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 091321068
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012 i
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama
: Chika Nurul Huda
NIM
: 091321068
Tempat, tanggal lahir: Garut, 5 November 1991
Alamat
: Kp. Jati RT03 RW01, Kec. Tarogong Kaler, Garut, 44151
No. Hp
: 085795794572
Email
:
[email protected]
RIWAYAT PENDIDIKAN (1997 – 2003)
:
SD Negeri Tarogong 2
(2003 – 2006)
:
SMP Negeri 1 Garut
(2006 – 2009)
:
SMA Negeri 2 Tarogong
(2009 – 2012)
:
Politeknik Negeri Bandung
PENGALAMAN ORGANISASI (2009 – 2010)
:
Sekretaris II Himpunan Mahasiswa Listrik
(2010 - 2011)
:
Sekretaris I Himpunan Mahasiswa Listrik
(2011 – 2012)
:
Sekretaris Himpunan Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro
iii
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
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
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
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayahNya 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
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
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 ...................................................................................... 1 1.1
Latar Belakang ............................................................................................... 1
1.2
Rumusan Masalah.......................................................................................... 2
1.3
Tujuan ............................................................................................................ 3
1.4
Batasan Masalah ............................................................................................ 3
1.5
Metoda Pelaksanaan ...................................................................................... 3
1.6
Sistematika Penulisan .................................................................................... 4
BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................... 6 2.1 Sollar cell ....................................................................................................... 6 2.1.1
Pengertian Sollar cell......................................................................... 6
2.1.2
Prinsip Kerja Sollar cell .................................................................... 6
2.1.3
Karakteristik Sollar cell ................................................................... 12
2.2 Motor DC ..................................................................................................... 14 2.2.1 Pengertian Motor DC ....................................................................... 14 2.2.2 Prinsip Dasar Motor DC .................................................................. 15 ix
x
2.2.3 Beban Motor (Torsi) ........................................................................ 18
2.2.4 Prinsip Arah Putaran Motor DC ...................................................... 18
2.2.5 Motor DC Magnet Permanen ........................................................... 19
2.3 Mikrokontroler ............................................................................................. 20
2.4
2.3.1
Pengertian Mikrokontroler ............................................................... 20
2.3.2
Mikrokontroler ATMega 16 ............................................................ 21
2.3.3
Peta Memori ATMega 16 ................................................................ 23
Metoda MPPT (Maximum Point Power Tracker) ........................................ 25
2.5 MOSFET ...................................................................................................... 28 2.5.1 Pengertian MOSFET ......................................................................... 28
2.5.2 Prinsip Kerja MOSFET ..................................................................... 28 2.5.3 Karakteristik MOSFET ...................................................................... 29 2.6 Optocoupler................................................................................................... 31 2.7 Buck Converter.............................................................................................. 31 2.8 Battery ........................................................................................................... 32
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ................................................ 34 3.1
Pendahuluan................................................................................................. 34
3.2
Tujuan Perancangan..................................................................................... 35
3.3
Langkah-langkah Perancangan .................................................................... 36 3.3.1
Fungsi Alat ....................................................................................... 36
3.3.2
Cara Kerja ........................................................................................ 36
3.3.3
Spesifikasi Alat ................................................................................ 38
3.3.4
Diagram Blok Sistem ....................................................................... 39
3.3.5
Perancangan Perangkat Keras (Hardware) ...................................... 44
3.3.6
Perancangan Perangkat Lunak (Software) ....................................... 51
3.3.7
Realisasi Alat ................................................................................... 55
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ............................................................ 68 4.1 Tujuan Pengujian .......................................................................................... 68 4.2 Metode Pengujian.......................................................................................... 68
xi
4.3 Pengujian dan Analisa ................................................................................... 68 4.3.1 Pengujian dan Analisa Karakteristik Solar Cell.................................... 68
4.3.2 Pengujian dan Analisa Daya Keluaran Maksimum Solar Cell Tanpa Sun Tracker ........................................................................................ 71 4.3.3 Pengujian dan Analisa Daya Keluaran Maksimum Solar Cell Dengan
Menggunakan Sun Tracker ................................................................ 73
4.3.4 Pengujian dan Analisa Effisiensi Solar Cell ........................................ 76 V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 81 BAB
5.1 Kesimpulan ................................................................................................... 81 5.2 Saran ............................................................................................................ 81
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
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 ............................................................................ 10
Gambar 2.6
Fotogenerasi elektron-hole (electrone-hole photogeneration)...... 11
Gambar 2.7
Medan listrik yang dihasilkan dialirkan ke beban (lampu) ............ 12
Gambar 2.8
Prinsip kerja solar cell.................................................................... 12
