RANCANG BANGUN EMBEDDED SYSTEM PADA SIMULATOR SURYA BERBASIS MIKROKONTROLLER PIC18F2553

RANCANG BANGUN EMBEDDED SYSTEM PADA SIMULATOR SURYA BERBASIS MIKROKONTROLLER PIC18F2553 Pradipta Mahatidana dan Retno Wigajatri P.1 1.

Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok, 16424, Indonesia [email protected]

Abstrak Pada skripsi ini dilakukan rancang bangun sistem embedded simulator surya yang dapat menguji kinerja sel surya berupa tegangan rangkaian terbuka (!!" ), arus hubung singkat (!!" ), fill factor (!!), karakteristik kurva IV, daya keluaran (!!"# ) dan efisiensi. Sistem ini memiliki modul pengukur tegangan, arus, intensitas cahaya, dan temperatur yang dibangun dengan memanfaatkan komponen yang ekonomis. Sistem ini memiliki resolusi pengukuran !!" , !!" , intensitas cahaya, dan temperatur berturut-turut sebesar 0,244 mV, 1,21 µA, 1 lux, dan 0,1 °C. Sistem ini dilengkapi dengan perangkat lunak untuk pengendali simulator surya dan sebagai datalogger. Kata Kunci: Simulator surya, karakterisasi sel surya, sistem embedded, portabel, mikrokontroller PIC18F2553, akuisisi data, Visual Basic 6

Design and Construction of the Embedded System of Solar Simulator Based on PIC18F2553 Microcontroller Abstract This thesis presents a design and construction of the embedded system of solar simulator to test the performance of solar cell such as open circuit voltage (!!" ), short-circuit current (!!" ), fill factor (!!), I-V curve characteristic, output power (!!"# ) and efficiency. This system has a measurement module of voltage, current, light intensity, and temperature built with cost effective materials. This system has a measurement resolution of 0,244 mV, 1,21 µA, 1 lux, and 0,1 °C for !!" , !!" , light intensity, and temperature, respectively. This embedded system has an included software for controlling solar simulator and datalogging. Keyword: Solar simulator, solar cell characterization, embedded system, portable, microcontroller PIC18F2553, data acquisition, Visual Basic 6

1. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Indonesia sebagai negara tropis yang terpapar oleh sinar matahari dengan intensitas yang relatif sama sepanjang tahun memiliki potensi yang besar dalam pemanfaatan sumber energi matahari dengan menggunakan sel surya. 1

Rancang bangun..., Pradipta Mahatidana, FT UI, 2013

Saat ini riset dan pengembangan sel surya di Indonesia masih mengandalkan pengujian melalui sinar matahari langsung, hal ini tidak selalu dapat diandalkan karena cuaca dan keadaan langit yang tertutup awan dapat menyebabkan pengukuran kinerja sel surya tidak akurat. Oleh karena itu, diperlukan sebuah perangkat simulator surya untuk menguji kinerja sel surya dengan mensimulasikan matahari secara indoor. Kinerja sel surya ditentukan oleh parameter-parameter sel surya. Parameter tersebut adalah tegangan rangkaian terbuka (!!" ), arus hubung singkat (!!" ), fill factor (!!), karakteristik kurva I-V, daya (!!"# ) dan efisiensi sel surya tersebut [1]. Saat ini simulator surya yang beredar di pasaran terdapat dalam berbagai jenis, tetapi simulator surya tersebut tersedia dengan harga yang relatif tinggi. Termotivasi oleh kondisi tersebut, dalam riset ini dirancang dan dibangun sistem embedded simulator surya dengan memanfaatkan bahan-bahan yang tersedia di pasaran, mudah didapat, serta ekonomis. Perancangan sistem embedded simulator surya ini merupakan bagian dari perancangan sistem simulator surya utuh. Dengan pengembangan lebih lanjut, diharapkan perangkat ini dapat dimanfaatkan untuk pengujian kualitas sel surya di Indonesia. 1.2 Tujuan Penelitian Tujuan riset ini adalah merancang dan membangun sebuah sistem embedded simulator surya, meliputi perangkat keras, firmware dan perangkat lunak. Sistem embedded simulator surya yang dirancang pada riset ini merupakan bagian dari rancang bangun simulator surya. 1.3 Metodologi Penelitian Metode yang dipakai dalam riset ini dijelaskan pada butir-butir berikut: 1. Mempelajari sifat-sifat fisis sel surya, khususnya parameter-parameter yang digunakan dalam pengukuran kinerja sel surya. 2. Berdasarkan butir satu, dilakukan perancangan rangkaian untuk mengukur parameterparameter sel surya. 3. Setelah perancangan rangkaian, akan dilakukan ujicoba karakteristik keluaran dari setiap modul pengukuran maupun komponen utama yang dipakai. 4. Selanjutnya akan dibuat firmware dan perangkat lunak untuk mengintegrasikan rangkaian embedded dan komputer.

