.00 watthour during measurements from 6.00 am until 5.00 pm with 100 WP solar panel. On the other hand, the average power was also increase by 30.04% from 63.63 watts to be 82.9 watts and an increase in short-circuit current average of 29.9%, from 3.24 be 4.21 Amperes. While an increase in the acquisition of the voltage average is not significantly visible because the measurement was done using an open circuit or no-load. Keywords: Solar Panel, Solar Tracker, Solar Energy 1. PENDAHULUAN Letak geografis Indonesia yang dilintasi oleh matahari yang kita kenal dengan lintasan garis katulistiwa merupakan kekayaan alam Indonesia yang tak ternilai harganya, karena di lintasan matahari tersebutlah terdapat simpanan energi yang besar.energi matahari merupakan sumber energi utama bagi kehidupan di bumi ini, apapun bentuk energi baik berupa fosil (minyak, batubara) maupun non fosil (biofuel, angin, air, cahaya matahari) adalah berasal dari matahari. Lintasan katulistiwa di Indonesia seolah olah membelah Indonesia menjadi dua bagian yaitu utara dan selatan akan tetapi ini suatu keuntungan bagi kita karena ada keseimbangan pasokan energi baik di utara maupun selatan, dan karena posisi ini menyebabkan waktu siang dan malam hari berdurasi yang hampir sama, posisi yang berada pada daerah katulistiwa mengakibatkan energi matahari akan terpancar terus sepanjang tahun. 82
Budi, Pengembangan Solar Tracker Single... Dengan luas daratan yang mencapai 2 juta km 2 dan rata rata sinar matahari yang terpancar 6 jam per hari serta besar daya pancar energi cahaya matahari sebesar 1,050 1,367 kw/m 2 7:1) dapat dibayangkan berapa besar potensi energi cahaya matahari untuk Indo-nesia, akan tetapi pemanfaatannya masih sangat kecil mengingat teknologi dan biaya investasi yang dirasa masih sangat mahal, sehingga nilai keekonomiannya masih rendah. Upaya upaya dari sisi teknologi dan menekan biaya investasi saat ini masih terus dilakukan oleh para ilmuwan dan peneliti, karena pemanfaatan energi cahaya matahari adalah salah satu cara menurunkan efek emisi carbon yang dihasilkan oleh pemanfaatan energi dari bahan fosil 6,3). Salah satu cara untuk menangkap energi matahari adalah merubah cahaya matahari untuk dijadikan listrik dengan menggunakan EV (Electro Photo Voltaic) yaitu sebuah modul yang kita kenal dengan istilah Sel Surya (Solar Cells) 5,8). Dalam keadaan cuaca yang cerah, sebuah sel surya akan menghasilkan tegangan konstan sebesar 0.5 V sampai 0.7 V dan arus sekitar 20 ma 2,4) dan jumlah energi yang diterima akan mencapai optimal jika posisi sel surya (tegak lurus) terhadap sinar matahari selain itu juga tergantung dari konstruksi sel surya itu sendiri 3). Ini berarti bahwa sebuah sel surya akan menghasilkan daya 0.6 V x 20 ma = 12 mw. Saat ini untuk pemanfaatan secara mandiri (rumah tangga) sel surya dipasang pada posisi tatap (fix) dengan mengarahkan posisi tegak pada jam 11.00 13.00 dengan asumsi pada jam tersebut sel surya mendapatkan energi terbesarnya. Kalau rata rata sinar cahaya matahari untuk Indonesia yang mencapai 6 jam per hari sedangkan dengan pemasangan solar sel posisi yang tetap hanya diperoleh sekitar 2 jam per hari maka sebenarnya ada potensi penambahan perolehan energi jika kita mampu mengarahkan posisi solar sel kita pada arah tegak lurus cahaya matahari. Upaya ini kita sebut sebagai penjejak matahari atau solar tracker dengan harapan jika kita mampu penjejak sinar cahaya matahari maka ada peningkatan perolehan energi matahari tersebut 4,7). Rancangan solar tracker ini menggunakan 2 (dua) sensor LDR (Light Depending Resistor) yang merupakan sensor cahaya yang sensitif dan berharga murah 1,3), disusun sedemikian rupa sehingga jika sinar matahari pada posisi tegak lurus maka output kedua sensor memiliki keluaran yang sama. Untuk meproses sinyal sensor dipergunakan sebuah microcontroller berbasis ATMega yaitu ATMega 326 yang telah tersedia dalam modul Arduino UNO 1). Pemilihan ini dikarenakan Arduino memiliki software pemrogram yang mudah yaitu dengan menggunakan IDE Arduino yang berlisensi gratis. Sedangkan unit penggerak dipergunakan motor linear yang biasanya dipergunakan sebagai penggerak antena parabola, dimana ketersediaan perangkat ini di pasaran cukup banyak. 