PERANCANGAN PROTOTPE SENSOR RADIASI MATAHARI MENGGUNAKAN PHOTODIODE
Krisdianto Mahasiswa Teknik Elektro,FT,UMRAH,
[email protected]
Ibnu Kahfi Bachtiar DosenPembimbing,TeknikElektro, FT UMRAH,
[email protected]
ABSTRAK Indonesia memiliki berbagai jenis sumber daya energi terbarukan dalam jumlah yang cukup melimpah, salah satunya yaitu energi matahari (radiasi matahari). Letak indonesia yang berada pada daerah garis khatulistiwa 60LU to 110LS, maka wilayah Indonesia akan selalu disinari matahari selama 10 – 12 jam dalam sehari. Penelitian ini dilakukan sebagai upaya pengembangan photodiode sebagai sensor radiasi matahari dan sebagai pengamatan intensitas radiasi matahari. Perancangan sensor meliputi beberapa tahap yaitu photodiode sebagai penerima cahaya matahari, rangkaian summing amplifier sebagai rangkaian penjumlah, rangkaian pembagi tegangan untuk merata-ratakan output dari rangkaian summing amplifier, pengontrol output dari rangkaian summing amplifier yaitu menggunakan mikrokontroler kemudian ditampilkan menggunakan LCD. Pada proses pengambilan data selama 3 hari, nilai sensitivitas pada sensor radiasi matahari sebesar 0,3 mV(W/m^2) sampai 1mV(W/m^2). Setelah proses penelitian yang dilakukan, maka peneliti dapat mengetahui karakteristik dari sensor yang telah dirancang yaitu semakin kecil nilai sensitivitas maka semakin bagus pembacaan sensor.
Kata kunci : radiasi matahari, photodiode, tegangan.
I. PENDAHULUAN
selama 10 - 12 jam dalam sehari. Potensi
A. Latar Belakang
sumber energi matahari di Indonesia sebagai
Indonesia merupakan negara
sumber energi listrik alternatif sangat perlu
yang memiliki berbagai jenis sumber daya
dimanfaatkan mengingat matahari bersinar
energi terbarukan dalam jumlah yang cukup
berkisar 2000 jam per tahun (Suryono,
melimpah
2009).
salah
satunya
yaitu
energi
matahari (radiasi matahari). Letak Indonesia
Melihat dari potensi
yang berada pada daerah garis khatulistiwa LU
sampai
LS,
maka
penyinaran
matahari di Indonesia yang cukup melimpah, maka Indonesia mempunyai peluang besar
wilayah
untuk
Indonesia akan selalu disinari matahari
1
memanfaatkan
tenaga
matahari
sebagai
pembangkit
listrik.
Sebelum
1.
Penelitian yang dilakukan hanya
membangun pembangkit listrik tenaga surya,
sebatas pengkarakterisasian sensor radiasi
dibutuhkan data radiasi matahari yang akurat
matahari berdasarkan sensitivitas.
pada
2.
daerah
yang
akan
dibangun
Hasil akhir dari rancangan sensor
pembangkit listrik tersebut. Pembangunan
berupa output tegangan ( Volt ).
pembangkit listrik tenaga matahari bertujuan
D .Tujuan Penelitian
untuk mengurangi krisis energi yang dari
Ada beberapa tujuan dari penelitian
tahun ke tahun semakin meningkat. Menanggapi
yang dilakuakan antara lain yaitu sbagai
permasalahan
yang
berikut:
ada, peneliti tertarik untuk merancang
1.
Menghasilkan
sebuah sensor radiasi matahari sebagai
radiasi
bentuk
pengembangan
photodiode.
rangka
pemanfaatan
teknologi radiasi
dalam
matahari
2.
sebagai energi terbarukan. Sensor yang akan dirancang intensitas
untuk
mengetahui
radiasi
matahari
prototipe
matahari
menggunakan
Mengetahui sensitivitas sensor yang telah dirancang.
besarnya adalah
E. Manfaat Penelitian
photodiode. Sensor yang telah dirancang
Manfaat
akan dikarakterisasikan berdasarkan nilai
dari
penelitian
1.
sensor terhadap radiasi matahari.
Pengembangan photodiode sebagai sensor radiasi matahari.
2.