2


2. Dasar Teori 2.1 Simulator Surya Simulator surya atau matahari buatan adalah divais yang bekerja sebagai sumber cahaya, dimana cahaya yang dibangkitkan oleh simulator surya karakteristiknya mirip dengan cahaya matahari. Kegunaan dari simulator surya ini adalah sebagai sumber cahaya matahari secara indoor yang dapat dengan mudah dikontrol dibawah kondisi laboratorium, simulator surya digunakan untuk menguji kinerja dari divais sel surya, sun screen, plastik, dan material lainnya. Gambar 1 menunjukkan simulator surya yang dibuat oleh Newport. Simulator surya tersebut adalah jenis simulator surya dengan sumber cahaya yang dipantulkan. Simulator surya dibagi menjadi kelas A, B, dan C sesuai dengan spesifikasi standar internasional [3].

Gambar 1. Simulator surya [2]

2.2 Sel Surya Sel surya merupakan divais yang mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Sel surya terdiri dari P-N junction, prinsip kerjanya adalah sebagai berikut, cahaya matahari (foton) dengan energi tertentu mengenai permukaan sel surya, lalu jika energi foton lebih besar dari energi band gap bahan sel surya tersebut, maka energi foton tersebut akan mengeksitasi elektron sehingga dihasilkan pasangan elektron-hole. Jika energi foton cukup besar, maka akan dihasilkan banyak pasangan elektron-hole, sehingga akan terjadi pengumpulan muatan sejenis yang apabila divais dihubungkan dengan beban, maka akan mengalir arus listrik. Struktur sel surya dapat dilihat pada Gambar 2. 3


Gambar 2. Struktur sel surya [1]

2.2.1 Parameter Sel Surya Parameter sel surya merupakan acuan kinerja sel surya, parameter ini terdiri dari kurva karakteristik I-V, arus hubung singkat, tegangan rangkaian terbuka, fill factor, dan efisiensi, seperti dijelaskan berikut ini. a) Kurva Karakteristik I-V Dalam sel surya, kurva I-V merupakan kurva karakteristik arus-tegangan yang menggambarkan kinerja dari sel surya. Kurva I-V merupakan superposisi kurva I-V dioda sel surya pada keadaan gelap dengan arus yang dibangkitkan oleh cahaya [4]. b) Arus Hubung Singkat (!!" ) Arus hubung singkat atau arus hubung singkat (!!" ) adalah arus yang dihasilkan oleh sel surya ketika tegangan pada sel surya bernilai nol, atau dengan kata lain, pada saat sel surya terhubung singkat. Arus hubung singkat berbanding lurus terhadap intensitas cahaya matahari yang terpapar pada permukaan sel surya. Faktor-faktor yang mempengaruhi arus hubung singkat yaitu luas permukaan sel surya, jumlah foton yang terpapar, spektrum cahaya yang terpapar, karakteristik optik meliputi pantulan dan penyerapan. c) Tegangan Rangkaian Terbuka (!!" ) Tegangan rangkaian terbuka atau tegangan rangkaian terbuka (!!" ) adalah tegangan maksimum yang dapat dihasilkan oleh sel surya dan terjadi ketika beban yang tersambung pada sel surya bernilai tak hingga atau ketika keadaan rangkaian terbuka. Tegangan rangkaian terbuka berhubungan langsung dengan besarnya forward bias 4