2. METODE Rancang bangun dalam penelitian proyek ini terbagi menjadi dua yaitu rancang bangun hardwre dan software. Gambar 1, menunjukkan blok diagram rancang bangun hardware yang dilakukan. Metode di-tulis apabila naskah berupa hasil penelitian dan apabila tidak berupa hasil penelitian maka langsung bab pembahasan. Gambar 1.Blok Diagram Rancang Bangun Hardware Rangkaian hardware dibangun dengan menggunakan 2 (dua) buah sensor cahaya (LDR) yang disusun sedemikian rupa sehingga ketika sinar matahari mengenai kedua sensor dan arahnya tegak lurus dengan panel maka akan memberikan nilai resistansi yang sama yang akan dikonversikan dalam 83
Jurnal ESDM, Volume 7, Nomor 2, Nopember 2015, hal. 82-86 tegangan yang sama dengan menggunakan voltage divider. Besar voltage yang dihasilkan akan dikonversikan menjadfi besaran digital melalui port I/O microcontroller Arduino UNO. Fungsi Arduino UNO selain sebagai converter juga sebagai comparator, jika besar kedua sinyal LDR tidak sama maka microcontroller akan memberikan perintah untuk memutar kanan atau kiri motor melalui Motor Driver. Motor Driver sebagai penguat tegangan dan juga arus untuk dapat menggerakkan Linear Motor. Ketika Linear Motor bergerak untuk menggerakkan Frame Solar Panel, gerakan Frame akan dideteksi oleh sensor LDR. karena itu sistem dirancang jika posisi matahari telah bergeser ke arah barat maka panel harus diputar ke arah barat sampai harga LD1>=LD2 yang menunjuk-kan panel minimal telah tegak lurus sinar matahari atau lebih sedikit miring ke arah barat, nilai LD1>=LD2 dibuat karena adalah sulit membuat LD1=LD2 dalam kondisi sesaat. 3. PEMBAHASAN Microcontroller ATMega 328 dipergunakan sebagai alat pengendali pada tracker ini, ATMega 328 disematkan pada board Arduino UNO yang dapat dikomunikasikan serial menggunakan port USB dengan programing devices.programing devices menggunakan IDE Arduino yang merupakan software berlicensi free. Yang perlu diperhatikan dalam rancangan program ini adalah sensor cahaya dipergunakan sebagai unit penghenti putaran motor yaitu ketika nilai keluaran kedua sensor sama, akan tetapi untuk menghindari tracking yang terus menerus perlu ada tolerasi error dari selisih keluaran. Untuk mencegah tracking yang kontinyu juga perlu diberikan basis waktu mengingat tracking yang terus terjadi akan memerlukan energi yang lebih banyak sehingga tujuan menaikkan perolehan mungkin tidak tercapai. Untuk memenuhi kriteria diatas, dibuat flowchart seperti pada gambar 2.Sistem akan bekerja dari titik awal, yaitu pada jam 6.00 WIB, saat sistem bekerja diawali dengan membaca output LD1 dan LD2, output LD1 dan output LD2 berupa besar tegangan hasil konversi intensitas cahaya yang diterima LDR sebagai sensor cahaya.jika nilai LD1 dan LD2 sama menunjukkan posisi matahari tegak lurus dengan bidang panel surya dan jika LD1 < LD2 menunjuk-kan posisi matahari telah bergeser ke arah barat, oleh Gambar 2. Flow Diagram Perancangan Software Setelah posisi panel tegak lurus dengan sinar matahari, sistem akan mendelay delama 5 menit untuk menunggu posisi matahari yang bergeser ke arah barat. Sistem akan bekerja terus atau berulang terus hingga waktu menunjukkan jam 17.00. Jika sudah jam 17.00 sistem akan bekerja untuk memutar panel ke arah timur dan kembali ke posisi awal. Untuk mengetahui besar peningkatan perolehan energi matahari pada sistem ini, telah dilakukan uji coba sistem dengan mengukur perolehan pada posisi tetap dan dengan posisi menggunakan tracker. Untuk hal tersebut dipergunakan dua buah solar 84