B. Rumusan masalah Adapun rumusan masalah yang
Mengkarakterisasi sensor radiasi matahari berdasarkan sensitivitas.
dapat disimpulkan dari penjabaran latar
II. TINJAUAN PUSTAKA
belakang adalah :
A. Kajian Terdahulu
Bagaimana radiasi
merancang
matahari
sensor
Penjelasan
menggunakan
Bagaimana
teori
dasar
yang
berhubungan dengan perancangan sensor
photodiode. 2.
yang
dilakukan yaitu:
sensitivitas dari responsitivitas rancangan
1.
sensor
radiasi matahari menggunakan photodiode mengkarakterisasi
diantaranya,
pengertian
photodiode sebagai sensor radiasi
matahari,
karakteristik
matahari.
penjabaran dari
tentang dari
radiasi
photodiode,
rangkaian op amp yang
akan di gunakan, penjabaran dari arduino
C. Batasan Masalah Supaya pembahasan lebih terarah
uno sebagai pengontrol, dan penjabaran
dan tidak keluar dari topik permasalahan,
mengenai LCD sebagai tampilan.
maka pembahasan dari penulisan ini akan
Adapun
beberapa
penelitian
dibatasi dengan ruang lingkup sebagai
terdahulu yang sudah pernah dilakukan
berikut :
sebelumnya. Pertama dilakukan oleh Andi yang
2
berjudul
perancangan
sistem
monitoring intensitas cahaya matahari atau
Matahari memancarkan energinya
irradiance meter menggunakan photodiode
dalam bentuk radiasi yang memiliki rentang
BPW21
beserta
panjang gelombang yang sangat lebar.
lainnya,
yaitu
instrumen sensor
pendukung
temperatur
dan
Ilmuwan dunia kemudian bersepakat untuk
kelembaban. Perancangan dilakukan dengan
mengelompokkannya menjadi beberapa pita
menggunakan tampilan pada laptop berbasis
gelombang,
pemrograman
(Andi,2008).
gelombang ultraviolet, infra merah, dan
Penelitian juga pernah dilakukan oleh Yulia
cahaya tampak. Cahaya tampak (λ = 340 -
Imelda Piyoh dkk yaitu perancangan dan
7600 nm) tersusun atas banyak pita warna
pengujian system pengukuran sinar UV dari
yang berbeda-beda dari merah hingga ke
intensitas Matahari (Piyoh.I, 2012).
ungu. Gradasi warna dari merah ke ungu
Labview
Pada
penelitian
sebelumnya
diantaranya
dipengaruhi
oleh
adalah
perbedaan
pita
panjang
photodiode yang digunakan pada penelitian
gelombangnya. Radiasi matahari pada tiga
hanya menggunakan satu photodiode, maka
pita gelombang tersebut dikenal sebagai
penerimaan
yang
radiasi global matahari, dan merupakan
dihasilkan sangat terbatas. Maka peneliti
radiasi yang langsung datang ke permukaan
akan melakukan penelitian menggunakan 5
bumi (direct) maupun radiasi yang berasal
photodiode
dari hamburan atmosfer (diffuse) (Hamid. S,
intensitas
yang
radiasi
bertujuan
untuk
memperluas daerah penerimaan intensitas
2014).
cahaya matahari.
memaksimalkan tingkat penerimaan sinar
B. Dasar Teori
matahari
1. Radiasi Matahari
penampang menghadap arah datangnya sinar
Matahari
adalah
salah
satu
Konsep
mengenai
dengan
cara
mengatur
untuk
posisi
matahari.
fenomena alam yang memiliki manfaat bagi 2. Photodiode
kelangsungan makhluk hidup di bumi.
Photodiode
Matahari juga merupakan sumber energi
merupakan
piranti
semikonduktor dengan struktur sambungan
yang tidak akan habis dan belum banyak
p-n yang dirancang untuk beroperasi bila
dimanfaatkan oleh manusia. Seperti yang
dibiaskan dalam keadaan terbalik, untuk
kita ketahui matahari memiliki banyak
mendeteksi cahaya (Apriano. T, 2012).