pada sel surya yang dihasilkan oleh bias dari junction sel surya dengan arus yang dihasilkan oleh cahaya. d) Fill factor Fill factor atau disingkat !! adalah parameter yang menentukan daya keluaran maksimum suatu sel surya. Fill factor dapat didefinisikan sebagai rasio dari daya maksimum sel surya terhadap perkalian dari !!" dan !!" . Dengan mengetahui fill factor maka selanjutnya dapat diketahui efisiensi sel surya

Gambar 3 Kurva I-V menunjukkan fill factor [1]

Pada Gambar 3 dapat dilihat titik !!" yang merupakan tegangan kerja puncak dan !!" yang merupakan arus kerja puncak. Daerah yang dibentuk oleh !!" !!" lebih kecil dibandingkan dengan daerah yang dibentuk oleh !!" !!" . Namun demikian !!" !!" merupakan daya keluaran terbesar dari sel surya, sehingga perbandingan antara !!" !!" dengan !!" !!" adalah fill factor.

!! =

!!" !!" !!" !!"

e) Efisiensi Efisiensi adalah parameter yang utama untuk membandingkan kinerja suatu divais terhadap divais lainnya. Efisiensi sel surya dapat didefinisikan sebagai rasio daya keluaran sel surya (yaitu tegangan dan arus yang dibangkitkan) terhadap daya masukan yaitu energi dari paparan cahaya matahari. Efisiensi sel surya bergantung pada intensitas dan spektrum cahaya matahari yang terpapar pada sel surya, serta temperatur sel surya. Sel surya terrestrial atau sel surya yang dipakai pada permukaan bumi diukur efisiensinya dalam kondisi AM1.5G pada temperatur 25℃. Oleh karena 5


efisiensi ditentukan dari rasio daya keluaran dengan energi masukan, maka dapat ditulis sebagai

!=

!!"# !!"

!!"# = !!" !!" !! Sehingga efisiensi dapat ditulis menjadi

!=

!!" !!" !!

!!"

2.3 Komponen Utama Penyusun Rangkaian Embedded Simulator Surya Berikut akan dijelaskan komponen utama dalam rangkaian sistem embedded simulator surya. Seluruh komponen ini dapat diperoleh di pasaran dalam negeri. 2.3.1 LM35 Sebagai Sensor Temperatur LM35 digunakan sebagai sensor temperatur, dipilih karena merupakan divais yang ekonomis dan mudah diperoleh. Sensor ini memiliki resolusi sebesar 10 mV/℃ [5]. 2.3.2 Light Dependent Resistor (LDR) Sebagai Sensor Intensitas Cahaya Intensitas cahaya matahari diukur dengan menggunakan Light dependent resistor atau disingkat LDR. LDR merupakan divais yang konduktivitas atau resistansinya akan berubahubah tergantung oleh intensitas cahaya yang terpapar. LDR yang terdapat di pasaran dengan harga murah terbuat dari cadmium sulfida (CdS) [6]. 2.3.3 LM317T Sebagai Tegangan Referensi LM317T adalah adjustable voltage regulator yang dapat menyuplai keluaran dari 1,2 V sampai 37 V dengan arus melebihi 1,5 A [7]. Pada sistem embedded simulator surya ini, keluaran dari LM317T berfungsi sebagai tegangan referensi bagi konversi analog ke digital atau disingkat ADC pada mikrokontroller. Tegangan referensi dari LM317T diperlukan karena untuk konvevrsi ADC pada pengukuran arus dibutuhkan tegangan referensi yang kecil (0,5 V) agar pembacaan tegangan pada shunt resistor memiliki resolusi yang baik. Terlebih lagi, stabilitas tegangan referensi terhadap temperatur pada LM317T cukup baik. 2.3.4 Op-Amp LTC1050 Sebagai Amplifier Pembaca Arus LTC1050 merupakan Op-Amp buatan Linear Technology yang digunakan untuk melipatgandakan pembacaan tegangan pada shunt resistor, sehingga arus yang sangat kecil dalam skala mikroampere dapat terukur. LTC1050 memiliki tegangan offset yang sangat kecil yaitu 0,5 µV serta drift yang kecil sebesar 0,01 µV/ºC [8]. Dalam pemanfaatannya, Op-Amp 6