Gambar 2.9
Grafik arus tegangan pada sel surya ............................................... 13
Gambar 2.10 Motor dc sederhana ........................................................................ 15 Gambar 2.11 Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor ....... 15 Gambar 2.12 Medan magnet mengelilingi konduktor dan diantara kutub........... 16 Gambar 2.13 Reaksi garis fluks ........................................................................... 16 Gambar 2.14 Prinsip kera motor dc ..................................................................... 17 Gambar 2.15 Kaidah tangan kiri .......................................................................... 18 Gambar 2.16 Motor dc magnet permanen............................................................ 19 Gambar 2.17 Mikrokontroler ATMega 16 ........................................................... 20 Gambar 2.18 Konfigurasi pin ATMega 16 kemasan 40-Pin................................ 22 Gambar 2.19 Peta Memory................................................................................... 24 Gambar 2.20 Peta Data Memory.......................................................................... 25 Gambar 2.21 Penjejakan dari dP/dV pada posisi yang berbeda........................... 26 Gambar 2.22 Algoritma MPPT Perturb&Observation (P&O) ............................. 27 Gambar 2.23 Konfigurasi dasar MOSFET........................................................... 28
xiii
Gambar 2.24 Prinsip kerja MOSFET tipe NPN ................................................... 29
Gambar 2.25 Prinsip kerja MOSFET tipe PNP ................................................... 29
Gambar 2.26 Bentuk gelombang switching ......................................................... 30
Gambar 2.27 Rangkaian Optocoupler.................................................................. 31
Gambar 2.28 Buck Converter............................................................................... 31 Gambar 2.29 Battery ............................................................................................ 32 Gambar 3.1
Rangkaian keseluruhan sun tracker sebelum modifikasi ............... 35
Gambar 3.2
Diagram Blok Sistem ..................................................................... 40
Gambar 3.3
Interkoneksi buzzer dengan ATMega 16 ....................................... 42
Gambar 3.4
Interkoneksi ATMega 16 dengan LCD .......................................... 42
Gambar 3.5
Rangkaian sun tracker setelah modifikasi ...................................... 45
Gambar 3.6
Rangkaian power supply 15 volt simetris ...................................... 46
Gambar 3.7
Rangkaian power supply 15 volt .................................................... 46
Gambar 3.8
Rangkaian detektor arus ................................................................. 47
Gambar 3.9
Rangkaian detektor tegangan ......................................................... 48
Gambar 3.10 Rangkaian Buck Chopper ............................................................... 49 Gambar 3.11 Rangkaian keseluruhan alat MPPT ................................................ 51 Gambar 3.12 Diagram alir program sun tracker .................................................. 52 Gambar 3.13 Diagram alir program Maximum Power Point Tracker ................. 54 Gambar 3.14 PCB rangkaian power supply 15 volt ............................................. 55 Gambar 3.15 PCB rangkaian buck chopper ......................................................... 56 Gambar 4.1 Rangkaian pengujian karakteristik solar cell .................................. 69 Gambar 4.2 Grafik karakteristik solar cell ......................................................... 70 Gambar 4.3 Rangkaian pengujian daya keluaran solar cell................................ 71 Gambar 4.4 Grafik daya maksimal keluaran solar cell....................................... 72
xiv
Gambar 4.5 Rangkaian pengujian solar cell berbeban dengan sun tracker operasi automatis ............................................................................. 74
Gambar 4.6 Grafik pengujian daya maksimum keluaran solar cell dengan operasi automatis ............................................................................. 75 Gambar 4.7 Grafik perubahan daya keluaran solar cell tanpa sun tracker dan dengan menggunakan sun tracker .................................................... 76
Gambar 4.8 Rangkaian pengujian effisiensi solar cell ........................................ 77
Gambar 4.9 Grafik perubahan effisiensi solar cell dengan menggunakan sun tracker dan tanpa menggunakan sun tracker .................................... 80
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Deskripsi pin ATMEGA 16 ............................................................... 22
Tabel 3.1
Spesifikasi Alat .................................................................................. 38
Tabel 3.2
Koneksi push button dengan ATMega 16 ......................................... 41
Tabel 3.3
Koneksi sensor fotovoltaik dengan ATMega 16................................ 41
Tabel 3.4
Koneksi L298 dengan mikrokontroler ............................................... 43
Tabel 3.5
Komponen Rangkaian Buck Chopper ................................................ 50
Tabel 3.6
Alamat input port mikrokontroler sun tracker .................................. 51
Tabel 3.7
Alamat output port mikrokontroler sun tracker ................................. 52
Tabel 3.8
Alamat input port mikrokontroler program MPPT ............................ 53
Tabel 3.9
Alamat output port mikrokontroler program MPPT .......................... 53
Tabel 4.1
Pengujian karakteristik solar cell....................................................... 69
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 ............................................................................................ 74
Tabel 4.4
Pengukuran intensitas radiasi solar cell dengan menggunakan sun tracker ................................................................................................ 77
Tabel 4.5
Pengukuran intensitas radiasi solar cell tanpa menggunakan sun tracker ................................................................................................ 78
Tabel 4.6
Perhitungan effisiensi solar cell dengan menggunakan sun tracker.. 79
Tabel 4.7
Perhitungan effisiensi solar cell tanpa menggunakan sun tracker .... 79
xv
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 L298 3. DATA SHEET IC REGULATOR 78XX 4. DATA SHEET TLP 250 5. DATA SHEET LM 741
xvi
DAFTAR PUSTAKA
[1.] Andrianto, Heri. 2008. Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMEGA16 Menggunakan Bahasa C (Code Vision AVR). Bandung : Informatika.
[2.] “……”. 2002. “Motor DC”. www. staff. ui. ac. id/ internal/ 040603019/ DcMotorPaperandQA.pdf. 08 April 2012. [3.] Winoto, Ardi. 2008. Mikrokontroler AVR ATmega8/32/16/8535 dan Pemrogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR. Bandung : Informatika.
[4.]
[5.]
Zuhal. 1988. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta: Gramedia,
http://id.wikipedia.org/wiki/Panel_surya