manfaat, baik itu pada bumi dan pada manusia secara tidak langsung. Contohnya dalam bidang pertanian radiasi matahari membantu tanaman untuk melakukan proses fotosintesis. Intensitas radiasi matahari juga berpengaruh terhadap pergerakan udara dan cuaca.(Andi, 2008)
Gambar 1. Photodiode PD204-6C/L3 (Sumber: Datashet photodiode, 2013)
3
Prinsip kerja dari photodiode yaitu
Parameter
ketika sebuah photon (satuan energi dalam cahaya) dari sumber cahaya diserap, hal
Reverse
tersebut membangkitkan suatu elektron dan
Voltage
menghasilkan sepasang pembawa muatan
Operating
tunggal, sebuah elektron dan sebuah hole,
Temperature
dimana suatu hole adalah bagian dari kisikisi
semikonduktor
yang
Units
Vr
32
V
Topr
-
°C
25~+85
semikonduktor adalah kebalikan dengan
Soldering
gerak muatan pembawa. Cara tersebut
Temperature
didalam sebuah photodiode digunakan untuk
Power
mengumpulkan
Dissipation
menyebabkan
-
°C
40~+85
Temperature
elektron. Arah Arus yang melalui sebuah
photon
Rating
Tstg
Storage
kehilangan
Symbol
Tsol
260
°C
Pc
150
mW
pembawa muatan seperti arus atau tegangan mengalir
dibagian-bagian
elektroda.
3. Rangkaian Penguat
Photodiode digunakan sebagai penangkap
a. IC OP-AMP LM358
gelombang cahaya. Jika photodiode ini mendapat cahaya maka akan menghasilkan
IC OP-AMP LM358 mempunyai
tegangan sekitar 0.5 volt dan arus yang
tiga terminal yaitu dua terminal masukan
dihasilkan tergantung dari intensitas cahaya
dan satu terminal keluaran. Pada gambar 2
yang masuk pada photodiode tersebut.
menunjukan simbol sebuah penguat op-amp.
(Gunarta. L, 2011)
Terminal 2 dan terminal 3 merupakan
Pada photodiode kita mengenal
terminal masukan ( input ) dan terminal 1
responsivitas
kemampuan
merupakan terminal keluaran ( output ).
dari sebuah photodiode untuk menambah
Kebanyakan penguat op-amp menggunakan
arus
dari
catu daya DC dengan dua polaritas untuk
cahaya.
dapat beroperasi, terminal 4 di sambungkan
Responsivitas dari photodiode merupakan
ke tegangan negatif (-V ) dan terminal 8
perbandingan
disambungkan ke VCC ( +V ) (Pandiangan.
istilah
sebuah
bias mundur
yaitu
sebagai
penambahan
dalam
hasil
pada
mA/mW
pada
J, 2007)
panjang gelombang. Adapun spesifikasi dari photodiode type PD204-6C/L3 dapat kita lihat pada table 1. di bawah ini:
Tabel 1. Spesifikasi photodiode ( Data Gambar 2. Diagram OP-AMP LM358
sheet photodiode , 2013)
4
Gambar 3. Konfigurasi pin LM358
(1)
(Sumber: Data sheet LM358, 2015)
Gambar 4. Rangkaian inverting (Sumber:
Adapun spesifikasi dari IC LM 358 adalah
Nuraeni. R., dkk 2013)
sebagai berikut: 1.
c. Rangkaian Summing Amplifier
Frekuensi
internal
yang
dapat
Rangkaian ini menerapkan system
diubah untuk penguatan.
feedback
Penguatan tegangan yang besar (
adalah input negatif
100 dB )
Jumlah
Memiliki besar range tegangan
rangkaian ini boleh lebih dari dua input.
antara 3 V sampai 32 V.
Besar tegangan keluaran merupakan jumlah
4.
Arus bias input rendah ( 20 nA ).
dari
5.
Tegangan offset input rendah ( 2
dipasangkan dan tergantung pula dengan
mV ) (Pandiangan. J, 2007)
besar penguatannya (Nuraeni dkk, 2013).
2.
3.
negatif, input yang digunakan
input
semua
pada IC
yang
tegangan
Op-Amp.
digunakan
masukan
pada
yang
b. Rangkaian Inverting Sebuah
penguat
pembalik
(2)
menggunakan umpan balik negatif untuk membalik dan menguatkan sebuah tegangan. Seperti tersirat pada namanya, pembaca tentu sudah menduga bahwa fase keluaran dari penguat inverting ini akan selalu berbalikan dengan input-nya. Resistor melewatkan sebagian sinyal output kembali
Gambar 5. Rangkaian summing amplifier
ke input. Keluaran tak sefase sebesar 180°,
(Sumber: Nuraeni, R, Selan A.C.2013).
maka
4. Arduino Uno
nilai
tersebut
secara
efektif
mengurangi besar nilai input. Hal ini
Arduino uno adalah board berbasis
mengurangi bati keseluruhan dari penguat
mikrokontroller pada ATmega328. Board ini
dan disebut dengan umpan balik negative
memiliki 14 digital input / output pin
(Nuraeni dkk, 2013).