ini akan dijadikan penguat tegangan non-inverting dengan gain sebesar seratus kali (mendekati). Penggunaan Op-Amp ini sebagai penguat non-inverting dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4 Skema penguat non-inverting

Gain Op-Amp non-inverting seperti Gambar 4 diatas ditentukan oleh R2 dan R1. Gain dapat ditulis sebagai berikut: ! =1+

!2 !1

2.3.5 MAX1044 Sebagai Suplai Tegangan Negatif MAX1044 merupakan konverter negatif monolitik berbasis switched-capacitor buatan Maxim Integrated yang dapat membalik membagi, atau melipatgandakan tegangan masukan positif yang dapat menyuplai sebesar 10 mA dengan turunnya tegangan keluaran hanya sebesar 0,5 V [9] 2.3.6 Mikrokontroller PIC18F2553 Mikrokontroller (atau disingkat MCU) yang dipilih untuk sistem embedded simulator surya ini adalah PIC18F2553 yang diproduksi oleh Microchip Technology Inc. Dibandingkan MCU lainnya yang memakai serial to com port atau RS232 dan driver untuk berkomunikasi antara MCU dan komputer, MCU ini dapat langsung terintegrasi dengan perangkat komputer melalui USB dan terdeteksi sebagai HID atau human interface device yang bekerja secara “plug n play” atau PnP sehingga pengguna tidak perlu repot menginstall driver. a) Konfigurasi pin PIC18F2553 MCU PIC18F2553 memiliki jumlah pin sebanyak 28 pin, yang terdiri dari 24 pin input/output, dua pin VSS, satu pin VDD, serta pin VUSB. PIC18F2553 memiliki empat 7


port, yaitu port A, B, C, dan E. Masing-masing port memiliki fungsi yang berbedabeda, konfigurasi port dapat dilihat pada Gambar 5. Fungsi dari setiap pin dapat dipilih melalui register, dimana register-register tersebut dimanipulasi pada kode atau syntax di program yang telah dicompile oleh compiler C, dimana compiler yang dipakai adalah HI-TECH C Compiler b) Analog to Digital Converter ADC merupakan fitur yang sangat penting pada MCU PIC18F2553 dalam pembuatan sistem embedded simulator surya. Fungsi modul ADC adalah mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital. PIC18F2553 dilengkapi dengan 10 channel internal ADC dengan resolusi 12 bit. Dalam operasinya, ADC pada MCU ini dapat dikonfigurasi agar sesuai dengan kebutuhan, seperti pemilihan channel mana saja yang membaca tegangan dan rentang waktu pengambilan data (akuisisi). ADC pada MCU ini dapat bekerja dengan tegangan referensi VDD (sama dengan suplai MCU sendiri) serta dapat juga dengan tegangan referensi eksternal, dalam hal ini, keluaran dari LM317T yang masuk pada pin 5 MCU (RA3/AN3/VREF+). Tegangan referensi dan resolusi modul ADC menentukan resolusi dari tegangan yang diukur, jadi jika memakai tegangan referensi VDD (5 V) dengan resolusi ADC sebesar 12 bit, diperoleh resolusi sebesar: !!"# !" (2 − 1) Sehingga resolusi pembacaan tegangan untuk VREF 5 V adalah sebesar ! !"#$ (!"#$!!)

