## PENERAPAN ATMEGA8 UNTUK MENGUKUR TEGANGAN KELUARAN SOLAR CELL MONOCRYSTELINE DAN POLYCRYSTELINE
Ahmad Ridho’i 1 , Aris Heri Andriawan 2
1 Fakultas Teknik, Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya e-mail: ridhoi@untag-sby.ac.id
2 Fakultas Teknik, Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya e-mail: aris_po@untag-sby.ac.id

## Abstract
At this  writing, has conducted monitoring and analysis and polycrysteline monocrysteline Solar cells based on energy efficiency, using experimental data (electricity  output  parameters)  determine  the  output  of  the  solar  cell  becomes indispensable if it would be a smart system. So that the data output of the solar cell  as  a  reference  for  processing  by  atmega8.  Results  of  the  analysis  showed that the measurement clock determine the level of higher energy efficiency. The output  of  the  solar  cell  variations  at  8  (am)  to  5  (pm).  Device  atmega8  haril duty to process the output voltage sensing of the next solar cell is shown in the LCD display.
Keywords: solar cell, energy, atmega8 .

## 1. PENDAHULUAN
Keberadaan  sumber  energi  Matahari  sangat  berlimpah,sehingga  penerapan  teknologi fotovoltaik  untuk    memenuhi    kebutuhan    energi    listrik    di    daerah    yang    belum    terjangkau jaringan    listrik  cukup  potensial  untuk  dikembangkan.  Dalam  pengoperasiannya,  kinerja fotovoltaik sangat dipengaruhi oleh  kondisi  klimatologi daerah setempat  (suhu  lingkungan dan radiasi  Matahari)  dan  parameter  listriknya  (short  circuit  current,  open  circuit  voltage,  suhu  sel fotovoltaik,  dan  sebagainya).  Kajian  yang  bersifat  mendasar  sangat  diperlukan  untuk  dapat menjelaskan  keterkaitan  parameter-parameter  tersebut    terhadap    Kinerja    sistem    fotovoltaik. Evaluasi  terhadap  parameter  energi  sistem  fotovoltaik didasarkan  pada  hasil  yang  sudah dilakukan    tidak    cukup    akurat    dalam    menjelaskan    arah    proses  ketika    panas    ditransfer secara  spontan  ketika  suhu  meningkat,  sehingga  analisis  terhadap parameter  eksergi  yang merupakan    bentuk    usaha    maksimum    sistem    fotovoltaik    pada    saat    setimbang  dengan lingkungannya perlu dilakukan dalam menjelaskan proses sistem secara detail. Efisiensi  energi fotovoltaik  merupakan  rasio  antara  energi  yang  dibangkitkan  oleh  sistem  fotovoltaik  dan total radiasi Matahari yang sampai di permukaan fotovoltaik, sehingga hanya energi listrik yang dibangkitkan  oleh    fotovoltaik    yang    ditinjau,    sedangkan    parameter    lainnya    seperti    suhu lingkungan,    suhu    sel    fotovoltaik,  komponen  potensial  kimia  dan  kapasitas  panasnya  tidak diperhitungkan.  