PERANCANGAN SOLAR TRACKER DUAL AXIS YANG TERINTEGRASI SENSOR ARUS DENGAN MENGGUNAKAN KOMUNIKASI WIRELESS PADA PC SKRIPSI MUHAMMAD IQBAL NIM : 120821017 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
PERANCANGAN SOLAR TRACKER DUAL AXIS YANG TERINTEGRASI SENSOR ARUS DENGAN MENGGUNAKAN KOMUNIKASI WIRELESS PADA PC SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi dan memenuhi syarat mencapai gelar sarjana sains MUHAMMAD IQBAL NIM : 120821017 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
i PERSETUJUAN Judul : PERANCANGAN SOLAR TRACKER DUAL AXIS YANG TERINTEGRASI SENSOR ARUS DENGAN MENGGUNAKAN KOMUNIKASI WIRELESS PADA PC Kategori : Skripsi Nama : Muhammad Iqbal NIM : 120821017 Program Studi : Strata I ( S1) Fisika Departemen : Fisika Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) Diluluskan di Medan, 29 Agustus 2014 Komisi Pembimbing : Pembimbing I, Pembimbing II, (DR. Marhaposan Situmorang) Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc NIP.195510301980131003 NIP. 19600603 198601 1002 Diketahui/Disetujui oleh Ketua Departemen Fisika FMIPA USU (DR. Marhaposan Situmorang) NIP.195510301980131003
ii PERNYATAAN PERANCANGAN SOLAR TRACKER DUAL AXIS YANG TERINTEGRASI SENSOR ARUS DENGAN MENGGUNAKAN KOMUNIKASI WIRELESS PADA PC SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing- masing disebutkan sumbernya. Medan, 29 Agustus 2014 Muhammad Iqbal NIM. 120821017
iii PENGHARGAAN Alhamdulillah puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah Subhanahuwata ala, atas segala karunianya yang telah diberikan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan baik. Shalawat dan Salam kepada Nabi Muhammad SAW semoga kita mendapatkan safa atnya di kemudian hari. Amin Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan rasa hormat dan ucapan terima kasih yang sebesar- besarnya kepada keluarga serta orang- orang yang mendukung sehingga penulis dapat menyelesaikan proyek Skripsi ini. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih banyak kepada : 1. Ayahanda Basyaruddin dan Ibunda Marwiyah, terima kasih atas kasih sayang dan kepercayaan yang telah kalian berikan kepada anak kalian ini, serta adik-adiku Rizky Fakhrurazi dan Khairul Abdilah, terimakasih buat dukungannya, doa dan motivasi yang diberikan dari awal mulai perkuliahan sampai penulisan skripsi ini serta buat seluruh keluarga yang telah membantu, mendukung dan memberikan kelonggaran serta support terhadap pendidikan saya hingga bisa berkembang seperti sekarang. 2. Yth.Bapak Dekan Dr.Sutarman beserta jajarannya di lingkungan FMIPA USU 3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang, selaku Ketua Program Studi Fisika S1 Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam dan selaku dosen Pembimbing I penulis dalam penyelesaian skripsi ini. Penulis sangat berterima kasih untuk setiap bimbingan, masukan, saran bahkan waktu yang senantiasa diberikan kepada penulis sampai pada akhir penyelesaian skripsi ini. 4. Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc, selaku Sekretaris Program Studi Fisika S1 Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam. 5. Bapak Drs Takdir Tamba,M.Eng.Sc selaku dosen Pembimbing II penulis yang telah memberikan banyak solusi, motivasi dan juga arahan nya. 6. Kepada Bapak Drs. Kurnia Brahmana M.Sc, ucapan terima kasih penulis sampaikan atas motivasi, wawasan, dan kesempatan untuk belajar lebih banyak di Lab mikrokontroller. 7. Seluruh Dosen dan Karyawan Program Studi Fisika SI Departemen Fisika FMIPA USU