= 0,00122 volt

3. Perancangan 3.1 Perancangan Rangkaian Embedded Sel Surya Rangkaian sistem embedded sel surya merupakan sebuah rangkaian yang berfungsi untuk mengendalikan kerja simulator surya melalui komputer. Pada rangkaian ini terdapat sistem data akuisisi serta perangkat lunak datalogger yang sekaligus sebagai pengendali rangkaian melalui komputer. Gambar 5 menunjukkan blok diagram serta sistem kerja dari rangkaian sistem embedded simulator surya yang dirancang.

8


Gambar 5 Blok diagram sistem embedded sel surya

Rangkaian sistem embedded ini terdiri dari lima modul utama, yaitu pengukur tegangan, pengukur arus, pengukur intensitas cahaya, pengukur temperatur serta modul MCU. Rangkaian MCU merupakan jembatan antara sistem embedded dan perangkat lunak pengendali pada komputer, jadi rangkaian MCU harus terhubung dengan perangkat lunak di komputer agar dapat dikendalikan dan diperintah untuk melakukan pengendalian simulator surya serta akuisisi data. 3.1.1 Modul Pengukur Tegangan Pengukuran tegangan dilakukan dengan memanfaatkan prinsip voltmeter dengan voltage divider. Resistor yang digunakan dipilih dengan nilai yang besar agar arus yang melewati resistor pengukuran sangat kecil.

Gambar 6 Voltage divider untuk pengukuran tegangan

9


3.1.2 Modul Pengukur Arus Pengukuran arus dilakukan dengan memanfaatkan prinsip amperemeter dengan menggunakan shunt resistor. Nilai shunt resistor dipilih sekecil mungkin mendekati nol selama tegangan pada shunt tersebut masih dapat dibaca dengan baik. Selanjutnya tegangan pada shunt resistor akan dilipatgandakan dengan menggunakan Op-Amp LTC1050 sebesar seratus kali penguatan (mendekati).

Gambar 7 Susunan shunt resistor dan Op-Amp untuk mengukur arus

3.1.3 Modul Pengukur Intensitas Cahaya Pengukuran intensitas cahaya dilakukan dengan prinsip voltage divider, dimana salah satu resistornya menggunakan light dependent resistor (LDR). Nilai hambatan LDR akan berubah-ubah bergantung pada intensitas cahaya yang terpapar padanya. LDR berada pada high side atau sebagai pull-up resistor, yaitu langsung terhubung dengan VCC sebesar 5 V, kemudian pada pull-down diberi resistor sebesar 1 KΩ. Susunan ini menghasilkan Voutput yang berbanding lurus terhadap intensitas yang terpapar pada LDR. Rangkaian LDR dapat dilihat pada Gambar 8. Konversi dari satuan lux ke satuan ! !! merujuk kepada [11], bahwa luminous efficacy global pada kondisi langit cerah adalah sebesar 107 !" !

Gambar 8 Susunan LDR untuk mengukur intensitas cahaya

10


3.1.4 Modul Pengukur Temperatur Pengukuran temperatur dilakukan dengan menggunakan divais LM35, dengan konfigurasi seperti Gambar 9. LM35 dihubungkan dengan sumber 5 V kemudian tegangan keluarannya akan dibaca oleh MCU.

Gambar 9 Konfigurasi LM35

3.1.5 Sistem Minimum Mikrokontroller Modul ini berisi rangkaian sistem minimum MCU PIC18F2553 beserta konfigurasi port dan relay yang digunakan untuk switching pada pengukuran tegangan rangkaian terbuka (!!" ), arus hubung singkat (!!" ), dan karakteristik kurva I-V. Gambar 10 menunjukkan konfigurasi minimum yang dibutuhkan agar MCU PIC18F2553 dapat digunakan sebagai alat akuisisi dan terdeteksi sebagai HID jika dihubungkan ke komputer. MCU ini bekerja dengan clock 48 MHz, kecepatan clock ini dapat diperoleh dengan memakai eksternal crystal oscillator dengan nilai 20 MHz dan kemudian discale-up menjadi 48 MHz. Penggunaan crystal oscillator sebesar 20 MHz memerlukan kapasitor dengan nilai 22 pF yang disusun seperti Gambar 10 [10]. Penggunaan kapasitor sebesar 470 nF diperlukan pada pin VUSB untuk USB voltage regulator internal [10]. Antara VCC dan ground dari diberi kapasitor sebesar 100 nF dan 1000 µF sebagai bypass dan reservoir untuk menanggulangi ripple yang berasal dari sumber VCC.