Ketidakuratan  analisis  energi  terhadap  sistem  fotovoltaik  diantisipasi  dengan mengembangkan  konsep  eksergi  (exergy  concepts)  didasarkan    pada    analisis    Hukum    II Termodinamika  yang  dapat  memberikan  informasi  tentang energi  yang  hilang dari  sistem yang  berkaitan    dengan  proses-proses  termodinamika    yang  terjadi  pada    sistem    fotovoltaik. Efisiensi    eksergi    dinyatakan    sebagai    selisih    dari    energi    listrik    dan    energi  panas  dalam bentuk  usaha  maksimum  yang  dilakukan  oleh  sistem  termodinamika  ketika  menuju  proses reversibel  mengarahkan  sistem  ke  keadaan  setimbang  dengan  lingkungannya.  Beberapa penelitian    yang  pernah  dilakukan  terkait  dengan    analisis  sistem  fotovoltaik  berdasarkan
tinjauan    analisis    energi    dan    eksergi    dalam    meningkatkan    kinerjanya    yang    dinyatakan dengan keluaran  listrik  sistem  fotovoltaik,  diantaranya  membahas  tentang  tinjauan  teoritis efisiensi   konversi energi  Matahari  berdasarkan   analogi  proses  fotosintesis  dan  fotokimia dari    tinjauan    proses  termodinamika,  kajian  teoritis  tentang  limitasi  termodinamika  pada efisiensi konversi energi Matahari  berdasarkan  konsep  entropi,  modifikasi  sistem  fotovoltaik dengan    menambahkan    lapisan  kaca  di  atas  modul  fotovoltaik  untuk  mereduksi  suhu  dan mengalirkan  udara  pada  celah  keduanya,  kajian    pengaruh    posisi    lintang    (latitude)    dan kondisi    klimatologinya    terhadap    keluaran    fotovoltaik  berdasarkan  tinjuan  analisis  energi, kajian  efisiensi  eksergi  pada  sistem  fotovoltaik  array  berdasarkan  tinjauan  klimatologi, konfigurasi  sistem  fotovoltaik,  sifat  termal  dan  komponen  potensial  kimia,  kajian  tentang efisiensi  energi  dan  eksergi  pada  sistem  hibrid  fotovoltaik dipelajari  untuk  meningkatkan efisiensi    daya    keluaran    sistem    fotovoltaik.  Kajian    penerapan    sistem    fotovoltaik    untuk daerah    terpencil    dan  terisolir    sudah    dilakukan    melalui    perancangan    dan    implementasi sistem  Stand  Alone  fotovoltaik  System (SAPS)  yang  berorientasi  pada  prototipe  generator listrik    bertenaga    Matahari    dan    kajian  tentang    peningkatan    efisiensi    fotovoltaik    array didasarkan    pada    evaluasi    Kinerja    eksergetik    untuk  pengoptimasian    sistem    dengan melakukan  analisis  terhadap  parameter-parameter  yang mempengaruhi Kinerja sistem. Dalam tulisan ini akan  dibahas pengukuran yang memanfaatkan device atmega8 untuk mengolah dan menampilkan di LCD.