(dimana 6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack listrik tombol reset. Pin-pin ini berisi semua yang diperlukan
5
untuk
mendukung
mikrokontroller,
hanya
terhubung
ke
terjadi baik dari VIN melalui
komputer dengan kabel USB atau sumber
regulator onboard, atau diberikan
tegangan bisa didapat dari adaptor AC-DC
oleh USB .
atau baterai untuk menggunakannya.
2.
3,3 volt pasokan yang dihasilkan oleh regulator on-board Menarik arus maksimum adalah 50 mA.
3.
GND adalah pin Ground
5. LCD (Liquid Crystal Display ) LCD (Liquid Crystal Display)
Gambar 6. Arduino uno (sumber : www.Arduino.cc) a. Catu Daya Uno
Arduino
dapat
adalah suatu jenis media tampil yang menggunakan kristal cair sebagai
diaktifkan
penampil utama. LCD sudah digunakan
melalui koneksi USB atau dengan catu daya
diberbagai bidang misalnya alal–alat
eksternal. Sumber listrik dipilih secara
elektronik seperti televisi dan
otomatis. Eksternal (non-USB) daya dapat
kalkulator. Pada postingan aplikasi LCD
datang baik dari AC-DC adaptor atau
yang dugunakan ialah LCD dot matrik
baterai. Arduino uno dapat beroperasi pada
dengan jumlah karakter 2 x 16. LCD
pasokan daya dari 6 - 20 volt. Jika diberikan
sangat berfungsi sebagai penampil yang
dengan kurang dari 7V, bagaimanapun pin
nantinya akan digunakan untuk
5V dapat menyuplai kurang dari 5 volt dan
menampilkan status kerja alat.
board
mungkin
tidak
stabil.
Jika
menggunakan lebih dari 12V, regulator tegangan bisa panas dan merusak board. Rentang yang dianjurkan adalah 7 - 12 volt(Sumber : http://Arduino.cc,). Adapun Pin catu daya pada arduino uno
Gamabar 7. LCD (Sumber:data sheet
adalah sebagai berikut:
LCD, 2013) 6. Sistem Pengolahan Data
1.
VIN adalah Tegangan input ke board
Arduino
menggunakan
Dalam proses pengolahan data hasil
ketika
sumber
pengukuran, digunakan
daya
yang bertujuan untuk mendapatkan hasil dari
eksternal (sebagai lawan dari 5 volt
proses karakterisasi dalam penelitian sensor
dari koneksi USB atau sumber daya lainnya diatur). 5V diatur
digunakan
mikrokontroller
dan
radiasi matahari menggunakan photodiode .
Catu daya untuk
persamaan linier
Grafik fungsi linier berbentuk garis lurus
daya
dengan persamaan
komponen
y= ax + b
lainnya di board. Hal ini dapat
Dengan
6
(3)
a
adalah gradient
b
adalah konstanta
1. Pengukuran Photodiode Pada proses pengukuran photodiode
Dari persamaan 1 konstanta a ≠ 0. Untuk
dilakukan dengan menggunakan rangkaian
menggambar grafik linier bisa dilakukan
inverting. Fungsi dari rangkaian inverting
dengan dua cara yaitu dengan membuat table
pada
dan dengan menentukan titik potong dengan
menguatkan input tegangan yang dihasilkan
sumbu
–x
dan
–y.
sumbu
Gradien
pengukuran
pada
photodiode.
ini
adalah
Proses
untuk
perancangan
merupakan nilai perbandingan antara selisih
rangkaian inverting nilai resistor Rf harus
nilai y dan
lebih besar dibandingkan nilai Ri karena
x dari dua titik pada garis
tersebut. Jika persamaan garis
penguatan ( Gain) rangkaian adalah dapat
y=ax+b
(4)
diperoleh dari persamaan berikut.
dengan a adalah gradiennya dan melalui titik
Gain =
(4)
(0,b). Jika garis y = ax + b melalui titik (x1,
Hasil dari Gain menentukan berapa kali
y1) maka dipenuhi persamaan.
penguatan pada rangkaian inverting yang
y1 = m x1 + n
(5)
akan digunakan.
dari persamaan 3 diperoleh persamaan y – y1 = m (x –x1)
= 1 MΩ (6) = 1 KΩ.
yaitu persamaan garis melalui (x1, y1) G
dengan gradient ( m ). Persamaan yang
= Ω
digunakan untuk mencari gradien yaitu
1000
Ω
sebagai berikut( Markaban, 2004)
Berdasarkan (7)
penghitungan
menggunakan persamaan 8 maka dapat diketahui penguatan yang digunakan pada
III. PERANCANGAN SENSOR
rangkaian inverting yaitu sebesar 1000 kali
RADIASI MATAHARI
penguatan.