11


Gambar 10 Konfigurasi minimum PIC18F2553 sebagai USB device

Gambar 11 Konfigurasi relay untuk switching pembacaan !!" dan !!" .

12


Pada Gambar 11 di atas dapat dilihat konfigurasi relay yang digunakan untuk switching pembacaan !!" dan !!" . 3.2 Perancangan Rangkaian Catu Daya Pada Gambar 12 dapat dilihat skematik rangkaian catu daya. Rangkaian ini memanfaatkan voltage regulator LM7805 untuk catu rangkaian embedded dan LM7812 untuk catu perangkat lainnya yang membutuhkan sumber lebih dari 5 V.

Gambar 12 Skematik rangkaian catu daya.

Tegangan masukan dari transformator yang berupa AC sebesar 15-32 V terlebih dahulu masuk ke penyearah gelombang penuh berupa jembatan dioda 1N4007, kemudian keluaran berupa DC berdenyut dari jembatan dioda disaring menggunakan kapasitor elektrolit 2200 µF untuk menghaluskan sinyal AC yang telah disearahkan sebelum masuk ke regulator. Kemudian keluaran dari masing-masing regulator disaring kembali dengan menggunakan kapasitor elektrolit sebesar 1000 µF dan kapasitor tantalum sebesar 33 µF. Penggunaan kapasitor dengan kapasitas besar tujuannya adalah untuk menekan ripple yang terjadi serta untuk stabilitas sistem. 3.3 Perancangan Firmware dan Perangkat Lunak Firmware adalah perangkat lunak yang diprogram pada chip, berfungsi untuk mengontrol kerja chip tersebut. Firmware dibuat dengan menggunakan MPLAB IDE dan HITECH C Compiler. Algoritma dan prinsip kerja dari firmware ini dapat dilihat pada Gambar 13a berikut yang merupakan flowchart dari firmware MCU.

13


Perancangan perangkat lunak datalogger dilakukan dengan menggunakan IDE Microsoft Visual Basic 6.0 atau disingkat VB6. Perangkat lunak dibuat user friendly agar pengguna dapat dengan mudah mengoperasikan simulator surya. Algoritma dan prinsip kerja perangkat lunak datalogger dapat dilihat pada Gambar 13b yang merupakan flowchart dari perangkat lunak.

(a)

(b)

Gambar 13 Algoritma dalam bentuk flowchart. (a) Firmware, (b) Software datalogger

3.4 Perancangan Papan Sirkuit (PCB) Perancangan papan sirkuit atau PCB (Printed Circuit Board) dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Proteus ARES PCB Layout dan memiliki banyak aturanaturan penting, terlebih lagi jika berhubungan dengan pembacaan ADC resolusi tinggi Board rangkaian embedded ini menggunakan PCB dua sisi, kedua sisi PCB dipenuhi oleh ground plane untuk meminimalisir crosstalk antara dua jalur dan meminimalisir. Ground ring atau shield disertakan melingkupi kristal resonator untuk mengurangi emisi EMI dari kristal. Kapasitor bypass dipakai pada pin ADC serta VCC dan ground seluruh divais IC untuk meminimalisir ripple yang masuk ke divais, serta sebagai penyaring sinyal frekuensi tinggi.