## 1.1. Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah melakukan pengukuran terhadap tegangan keluaran dari solar cell  monocrystaline  dan  polycrystaline  yang  menggunakan  device  atmega8,  diharapkan diperoleh  perangkat  yang  dapat  menggantikan  peran  manusia  dalam  melakukan  pengukuran terhadap tegangan keluaran solar cell.

## 1.2. Tinjauan Pustaka

## a. PV Cell
Fisika  sel  pv  sangat  mirip  dengan  pn  junction  dioda  klasik  (Gambar  1).  Ketika  cahaya diserap  oleh  junction,  energi  dari  foton  diserap  ditransfer  ke  sistem  elektron  dari  materi, sehingga dalam penciptaan biaya operator yang dipisahkan di persimpangan. Pembawa muatan elektron  dapat-ion  pasangan  dalam  elektrolit  cair,  atau  pasangan  electron  hole  dalam  bahan semikonduktor solid. Pembawa muatan dalam daerah persimpangan membuat gradien potensial, bisa dipercepat di bawah listrik dan beredar sebagai arus melalui sirkuit eksternal. Arus kuadrat kali perlawanan dari rangkaian adalah kekuatan yang dikonversi menjadi listrik,  kekuatan sisa foton mengangkat suhu sel.
Asal  potensi  fotovoltaik  adalah  perbedaan  kimia  potensial,  yang  disebut  tingkat  Fermi, elektron  dalam  dua  bahan  terisolasi.  Ketika  mereka  bergabung,  persimpangan  mendekati keseimbangan  termodinamika  baru.  Keseimbangan  tersebut  dapat  dicapai  hanya  ketika  tingkat Fermi sama dalam dua bahan. Hal ini terjadi oleh aliran elektron dari satu materi yang lain sampai perbedaan tegangan didirikan antara kedua bahan yang memiliki potensi hanya sama dengan perbedaan awal Fermi tingkat. Potensi ini mendorong photocurrent tersebut.
Gambar 1. Efek fotovoltaik mengubah energi foton menjadi tegangan melintasi persimpangan pn
Gambar 2. Konstruksi dasar sel pv dengan fitur enhancing kinerja (mengumpulkan jala saat ini, lapisan anti-reflektif dan perlindungan penutup kaca).
Gambar  2  menunjukkan  construction.1  sel  dasar  Untuk  mengumpulkan  photocurrent tersebut, kontak logam yang disediakan di kedua sisi persimpangan untuk mengumpulkan  arus listrik  yang  disebabkan  oleh  foton  menimpa  satu  sisi.  melakukan  foil  (solder)  kontak  yang tersedia di atas bagian bawah (gelap) permukaan dan pada satu tepi atas (diterangi) permukaan. Tipis  pembentukan  mesh  pada  permukaan  atas  yang  tersisa  mengumpulkan  saat  ini  dan memungkinkan  cahaya  melalui  jarak  yang  dari  serat  melakukan  dalam  mesh  adalah  masalah kompromi antara memaksimalkan konduktansi listrik dan meminimalkan penyumbatan cahaya. Selain  unsur-unsur  dasar,  beberapa  fitur  tambahan  yang  juga  termasuk  dalam  pembangunan. Misalnya,  permukaan  depan  sel  memiliki  anti-reflektif  coating  untuk  menyerap  cahaya sebanyak  mungkin  dengan  meminimalkan  refleksi.  Perlindungan  mekanis  disediakan  oleh coverglass diterapkan dengan perekat transparan.
Gambar 3. Rangkaian listrik Setara modul pv, menunjukkan dioda dan kebocoran arus tanah.
Dioda arus diberikan oleh ekspresi dioda klasik saat ini:
Dimana :
Arus beban diberikan dalam persamaan :
Istilah terakhir ground-leakage current , dalam sel praktis kecil dibandingkan dengan I L dan I D ,  dan  dapat  diabaikan.  Dioda-arus  saturasi  bisa,  Oleh  karena  itu,  ditentukan  secara eksperimental  dengan  menerapkan  tegangan  V oc dalam  keadaan  gelap  dan  mengukur  arus masuk ke sel. Saat ini sering disebut saat gelap atau sebaliknya dioda-arus saturasi.

## b. Open Circuit Voltage dan Short Circuit Current
Dua  parameter  yang  paling  penting  banyak  digunakan  untuk  menggambarkan  sel  Kinerja listrik tegangan V oc rangkaian terbuka dan arus pendek I sc saat. The arus hubung pendek diukur dengan  korslet  output  terminal,  dan  mengukur  arus  terminal  di  bawah  pencahayaan  penuh. Mengabaikan dioda kecil dan arus tanah-kebocoran di bawah nol-terminal tegangan, arus sirkuit pendek di bawah kondisi ini adalah photocurrent I L .
The photovoltage maksimum diproduksi di bawah tegangan rangkaian terbuka. Sekali lagi, dengan  mengabaikan  arus  tanah-kebocoran,  Persamaan  di  bawah  dengan  I  =  0  memberikan tegangan rangkaian terbuka sebagai berikut:
Konstanta KT / Q adalah suhu mutlak dinyatakan dalam tegangan (300 ° K = 0.026 volt). Dalam  photocells  praktis,  photocurrent  adalah  beberapa  lipat  lebih  besar  dari  arus  saturasi terbalik.  Oleh  karena  itu,  tegangan  rangkaian  terbuka  berkali-kali  nilai  KT  /  Q.  Di  bawah kondisi pencahayaan konstan,  I L /I D adalah fungsi yang  cukup kuat dari suhu sel, dan sel surya biasanya menunjukkan koefisien suhu negatif dari tegangan rangkaian terbuka.
Gambar 4. Arus dibandingkan tegangan (i-v) karakteristik modul pv di bawah sinar matahari dan dalam gelap.