A. Perancangan Sensor a. Perancangan Rangkaian Inverting
Pada proses perancangan sensor radiasi matahari melalui beberapa langkah
Berikut ini adalah bentuk dari
perancangan antara lain pengukuran output
rangkaian penguat inverting yang akan
photodiode, merancang rangkaian summing
digunakan hanya pada waktu percobaan
amplifier, merancang pengolah output dari
mengukur
rangkaian sensor dan menampilan hasil
menggunakan rangkaian inverting adalah
output sensor di LCD . Pada keempat
untuk mengetahui tegangan output yang
langkah
dihasilkan
perancangan
tersebut
peneliti
photodiode.
photodiode.
Tujuan
Alasan
peneliti
peneliti
–
menggunakan rangkaian inverting yaitu
penjelasan yang terdapat pada landasan
sebagaimana yang dijelaskan pada landasan
teori.
teori sistem kerja
merancang
berdasarkan
penjelasan
7
rangkaian inverting
membalik
sama
dengan
cara
kerja
Melihat
photodiode.
dari
hasil
pengukuran
diatas maka bisa disimpulkan photodiode dapat bekerja dengan baik dan sesuai harapan, yaitu sebagai bahan utama untuk perancangan sensor radiasi matahari yang akan dirancang. c.
Pengukuran
Pengukuran ini dilakukan diatas
Adapun daftar sekaligus ukuran komponen
sebuah bidang yang berbentuk persegi
yang digunakan pada rangkaian tersebut
panjang
diantaranya ialah = 1 kΩ
2.
=1M
dan
11.
Percobaan
menggunakan
permukaan
bidang
ini satu
dilakuakan rangkaian
dengan inverting.
Tujuan dari percobaan yang dilakukan yaitu
Mengukur Photodiode Menggunan
untuk mengetahui tegangan yang dihasilkan
Rangkain Penguat Inverting
pada masing-masing photodiode apakah
Pada tahap ini peneliti mengukur mengunakan
pada
dipasang 5 photodiode seperti pada gambar
3. IC LM358 b.
Photodiode
Menggunakan Rangkaian Inverting
Gambar 8. Rangkaian inverting
1.
5
sebuah
rangkaian
nilai tegangnnya sama atau berbeda pada
penguat
setiap photodiode.
inverting dengan dikuatkan sebanyak 1000 kali. Rangkaian inverting berfungsi sebagai rangkaian
pendukung
dengan
tujuan
photodiode dapat menghasilkan tegangan yang diharapkan. Percobaan pengukuran photodiode
menggunakan
rangkaian
inverting menghasilkan tegangan sebesar 0,74
Volt
dengan
menggunakan
Gambar 10. Susunan letak photodiode
satu
photodiode.
Jarak antara photodiode 1 dengan yang lainnya dapat dilihat pada gambar 10. Alasan photodiode dipasang seperti pada gambar
10
adalah
sebagai
bentuk
pengamatan photodiode pada jarak yang ditentukan oleh peneliti. Hasil dari pengukuran photodiode Gambar 9. Pengukuran menggunakan
tegangan pada masing-masing photodiode
rangkaian inverting
hasilnya
hampir
sama.
Pada
posisi
photodiode tiga dan empat mengalami
8
penurunan
tegangan
karena
pengujian
photodiode menggunakan radiasi matahari langsung dan kondisi matahari pada saat
5
1
pengujian tidak konstan. 2.
Perancangan Rangkaian Summing
Amplifier Setelah percobaan
melihat
maka
dari
peneliti
beberapa
4
memilih
menggunakan rangkaian summing amplifier sebagai
rangkaian
penguat
untuk
3
perancangan sensor yang akan dirancang.