Budi, Pengembangan Solar Tracker Single... panel dengan spesifikasi yang sama yaitu dengan menggunakan solar panel berdaya 100 WP. 19,01 Volt sedangkan pada posisi terjejak adalah sebesar 19,07 Volt. Hal ini terjadi karena pengukuran menggunakan metoda open circuit artinya solar panel tidak diberi beban. Gambar 3. Hubungan Isc Vs Waktu besar arus yang dihasilkan oleh solar panel pada posisi tetap diperoleh lebih kecil bila dibandingkan oleh perolehan solar panel pada posisi mengikuti gerak matahari, dari hasil perhitungan diperoleh rata rata nilai Isc untuk posisi tetap adalah sebesar 3,24 Ampere sedangkan pada posisi terjejak adalah sebesar 4,21 artinya terdapat peningkatan sebesar 29,9 %. Gambar 5. Hubungan Daya dan Waktu besar daya yang dihasilkan oleh solar panel pada posisi tetap diperoleh lebih besar bila dibandingkan oleh perolehan solar panel pada posisi mengikuti gerak matahari, dari hasil perhitungan diperoleh rata rata nilai Daya rata rata untuk posisi tetap adalah sebesar 63,63 Watt sedangkan pada posisi terjejak adalah sebesar 82,97 Watt artinya terdapat kenaikan daya sebesar 30,4 %. Gambar 4. Grafik Voc Terhadap Waktu besar tegangan yang dihasilkan oleh solar panel pada posisi tetap diperoleh hampir sama bila dibandingkan oleh perolehan solar panel pada posisi mengikuti gerak matahari, dari hasil perhitungan diperoleh rata rata nilai Voc untuk posisi tetap adalah sebesar Gambar 6. Perolehan Energi Gambar diatas menunjukkan perolehan energi kumulatif setiap 30 menit dari jam 6.00 WIB sampai jam 17.00. Dari grafik diatas terlihat bahwa ada peningkatan perolehan energi bila kita bandingkan antara 85
Jurnal ESDM, Volume 7, Nomor 2, Nopember 2015, hal. 82-86 posisi tetap dan posisi menggunakan tracker. Dari hasil perhitungan perolehan energi pada posisi tertracker adalah sebesar 972,00 Watthour sedangkan pada posisi tetap adalah sebesar 734,49 Watthour atau ada peningkatan sebesar 30,7 %. 4. SIMPULAN Telah dirancang sebuah solar tracker untuk meningkatkan perolehan energi matahari dengan satu sumbu yaitu untuk memutar solar panel dari arah timur ke arah barat dengan posisi solar panel tegak lurus arah sinar matahari berbasis waktu dengan delay time 5 menit. Hasil uji coba menunjukkan bahwa terdapat peningkatan perolehan energi sebesar 30,7 % yaitu dari posisi tetap diperoleh energi sebesar 734,49 Watthour sedangkan posisi tertracker diperoleh energi sebesar 972,00 Watthour pada pengukuran dari jam 6.00 WIB sampai jam 17.00 WIB. Peningkatan tersebut juga terlihat pada peningkatan daya rata-rata sebesar 63,63 Watt ke 82,9 Watt atau sebesar 30,04 % dan peningkatan arus hubung singkat rata-rata sebesar 29,9 % yaitu dari 3,24 Ampere menjadi 4,21 Ampere. Sedangkan peningkatan perolehan dari tegangan rata-rata tidak begitu terlihat karena pengukuran dilakukan dengan menggunakan open circuit atau tanpa beban. 5. DAFTAR PUSTAKA 1. Benny Cherian, Lakshmi P, Linda Joseph, Madhu PM, Minu John. Development of Automated Solar Tracker for High Efficiency Solar Panels, International Journal of Advanced Research in Electrical. Electronics and Instrumentation Engineering. Vol. 3. Issue 2. India; 2014. 2. A.M. Morega and A. Bejan. A Constructal Approach to the Optimal Design of Photovoltaic Cells, Int. Journal of Green Energy. pp. 233-242. 2005. 3. T. Tudorache, L. Kreindler, Design of a Solar Tracker System for PV Power Plants. Acta Polytechnica Hungarica. Vol. 7 No. 1, pp. 23-39. 2010. 4. Dale Dolan, Andrew Hsing, Solar Panel Tracker. Electrical Engineering Department. California Polytechnic State University. San Luis Obispo; 2010. 5. Eric Anderson, Chris Dohan, Aaron Sikora. Solar Panel Peak Power Tracking System. Worcester Polytechnic Institute. 2003. 6. A.M. Morega, J.C. Ordonez, P.A. Negoias, and R. Hovsapian, Spherical Photovoltaic Cells A Constructal Approach to Their Optimization. OPTIM. Romania; 2006. 7. Wikipedia,the free encyclopedia, Sunlight https://en.wikipedia.org/wiki/sunlight#su mmary 86