## c. Atmega 8
AVR  ATmega8  adalah  dayanya  rendah  CMOS  8-bit  mikrokontroler  berdasarkan  AVR RISC  arsitektur.  Dengan  menjalankan  instruksi  yang  kuat  dalam  satu  siklus  clock  tunggal, ATmega8  mencapai  throughputs  mendekati  1MIPS  per  MHz,  yang  memungkinkan  perancang sistem untuk mengoptimalkan konsumsi daya dibandingkan kecepatan pemrosesan.
AVR  intinya  menggabungkan  banyak  instruksi  set  dengan  register  bekerja  32  tujuan umum.  32  register  secara  langsung  terhubung  ke  Arithmetic  Logic  Unit  (ALU),  yang memungkinkan  dua  register  independen  untuk  diakses  dalam  satu  instruksi  tunggal  dieksekusi dalam  satu  siklus  clock.  Arsitektur  yang  dihasilkan  lebih  efisien  kode,  sementara  mencapai throughput hingga sepuluh kali lebih cepat dari mikrokontroler CISC konvensional. ATmega8  menyediakan  fitur  berikut:  8  Kbytes  In-System  Programmable  Flash  dengan  Baca- Sementara-Write kemampuan, 512 byte EEPROM, 1 Kbyte SRAM, 23 tujuan umum I/O baris, 32  tujuan  umum  bekerja  register,  tiga  Timer  fleksibel/Counter  dengan  membandingkan  mode, interupsi  internal  dan  eksternal,  yang  diprogram  serial  USART,  berorientasi  byte  TwoWire Serial  Interface,  sebuah  ADC  6-channel  (delapan  saluran  di  TQFP  dan  paket  QFN  /  MLF) dengan  Akurasi  10-bit,  yang  diprogram  Watchdog  Timer  dengan  Internal  Oscillator,  sebuah port  serial  SPI,  dan  lima  software  mode  penghematan  daya  dipilih.  Mode  Idle  berhenti  CPU sementara  memungkinkan  SRAM,  Timer/Counter,  port  SPI,  dan  mengganggu  sistem  untuk terus  berfungsi.  Modus  Power  down  menyimpan  isi  daftar  tapi  membeku  Oscillator  itu, menonaktifkan semua fungsi chip lain sampai interrupt berikutnya atau Hardware Reset. Dalam mode  Power-save,  timer  asynchronous  terus  berjalan,  yang  memungkinkan  pengguna  untuk mempertahankan basis waktu sementara sisa perangkat berhenti. Modus ADC Noise Reduction menghentikan  CPU  dan  semua  I/O  modul  kecuali  asynchronous  timer  dan  ADC,  untuk meminimalkan  beralih  konversi  ADC  noiseduring.  Dalam  mode  Standby,  kristal  /  resonator Oscillator berjalan sedangkan sisanya dari perangkat tidur. Hal ini memungkinkan sangat cepat start-up  yang  dikombinasikan  dengan  konsumsi  daya  rendah.  Perangkat  ini  diproduksi  dengan menggunakan  kepadatan  tinggi  teknologi  memori  non-volatile  Atmel.  The  Memori  program
Flash  dapat  memprogram  In-System  melalui  antarmuka  serial  SPI,  oleh  konvensional programmer memori non-volatile, atau oleh program boot On-chip berjalan pada AVR core. Program boot dapat menggunakan antarmuka apapun untuk men-download program aplikasi  dalam  Aplikasi  Flash  memori.  Software  di  Flash  Bagian  Boot  akan  terus  berjalan sementara  Aplikasi  flash  Bagian  diperbarui,  memberikan  benar-Baca-Tulis  Sementara  operasi. dengan  menggabungkan  8-bit  RISC  CPU  dengan  In-System  Self-Programmable  Flash  pada chip monolitik, Atmel ATmega8 adalah mikrokontroler yang kuat yang memberikan solusi yang sangat fleksibel dan hemat biaya untuk banyak aplikasi embedded control.
Gambar 5. Konfigurasi Pin Atmega8
ATmega8  memiliki  10-bit  berturut-turut  pendekatan  ADC.  ADC  terhubung  ke  8-channel Analog  Multiplexer  yang  memungkinkan  delapan  input  tegangan  tunggal  berakhir  dibangun dari pin Port C. input tegangan tunggal berakhir merujuk ke 0V (GND).