2
Pemilihan rangkaian summing amplifier
Gambar 12. Arduino Uno dan pin yg
dikarenakan input yang dapat dikuatkan
digunakan Dibawah ini adalah keterangan dari gambar
menggunakan rangkaian summing amplifier bisa lebih dari 2 input. Gambar 11 adalah
12 diatas.
bentuk rangkaian summing amplifier yang
1.
Anak panah no 1 digunakan sebagai
akan digunakan pada penelitian ini. Fungsi
output ke LCD yang terdiri dari pin
dari rangkaian tersebut yaitu menjumlahkan
2,3,4,5,11,12.
tegangan kelima input photodiode dan merata-ratakan
dengan
2.
menggunakan
Anak panah no 2 yang berfungi sebagai
rangkaian pembagi tegangan.
input
data
pada
mikrokontroler (ARDUINO UNO) yang
sumbernya
rangkaian
dari
penguat
output
summing
amplifier. 3.
Anak panah no 3 yang berfungsi sebagai output catu daya untuk LCD dan rangkaian penguat yg terdiri dari GND dan VCC 5 volt.
Gambar 11. Rangkaian summing amplifier 4.
3. Pengontrol Sinyal Output Rangkaian
Anak panah no 4 yaitu Input catu daya
Dalam pengontrol sinyal output pada perancangan sensor radiasi matahari
Anak
panah
no
5
berfungsi
untuk
akan menggunakan mikrokontroler (Arduino
memasukan program dari computer ke
uno) sebagai pengontrol monitoring sinyal
arduino dan bisa juga sebagai catu daya dari
output dari rangkaian summing amplifier.
laptop.
Catu daya yang digunakan untuk mensuplay
4. Rangkaian Tampilan ( LCD ) Proses tampilan pada penelitian
arduino uno adalah battrai 9 Volt.
yang dilakukan adalah menggunakan LCD
9
tyipe 16x2, dan sebagai pembaca hasil
tegangan pada kelima phodiode.
Proses
output yang dihasilkan oleh photodiode.
pengujian alat, pengukuran output dari rangkaian summing amplifier yang belum dirata-ratakan dan sesudah dirata-ratakan. Output dari rangkaian summing amplifier yang sudah dirata-ratakan merupakan hasil akhir dari sensor yang telah dirancang dan akan menjadi dasar dari tujuan penelitian yang di lakukan. Jika didapatkan hasil yang sesuai maka mencari karakterisasi sensor
Gambar 13. Skematik rangkaian LCD
dapat
dilakukan
untuk
mendapatkan
kesimpulan. Pada gambar diatas kita dapat melihat kaki-kaki yang digunakan sebagai input
LCD
adalah
kaki
1,2,3,4,5,11,12,13,14,15,16. Proses perakitan sensor terdiri dari rangkaian
summing
amplifier,rangkaian
photodiode, mikrokontroler dan LCD, pada penelitian ini power suplay yang digunakan adalah battrai 9 Volt sebanyak dua buah, battrai digunakan untuk catu daya Arduino Uno dan untuk VCC pada rangkaian summing amplifier. B. Proses Kinerja Penelitian
Gambar 14. Flowchart kinerja peneli
Proses kinerja penelitian dilakukan
IV. PENGUJIAN DAN
bedasarkan flowchart yang telah disusun.
KARAKTERISASI SENSOR
Dasar teori adalah mencari referensi yang digunakan
untuk
menunjang
1. Pengujian Rangkaian Summing
penelitian
Amplifier
dalam merancang sensor radiasi matahari didapatkan dari beberapa jurnal berkaitan
Dalam proses pengujian sensor
dalam proses penelitian. Proses selanjutnya adalah perancangan sensor radiasi matahari
peneliti menggunakan dua alat ukur
berdasarkan teori-teori yang didapatkan dari
yaitu osiloscop dan multimeter digital.
beberapa referensi. Langkah selanjutnya
Osiloscop
berfungsi
untuk
adalah proses pembutan rangkaian summing
gelombang
yang
dihasilkan
amplifier yang berfungsi untuk menguatkan
rangkaian, multimeter berfungsi untuk
10
melihat oleh
melihat output
hasil dari
pengukuran
tegangan
rangkaian
summing
amplifier .