iv 8. Jazakumullah khairan katsiran kepada saudara-saudara seperguruan ku, Muhammad habibie, Aswan Afif, Faisal Ari Fitra,. Semoga ALLAH terus meridhai kita dimanapun berada. 9. Teman teman seperjuangan Fisika Ekstensi 12, khususnya Aswan, Faisal, Habibie, Ardi, Timbul, dan Okto yang sama-sama merasakan pahit manisnya selama kuliah dan kerja sama selama masa perkuliahan. 10. Terima Kasih sebesar besarnya untuk Bg Oki Handinata yang banyak memberikan bantuan sehingga skripsi ini bisa diselesaikan. 11. dan kepada semua pihak yang telah berkontribusi dalam kehidupan penulis yang tidak mampu saya tuliskan satu persatu. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pembuatan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Semoga laporan ini menjadi ibadah yang baik bagi penulis dan menjadi ilmu yang bermanfaat bagi pembaca. Amin Yaa Rabbal alamin Medan, 29 Agustus 2014 Hormat Penulis, Muhammad Iqbal
v ABSTRAK Seiring dengan kemajuan teknologi sekarang ini banyak perangkat teknologi yang dapat menghasilkan energi alternatif guna mendukung penghematan pemakaian energi, salah satu teknologinya yaitu solar cell. Solar cell berpotensi sebagai konverter sumber energi alternatif. Salah satu sifat solar cell adalah menyerap energi maksimum ketika cahaya yang mengenai panelnya pada posisi tegak lurus. Tetapi saat ini masih banyak perangkat solar cell yang belum dapat menghasilkan energy maksimal dikarenakan posisinya masih statis. Oleh karena itu dibutuhkan perangkat Instrumentasi yang bisa mengatur posisi solar cell agar selalu tegak lurus dengan arah datang sinar matahari dengan dual axis pergerakan. Tujuan perancangan dan pembuatan solar tracker ini adalah sebagai pengatur posisi dari solar cell yang didukung dengan beberapa komponen seperti sensor LDR, servo motor, dan servo controller. Diharapkan dengan adanya sistem otomasi pengatur pergerakan dual axis ini membuat solar cell selalu mendapat paparan cahaya matahari serta dapat menghasilkan energi yang maksimal. Kata Kunci : Solar Tracker,Servo Motor,LDR,Solar Cell,
vi ABSTRACT Along with the advancement of technology today many technological devices that can produce alternative energy in order to support the efficient use of energy, one that is solar cell technology. Solar cell potential as an alternative energy source converter. One of the properties of the solar cell is absorbing the light energy is maximum when the panel is in the upright position. But now there are many solar cell devices that have not been able to produce maximum energy due to its position is static. It is therefore necessary instrumentation device which can adjust the position of the solar cell to be always perpendicular to the direction of sunlight comes with a dual axis movement. The purpose of the design and manufacturing of solar tracker is a regulator of the position of the solar cell is supported by several components such as the LDR sensors, servo motors, and servo controller. Hopefully, by the movement of the automation system controller is a dual axis make solar cell always gets exposure to sunlight and can produce maximum energy. Keywords: Solar Tracker, Servo Motors, LDR, Solar Cell,
vii DAFTAR ISI PERSETUJUAN... i PERNYATAAN... ii PENGHARGAAN... iii ABSTRAK... iv ABSTRACT...v DAFTAR ISI... vii BAB I PENDAHULUAN...1 1.1. LATAR BELAKANG...1 1.2. RUMUSAN MASALAH...2 1.3. BATASAN MASALAH...3 1.4. TUJUAN PENELITIAN...4 1.5. MANFAAT...4 BAB II LANDASAN TEORI...5 2.1. Umum...5 2.1.1. Pengertian Matahari...5 2.2. Solar Cell Monocrystalin...6 2.2.1. Cara Kerja Solar Cell...6 2.3. Sensor Arus ACS712...7 2.4. Motor Servo...8 2.5. Modul Wireless... 10 2.5.1.Modul wireless KYL 1020-U... 12 2.6. Real Time Clock (RTC) DS1370... 12 2.7. Sensor Cahaya LDR... 14 2.8. Kontroller Motor Servo (SPC)... 15 2.9. Mikrokontroller ATmega8535... 16 2.9.1.Konfigurasi pin ATmega8535... 18 2.9.1.1.Port-Port Pada Atmega8535 Dan Fungsinya... 19 2.9.1.1.1.Port A... 19 2.9.1.1.2.Port B... 20 2.9.1.1.3.Port C... 20