## d. LCD display 2x16
LCD (Liquid Cristal Display) berfungsi untuk menampilkan karakter angka, huruf ataupun simbol dengan lebih baik dan dengan konsumsi arus yang rendah. LCD (Liquid Cristal Display) dot matrik M1632 merupakan modul LCD buatan hitachi. Modul LCD (Liquid Cristal Display) dot  matrik  M1632  terdiri  dari  bagian  penampil  karakter  (LCD)  yang  berfungsi  menampilkan karakter  dan  bagian  sistem  prosesor  LCD  dalam  bentuk  modul  dengan  mikrokontroler  yang diletakan  dibagian  belakan  LCD  tersebut  yang  berfungsi  untuk  mengatur  tampilan  LCD  serta mengatur  komunikasi  antara  LCD  dengan  mikrokontroler  yang  menggunakan  modul  LCD tersebut.  Modul  prosesor  M1632  pada  LCD  tersebut  memiliki  memori  tersendiri  sebagai berikut.
CGROM (Character Generator Read Only Memory) CGRAM (Character Generator Random Access Memory) DDRAM (Display Data Random Access Memory).
 DB0  –  DB7  adalah  jalur  data  (data  bus)  yang  berfungsi  sebagai  jalur  komunikasi  untuk mengirimkan dan menerima data atau instruksi dari mikrokontrooler ke modul LCD.
 RS  adalah  pin  yang  berfungsi  sebagai  selektor  register  (register  sellect)  yaitu  dengan memberikan  logika  low  (0)  sebagai  register  perintah  dan  logika  high  (1)  sebagai  register data. R/W adalah pin yang berfungsi untuk menentukan mode baca atau tulis dari data yang terdapat pada DB0  – DB7. Yaitu dengan memberikan logika low (0) untuk fungsi read dan logika high (1) untuk mode write.
 Enable  (E),  berfungsi  sebagai  Enable  Clock  LCD,  logika  1  setiap  kali  pengiriman  atau pembacaan data.

## Gambar 6. LCD M1632

## e. Pembagi Tegangan
Rangkaian pembagi tegangan biasanya digunakan untuk membuat suatu tegangan referensi dari sumber tegangan yang lebih besar, titik tegangan referensi pada sensor, untuk memberikan bias pada rangkaian penguat atau untuk memberi bias pada komponen aktif. Rangkaian pembagi tegangan  pada  dasarnya  dapat  dibuat  dengan  2  buah  resistor,  contoh  rangkaian  dasar  pembagi tegangan dengan output VO dari tegangan sumber VI menggunakan resistor pembagi tegangan R1 dan R2 seperti pada gambar berikut.
Gambar 7. Rangkaian Pembagi Tegangan.
Dari  rangkaian  pembagi  tegangan  diatas  dapat  dirumuskan  tegangan  output  V O .  Arus  (I) mengalir  pada  R 1 dan  R 2 sehingga  nilai  tegangan  sumber  V I adalah  penjumlahan  V S dan  V O sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut. Nampak bahwa tegangan masukan terbagi menjadi dua  bagian,  masing-masing  sebading  dengan  harga  resistor  yang  dikenai  tegangan  tersebut. Sehingga besarnya V O dapat dirumuskan sebagai berikut.

## 2. METODE
Dalam penelitian  alat pengukuran tegangan  solar sell terdapat beberapa tahap diantaranya seperti pada diagram alir di bawah :
Gambar 8. Diagram Alir penelitian
Pada gambar 8 menunjukan siklus dari penelitian yang dimulai dari mempersiapkan bahan dan  alat  ukur  sampai  perangkat  pendukung  (datasheet,  textbook,  software  simulator),  dalam penelitian  ini  pembuktian  menggunakan  software  aplikasi  (proteus  9.1).  Dalam  perancangan system  pengukur  tegangan  solar  sell  dibagi  dalam  dua  kelompok  perencanaan  hardware  dan perencanaan perangkat lunak yang menggunakan codevision sebagai bahasa program.