14


4. Pengujian Rangkaian Pengujian rangkaian dilakukan dengan cara mengukur keluaran dari modul dan komponen-komponen yang dipakai pada pembuatan rangkaian embedded ini dengan menggunakan multimeter digital Sanwa PC510a dan oscilloscope. Pengukuran modul dilakukan secara individual yaitu dengan hanya menghidupkan modul yang akan diukur tanpa menghidupkan modul lain yang dapat dimatikan tanpa mengurangi fungsionalitas dari modul yang sedang diukur. Setelah dilakukan ujicoba untuk masing-masing modul pengukuran, lalu dilakukan uji integrasi semua modul menjadi satu kesatuan rangkaian embedded dan diintegrasikan pula dengan perangkat lunak pada PC. 4.1 Uji Integrasi Modul Pengukur Tegangan Pengujian ini dilakukan dengan cara membandingkan pengukuran tegangan Vinput pada modul pengukur tegangan dengan tengangan yang ditampilkan oleh perangkat lunak. Gambar 14a dan 14b berikut secara berurutan adalah Grafik uji integrasi modul pengukur tegangan dengan VREF = 0,5 V dan VREF = 5 V. Rata-rata error yang pada Gambar 14a dan 14b secara berurutan adalah sebesar 0,83% dan 0,35%.

(a)

(b)

Gambar 14 Grafik uji integrasi modul pengukur tegangan. (a) VREF = 0,5 V, (b) VREF = 5 V

4.2 Uji Integrasi Modul Pengukur Arus Pengujian ini dilakukan dengan cara membandingkan pengukuran arus dari modul pengukur arus dengan arus yang ditampilkan oleh perangkat lunak. Perangkat lunak menggunakan VREF 0,5 V ketika arus dibawah atau sama dengan 4945,12 µA dan ketika arus berada diatas 4945,12 µA maka perangkat lunak akan menggunakan VREF 5 V. Gambar 15b adalah grafik pengujian dengan nilai 1 mA kebawah untuk memperjelas error pengukuran

15


pada gambar 15a. Rata-rata error pada pengukuran dibawah 1 mA adalah sebesar 35,91% dan pada pengukuran antara 1 mA sampai 40 mA adalah sebesar 1,24%.

(a)

(b) Gambar 15 Grafik uji integrasi modul pengukur arus.

4.3 Uji Integrasi Modul Pengukur Intensitas Cahaya Pengujian ini dilakukan dengan membandingkan pengukuran intensitas menggunakan luxmeter dengan intensitas yang ditampilkan oleh perangkat lunak. Pengukuran oleh luxmeter dibandingkan dengan perangkat lunak dilakukan, sedemikian sehingga diketahui bahwa ratarata error yang terjadi adalah sebesar 19,79% 4.4 Uji Integrasi Modul Pengukur Temperatur Pengujian

ini

dilakukan

dengan

membandingkan

pengukuran

temperatur

menggunakan multimeter dengan temperatur yang ditampilkan oleh perangkat lunak. Pengukuran oleh multimeter dibandingkan dengan perangkat lunak dilakukan, sedemikian sehingga diketahui bahwa rata-rata error yang terjadi adalah sebesar 3,42%. 4.5 Pengujian Rangkaian Catu Daya Keluaran pada terminal 5 V dan 12 V diukur menggunakan multimeter dan oscilloscope. Catu 5 V diukur dan menunjukkan keluaran 5 V. Kemudian catu 12 V diukur dan menunjukkan keluaran 11,82 V. Tidak ada ripple di pembacaan oscilloscope pada pada semua skala horizontal di kedua catu tersebut. 4.6 Hasil Ekstraksi Parameter Sel Surya Ekstraksi parameter sel surya dilakukan dengan menggunakan pembacaan oleh perangkat lunak. Lampu halogen dengan daya 500 W digunakan sebagai sumber cahaya pengganti matahari. Data dicuplik setiap detik untuk simulasi matahari dalam satu hari, dan 16


pencuplikan data saat memplot kurva karakteristik I-V dilakukan tiap 20 ms. Resistor variabel yang digunakan untuk membuat kurva I-V ini adalah sebesar 5 kΩ, resistor variabel dengan nilai lain dapat pula digunakan secara fleksibel. Gambar 16a dan 16b berikut menunjukkan plot kurva I-V tanpa dan dengan metode moving average.

(a)

(b) Gambar 16 Plot Kurva I-V.