viii 2.9.1.1.4.Port D... 21 2.9.1.1.5.RESET... 21 2.9.1.1.6.XTAL1... 21 2.9.1.1.7.XTAL2... 21 2.9.1.1.8.AVcc... 22 2.9.1.1.9.AREF... 22 2.9.1.1.10.AGND... 22 2.9.2.Peta Memori ATMega8535... 22 2.9.2.1.Program Memory... 22 2.9.2.1.1.Data Memory... 23 2.10. Komunikasi Serial... 23 2.10.1.Komunikasi Serial pada ATmega8535... 24 2.10.2.1.UDR (USART Data Register)... 24 2.10.2.2.UCSRA, UCSRB, UCSRC (Usart Control&Status Register).. 24 2.10.2.3.UBRR (Usart Baud Rate Register)... 25 BAB III PERANCANGAN ALAT DAN PEMBUATAN SISTEM... 27 3.1 Perancangan Blok Diagram sistem... 27 3.2 Fungsi Tiap Blok... 28 3.3 Rangkaian Mikrokontroller ATmega8535... 28 3.4 Rangkaian Perancangan Panel Surya... 29 3.5 Perancangan Pembagi Tegangan Panel Surya... 31 3.6 Perancangan Sensor Arus... 32 3.7 Rangkaian Motor Servo... 34 3.8 Perancangan Sistem RTC DS1307... 37 3.9 Perancangan Sistem Komunikasi Menggunakan RF Modul KYL10... 38 3.10 Flowchart Program... 40 BAB IV PENGUJIAN ALAT DAN ANALISA RANGKAIAN... 41 4.1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535... 41 4.2 Pengujian LDR Pada Panel Surya (Solar Cell)... 41 4.3 Pengujian Modul RF KYL 1020... 43 4.4 Pengujian Perbandingan Panel Surya Statis dan Dinamis... 46 4.5 Pengujian Rangkaian Pembagi Tegangan... 47 4.6 Pengujian Sensor Arus... 48
ix 4.7 Pengujian Rangkaian RTC DS1307... 49 4.8 Pengujian Rangkaian Motor Servo... 50 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 52 5.1 Kesimpulan... 52 5.2 Saran... 52 Daftar Pustaka... 53 LAMPIRAN A... 54 LAMPIRAN B... 56 LAMPIRAN C... 59
x DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman Gambar 2.1. Ilustrasi Cara Kerja Sel Surya Dengan Prinsip p-n Junction...7 Gambar 2.2. Sensor Arus ACS712...7 Gambar 2.3. Servo dengan Horn bulat...9 Gambar 2. 4. Pulsa PWM Servo Motor... 10 Gambar 2. 5 Diagram Pin RTC DS1307... 13 Gambar 2. 6 Rangkaian Sensor Cahaya LDR... 14 Gambar 2. 7 Blok Diagram Atmega8535... 17 Gambar 2. 8 Konfigurasi Pin Atmega8535... 18 Gambar 2. 9 Peta Memori... 23 Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem... 27 Gambar 3.2 Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroller Atmega8535... 28 Gambar 3.3. Panel Surya/Solar Cell... 30 Gambar 3.4. Skematik Perancangan LDR dan Panel Surya... 30 Gambar 3.5. Tata Letak LDR dan Panel Surya... 31 Gambar 3.6. Rangkaian Pembagi Tegangan... 31 Gambar 3.7. Rangkaian Aplikasi Sensor Arus ACS 712, 5A... 33 Gambar 3.8. Konfigurasi Pin LM 321 dan Rangkaian Inverting Amplifier... 33 Gambar 3.9. Motor Servo 180 0... 35 Gambar 3.10. Gambar Rangkaian Motor Servo... 36 Gambar 3.11. Design Motor Servo Solar Tracker... 36 Gambar 3.12. Antarmuka Bagian RTC DS 1307... 37 Gambar 3.13. Rangkaian Aplikasi Modul RTC DS 1307 yg Dihub ke Mikro... 38 Gambar 3.14. Modul KYL 1020... 38 Gambar 3.15. Rangkaian Aplikasi Modul KYL 1020 yang dihub ke PC... 39 Gambar 3.16. Flowchart Cara Kerja Sistem... 40 Gambar 4.1. Jarak Antar LDR... 42 Gambar 4.2. Sumber Cahaya Tegak Lurus Panel Surya... 46 Gambar 4.3. Sumber Cahaya dari Berbagai Sudut... 46 Gambar 4.3. Sumber Cahaya dari Berbagai Sudut... 46 Gambar 4.3. Pergerakan Sudut Angular Servo... 50
xi DAFTAR TABEL Tabel Halaman Tabel 2.1 Keterangan Gambar Sensor Arus ACS 712...8 Tabel 2.2 Keterangan Untuk Pin Modul KYL 1020U... 12 Tabel 2.3 Fungsi Pin Port B... 20 Tabel 2.4 Fungsi Pin Port D... 21 Tabel 2.5 Rumus Perhitungan Nilai UBRR... 25 Tabel 4.1. Hasil Pengujian Menggunakan Senter... 43 Tabel 4.2. Pengujian Jarak dan Penerimaan Data Menggunakan KYL (outdoor)... 44 Tabel 4.3. Pengujian Jarak dan Penerimaan Data Menggunakan KYL (indoor)... 45 Tabel 4.4. Data Perbandingan Daya yang Dihasilkan Panel Statis dan Dinamis... 47 Tabel 4.5. Pengujian Sensor Tegangan... 48 Tabel 4.6. Data Pengujian Sensor Arus ACS 712... 49