Gambar 24. Gelombang sesudah dirata – ratakan Berdasarkan pada gambar diatas Gambar 21. Pengukuran menggunakan
dapat dilihat bahwa rangkaian sensor
multimeter sebelum dirata – ratakan.
sudah bekerja dengan baik. Sebelum dirata
–
ratakan
tegangan
yang
dihasilkan oleh sensor sebesar 2,561 Volt dan setelah dirata – ratakan menggunakan
rangkaian
pembagi
Gambar 22. Bentuk gelombang
tegangan sebesar
sebelum dirata-ratakan
yang dihasilkan menjadi 0,512 Volt. Bentuk dari gelombang pada tampilan
2. Pengujian Rangkaian Summing
osiloscop juga sesuai, berupa gelombang
untuk Mendapatkan Nilai Rata –Rata
DC,
dirata - ratakan dengan rangkaian
tegangnan sebesar
.
tersebut
berupa
22 dan 24 diatas.
untuk melihat hasil output dari sensor
menggunakan
gelombang
gelombang lurus, seperti pada gambar
Tujuan dari pengujian ini yaitu
yang sudah
maka tegangan
C.
pembagi
Pengambilan
Data
dan
pengambilan
data
Karakterisasi Sensor
Supaya lebih Proses
jelasnya dapat dilihat pada gambar 26
dilakukan selama 3 hari dalam kondisi
dan 27 dibawah ini.
cahaya matahari yang berbeda, dalam sehari peneliti mengambil data sebanyak 8 kali. Pengambilan data dilakukan dengan mengambil sampel pada waktu pagi, siang dan sore. Data yang diambil Gambar 23. Pengukuran menggunakan
yaitu hasil pembacaan sensor radiasi
multimeter sesudah dirata –ratakan
rancangan ( Volt ) dan meter (W/m²).
11
solar power
Pengambilan bertujuan
untuk
data
dilakukan
membuat
3
363
0,76
4
376
0,58
5
633
0,81
6
796
0,82
7
813
0,83
8
981
0,86
grafik
perbandingan antara sensor dengan solar power meter, dan untuk mengetahui sensitivitas dari sensor yang telah dirancang. Nilai sensivitas sensor yang dirancang merupakan nilai perubahan output photodiode yang dihasilkan oleh sensor. Perubahan nilai output tersebut dipengaruhi oleh input sensor yaitu intensitas radiasi matahari. Perubahanperubahan nilai output yang terjadi akan menunjukan
responsitivitas
Hasil pengukuran pada data
sensor
pertama nilai tegangan yang yang
dalam merespon setiap perubahan nilai
dihasilkan sensor sebesar 0,62 V sampai
intensitas
Data
0,86 Volt. Pada solar power meter
perubahan nilai output pada sensor dapat
terukur 137 W/m² sampai 981 W/m².
dibentuk
yang
Hasil dari data pada data pertama maka
bertujuan untuk melakukan pendekatan
terbentuk grafik persamaan linier seperti
nilai sensitivitas. Dari persamaan linier
pada gambar 25.
radiasi
matahari.
persamaan
linier
tersebut terdapat nilai konstanta gradien (m) yang menunjukan nilai sensitivitas sensor.
Pendekatan
berdasarkan sensor
ini
perubahan
berbanding
dilakukan
nilai
nilai
output
perubahan
intensitas radiasi matahari. Tabel 5. Data pertama intensitas radiasi matahari Gambar25. Grafik data pertama Solar power
Sensor
NO meter (W/m²)
(V) Volt
1
137
0,62
2
202
0,71
y = 0,0003x +0,6014 Persamaan
diatas
adalah
mengunakan persamaan 4 pada landasan teori. Persamaan linier tersebut hanya
12
melakukan
pada
Hasil pengukuran pada data
hasil
kedua tegangan yang dihasilkan sensor
pengukuran (137 W/m² dan 0,62 volt ),
sebesar 0,56 V sampai 0,72 Volt. Pada
(796 W/m² dan 0,82), (813 W/m²dan
solar power meter terukur 137 W/m²
0,83),
Hasil
sampai 981 W/m². Dari data pada data
pengukuran selain yang disebutkan atau
kedua maka terbentuk persamaan linier
tidak terkena garis persamaan linier
seperti pada gambar 26.
karakteristik
(981
pendekatan sensor
W/m²dan
pada
0,86).