5. Kesimpulan Setelah melakukan rancang bangun dan pengujian, dapat ditarik kesimpulan bahwa telah berhasil dirancang dan dibangun sistem embedded simulator surya terintegrasi dengan perangkat lunak untuk pengujian dan ekstraksi parameter sel surya berupa tegangan rangkaian terbuka (!!" ), arus hubung singkat (!!" ), fill factor (!!), karakteristik kurva I-V, daya keluaran (!!"# ) dan efisiensi dengan spesifikasi sebagai berikut: 1. Modul

pengukur

tegangan

memiliki

resolusi

pengukuran

pada

skala

0-500 mV sebesar 0,244 mV dengan error ± 0,83%, dan pada skala 500-5000 mV sebesar 2,44 mV dengan error ± 0,35%. 2. Modul

pengukur

arus

memiliki

resolusi

pengukuran

pada

skala

0-4,975 mA sebesar 1,21 µA dengan error ± 26,49%, dan pada skala 4,975-49,75 mA sebesar 12,15 µA dengan error ± 1,90%. 3. Modul pengukur intensitas cahaya memiliki resolusi 1 lux dengan error pengukuran sebesar ± 19,79% yang didekati dengan besar kuat cahaya dalam lux. 4. Modul

pengukur

temperatur

memiliki

resolusi

0,1

°C

dengan

error

± 3,42%.

17


6. Referensi 1. Honsberg, Christiana and Stuart Bowden (1999). Photovoltaic: Devices, Systems, and Application PVCDROM. Australia: University of New South Wales. 2. Oriel

Product

Training

(2012).

Solar

Simulation.

Newport.

http://www.newport.com/oriel 3. Solarlux (2012). Solar Simulation ASTM / IEC / JIS Testing Standards. Http://www.eyesolarlux.com/solar-simulation-astm-iec-jis.htm. Cited 24 Desember 2012 4. Lindholm FA, Fossum JG, Burgess EL (1979). Application of the superposition principle to solar-cell analysis. IEEE Transactions on Electron Devices.26:165–171. 5. LM35 Datasheet (2000). LM35 Precision Centigrade Temperature Sensors. National Semiconductor. 6. CdS

LDR

Datasheet

(2010).

CdS

Light-Dependent

Photoresistor.

Token

http://www.token.com.tw 7. LM317T Datasheet (2011). LM117/LM317A/LM317 3-Terminal Adjustable Regulator. Texas Instruments. 8. LTC1050 Datasheet (1991). Precision Zero-Drift Operational Amplifier with Internal Capacitors. Linear Technology Corporation. 9. MAX1044 Datasheet (1994). Switched-Capacitor Voltage Converters. Maxim Integrated. 10. PIC18F2553 Datasheet (2007). PIC18F2458/2553/4458/4553 Data Sheet. Microchip Technology Inc. 11. Littlefair, P (December 1988). Measurements of the luminous efficacy of daylight. Lighting

Research

and

Technology,

vol.

20

no.

4

177-188.

http://lrt.sagepub.com/content/20/4/177.abstract 7. Daftar Pustaka Axelson, Jan (2009). USB Complete: The Developer’s Guide, Fourth Edition. USA: Lakeview Research. Williams, Tim (2005). The Circuit Designer’s Companion. Great Britain: Newnes. Application Note (2009). Design Considerations for Mixed Signal. e2v semiconductors. http://www.e2v.com Baker, Bonnie C. Techniques that Reduce System Noise in ADC Circuits. Analog Design Note ADN007. Microchip Technology Inc. 2004. 18


PCB Layout Tips for High Resolution Section 9. Precision Analog Application Seminar. Texas Instruments Application Note (2003). Guidelines to Keep ADC Resolution within Spesification. Atmel corporation. Application Note SZZA009 (November 1999). PCB Design Guidelines For Reduced EMI. Texas Instruments. Application Note Doc8128 (2008). AVR186: Best Practices for the PCB layout of Oscillators. Atmel Corporation.

19


RANCANG BANGUN EMBEDDED SYSTEM PADA SIMULATOR SURYA BERBASIS MIKROKONTROLLER PIC18F2553

Recommend Documents