## a. perencanaan hardware
Perencanaan rancangan penelitian yang dilakukan seperti di bawah :
Mulai Persiapan bahan dan alat ukur Perencanaan hardware elektronika (system mikrokontroller) dan software Pengujian dan pengukuran alat permbersih dan monitoring tegangan selesai
Gambar 9. Diagram blok system pengukur tegangan
Pada  system  ini  menggunakan  dua  sensor  masing-masing  sensor  tegangan,  sensor  cahaya matahari, dan pewaktu sebagai acuan.
 Tegangan  yang  dikeluarkan  oleh  solar  sell  dengan  rentang  dari  0,5  volt  sampai  23  volt disensor oleh pembagi tegangan terdiri dari dua resistor dari hasil pembagi tegangan sebagai masukan pengolah (mikrokontroller atmega8).
 Kondisi  cahaya  matahari  disensor  oleh  LDR  ( Light  Dependent  Resistor )  nilai  resistensi dalam  LDR  berubah  jika  permukaan  LDR  kena  cahaya,  hasil  sensor  juga  sebagai  masukan mikrokontroller  atmega8.  Dengan  membuat  pembagi  tegangan  antara  LDR  dengan  resistor 10 Kohm menghasilkan tegangan masukan untuk adc mikrokontroller seperti di bawah :
 LCD 2x16
Display merupakan bagian keluaran yang memberikan informasi sehingga diperlukan untuk mengetahui hasil pengolahan mikrokontroller atmega8 selanjutnya perencanaan LCD 2x16 seperti di bawah :
Gambar 10. rangkaian display LCD 2x16
Sensor Tegangan Sensor Cahaya Matahari RTC
Pengolah (Mikrokontroller) Display (LCD)
Pemberian  resistor  pada  V EE membuat  intensitas  LCD  tidak  terlalu  terang  sehingga  membuat LCD tidak mengkonsumsi daya banyak dan tidak panas.

## b. Peranakcangan perangkat lunak
Pada gambar 2.5 memperlihatkan rancangan perangkat lunak. Pada awal catu diberikan, mikrokontroller akan melakukan inisialisasi, selanjutnya pembacaan nilai dari sensor tegangan solar sell dan LDR, serta pembacaan RTC dari hasil pembacaan diolah oleh logika fuzzy yang selanjutnya ditampilkan atau tidak, ditampilkan jika ada perbedaan dari yang ditampilkan.
Gambar 11. Flowchart algoritma system

## 3. PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
Dalam pengujian dilakukan dengan menggunakan  software simulator  untuk membuktikan bahwa pengukuran yang menggunakan atau menerapkan atmega8 dapat dilakukan.
Start Inisialisasi mikrokontroller Pembacaan tegangan solar sell, Pembacaan tegangan LDR, Pembacaan RTC Ada perubahan tegangan baca tegangan lagi Tidak Tampilkan Di LCD Ya End Tidak Ya
Gambar 12. Rangkaian atmega8 untuk mengukur tegangan DC
Keterangan : LM032: Display LCD
RV 1 : Sumber tegangan DC
Pot. : 20Kohm sebagai pengubah tegangan DC
Dengan  mengubah  nilai  dari  potensio  20Kohm  akan  menghasilkan  tampilan  pada  LCD sesuai dengan tegangan masukan ke ADC(0) pada mikrokontroller atmega8

## 4. KESIMPULAN
a. Batas  pengukuran  maksimum  ditentukan  dari  konstanta  yang  di  letakkan  pada  logika program.
b. Sensitivitas pengkonversian analog ke digital ditentukan oleh inisial di atmega8.
c. Pengukuran  dapat  dilakukan  dengan  cepat  tergantung  pada  kecepatan  dari  clock  atmega8 yang digunakan.
5. REFERENSI
1. A.R. Jha, PhD, “ Solar Cell Technology and Application” , Tailor and Francis group, LLC, 2010.
2. Mukund R. Patel, Ph.D., P.E., “ Wind and Solar Power Systems” , CRC Press LLC, 1999.
3. Datasheet atmega8.
4. Datasheet M1632