merupakan hasil pengukuran yang tidak termasuk dalam sensitivitas sensor. Hal tersebut dikarenakan saat pengukuran menggunakan
cahaya
matahari
langsung, sehingga perubahan cahaya tidak konstan. Tabel 6.Data kedua intensitas radiasi matahari N
Solar power
Sensor
O
meter (W/m²)
(V) Volt
1
110
0,56
Gambar26. Grafik data kedua Tabel 7. Data ketiga ntensitas radiasi matahari
2
130
0,47
3
172
0,45
NO meter (W/m²)
(V) Volt
4
190
0,5
1
69
0,34
5
210
0,46
2
80
0,4
6
234
0,79
3
123
0,44
7
363
0,76
4
131
0,53
8
373
0,72
5
197
0,54
6
250
0,57
Solar power
13
Sensor
7
476
V/(W/m2) atau 0,3 mV/(W/m2) sampai 1
0,61
mV/(W/m2). Setelah proses penelitian 8
598
0,63
yang dilakukan, maka peneliti dapat mengetahui karakteristik dari sensor yang telah dirancang yaitu semakin kecil nilai sensitivitas maka semakin bagus pembacaan sensor.
Hasil pengukuran pada data ketiga t
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Setelah melakukan berbagai analisa terhadap hasil pengujian sensor radiasi matahari yang telah dirancang maka ada beberapa kesimpulan yaitu sebagai berikut : 1. Prototipe sensor radiasi matahari telah berhasil dirancang dengan
Gambar 27. Grafik data ketiga
menggunakan photodiode jenis Pada ketiga grafik diatas nilai variable hasil
PD 204-6C/L3.
Y mewakili nilai tegangan pembacaan
sensor
2. Karakterisasi dari sensor radiasi
(Volt),
matahari yang telah dirancang
sedangkan nilai variable X mewakili
merupakan
nilai
dimiliki oleh sensor tersebut
pengukuran
menggunakan
solar
radiasi power
matahari meter
sebesar
(W/m²). Dimana mencari nilai gradient
sensitivitas
0,3
yang
mV/(W/m^2)
sampai 1 mV(W/m^2).
dengan kata lain sensitivitas sama B. Saran
dengan V/(W/m²).
Pada sensor radiasi matahari yang telah Berdasarkan data ketiga tabel
di
dan grafik diatas maka peneliti dapat
rancang
kekurangan.
mengetahui nilai sensitivitas dari sensor
tentu
masih
Peneliti
beberapa hal diantaranya:
radiasi yang telah dirancang yaitu sebesar 0,0003 V/(W/m2) sampai 0,001
14
banyak
menyarankan
1. Mengganti sensor cahaya yang lebih
peka
terhadap
Fakultas sains dan mataematika, Universitas Kristen satya wacara.Jawa Tengah.
cahaya
matahari. 2. Menambah sensor suhu sebagai
Suryono., Tugino., Tatyantoro, A., Widodo, A.D. 2009. Pemberdayaan energy matahari sebagai energy listrik pengatur jalan. E jurnal,Fakultasteknik,Universits Negeri Semarang.
pendeteksi panas matahari.
DAFTAR PUSTAKA Andi,
2008. Perancangan Sistem Monitoring Intensitas Radiasi Matahari, E jurnal,Program Studi Teknik Elektro, Universitas Maritim Raja Ali Haji, Tanjung Pinang.
Juandi, F., 2011 Pengenalan ARDUINO . www.tobuku.com Pandiangan, J,. 2007. Perancangan dan penggunaa photodiode sebagai sensor penghindar dinding pada robotforklift, Tugas Akhir,Program setudi D3 Fisika instrumentasi Departemen Fisika ,Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.Universitas Sumatra Utara Medan.
Apriano, T., 2012. Perancangan system pendeteksi asap tipe fotoelektrik berbesis mikrokontroler dan aplikasinya dalam pengukuran optikal density.Sekripsi.FakultasTeknik, Program Studi Teknik Mesin. Universitas Indonesia.
Nuraeni, R., Selan A.C., 2013. Dasar pengukuran listrik. Penerbit Erlangga.Jakarta.
Data sheet LCD type 6 x12 ( 2013 ) Data sheet IC LM258,LM358,LM358A ( 2015 ) Hamid,
S., 2014. Mengenal lama penyinaran matahari sebagai salah satu parameter klimatologi.Penelitian pusat sains dan teknologi Atmosfer. Lapan
Gunarta, L., 2011 .Photodiode dan infra red. WWW.Arduino.cc / en /main/ Arduino board Piyoh, I., Shanti, S.R.M., and Setiawan, A. 2012. Perancangan dan pengujian system pengukuran sinar UV dari intensitas ,Matahari.E Jurnal. Program studi fisika ,
15
