## TRACKER TIGA POSISI PANEL SURYA UNTUK PENINGKATAN KONVERSI ENERGI DENGAN CATU DAYA RENDAH
Welly Yandi 1 , Syafii 1* , Ali Basrah Pulungan 2
1 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Andalas
2 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Andalas
* Corresponding author, e-mail: syafii@ft.unand.ac.id
Abstrak — Artikel ini memaparkan tentang penggunaan tracker tiga posisi untuk meningkatkan konversi energi listrik dari matahari dengan catu daya rendah. Sistem tracker tiga posisi telah diuji menggunakan dua buah panel surya yang identik dengan kapasitas 250 Wp yang dipasang flat dan dengan tracker . Proses pengujian  dilakukan  selama  3  hari  di  atas  gedung  Jurusan  Teknik  Elektro  Universitas  Andalas  Padang. Hasil pengujian  menunjukkan   persentase rata-rata peningkatan  konversi energi  sebesar  0,263  kWh/hari atau 27,9% per hari. Sedangkan kebutuhan energi untuk aktuator tracker tiga posisi sebesar 0,624 Wh/hari dan sistem kontrol tracker sebesar 18 Wh/hari. Sehingga besar konsumsi energi sistem tracker tiga posisi adalah  sebesar  0,0186  kWh/hari.  Hal  ini  disebabkan  karena  sistem tracker tiga  posisi  menggunakan aktuator dengan motor DC yang dilengkapi gearbox sehingga kemampuan torsi tracker menjadi lebih besar. Konsumsi  energi  untuk  pengontrolan tracker menggunakan  arduino  lebih  besar  dibandingkan  energi tracker itu sendiri karena pengontrolan selalu dalam keadaan aktif selama 24 jam. Sementara tracker tiga posisi hanya aktif selama 100 detik. Dengan demikian, konsumsi energi yang digunakan oleh sistem tracker tiga posisi jauh lebih kecil dibandingkan peningkatan konversi energi yang dihasilkan panel surya.
Kata Kunci : Tracker tiga posisi, Peningkatan konversi energi panel surya
Abstract — This article describes the use of a three-position tracker to increase the conversion of electrical energy from the sun with a low power supply. The three-position tracker system has been tested using two identical solar panels with 250 Wp capacities mounted flat and with tracker. The testing process carried out for 3 days in the top of the building Department of Electrical Engineering Andalas University of Padang. The test results show the average percentage increase in energy conversion is 0.263 kWh / day or 27.9% per  day.  While  the  energy  requirement  for  three  position  tracker  actuator  are  0.624  Wh  /  day  and  track control system of 18 Wh / day. So that the energy consumption of tracker system three positions is equal to 0.0186  kWh  /  day.  This  is  because  the  three-position  tracker  system  uses  actuators  with  DC  motors equipped  with  a  gearbox  so  that  the  tracker's  torque  becomes  greater.  Energy  consumption  for  tracker control using arduino is greater than tracker energy itself because the control is always active for 24 hours. While the three-position tracker is only active for 100 seconds. Thus, the energy consumption used by the three-position  tracker  system  is  much  smaller  than  the  increase  in  energy  conversion  produced  by  solar panels.
Keywords : Three position tracker, Increased solar panel energy conversion
Copyright © 2017 JNTE. All rights reserved

## 1. PENDAHULUAN
Energi  terbarukan  yang  banyak  banyak dikembangkan  saat  ini  adalah  panel  surya. Penggunaan  cahaya  matahari  sebagai  sumber energi sangat memungkinkan dalam pembangkitan  energi  listrik  terutama  pada daerah katulistiwa khususnya Indonesia.
Dalam  memaksimalkan  konversi  energi listrik yang dihasilkan panel surya, maka bidang panel  surya  harus  menghadap  sinar  datang matahari [1][2]. Untuk itu digunakanlah sebuah
tuas  penggerak  dengan  tenaga  motor  DC  yang disebut  actuator  [3].  Penggunaan  aktuator bertujuan  untuk  menggerakkan  panel  surya supaya  mengarah  pada  cahaya  matahari  agar energi  listrik  yang  dihasilkan  meningkat dibandingkan  panel  surya  dalam  keadaan  diam [4][5].
Pemakaian  energi  listrik  untuk  aktuator sangat diperhitungkan agar terealisasinya efisiensi energi yang diharapkan. Aktuator yang digunakan  harus  memiliki  torsi  yang  cukup untuk menggerakkan panel surya serta
menggunakan  energi  listrik  yang  kecil.  Motor DC  yang  digunakan  pada  aktuator  diharapkan memakai  energi  listrik  yang  kecil  dan berbanding terbalik dengan torsi yang dihasilkan [6].  Agar  tercapainya  torsi  yang  besar  maka digunakanlah gearbox dengan perpanjangan tuas aktuator  berdasarkan  sistem  ulir  [7].  Proses kinerja aktuator dikontrol dengan menggunakan arduino  Pro  Mini  BTE13  dan  dilengkapi  relay [8].  Pada  sistem switcing digunakan  sensor proximity agar  pergerakan  panel  dapat  di  atur sesuai yang diinginkan.
Pergerakan  panel  surya  hanya  terbatas  pada tiga posisi agar efisiensi energi yang dihasilkan untuk  menggerakkan  aktuator  lebih  hemat dibandingkan  dengan  pergerakan  panel  secara terus menerus [5]. Selisih konversi energi yang dihasilkan oleh panel surya dengan tracker dan flat diharapkan lebih besar dibandingkan dengan pemakaian energi untuk tracker dan pengontrolnya.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
Pemakaian  motor  DC  sebagai tracker akan menghasilkan torsi yang besar jika dikombinasikan  dengan gearbox .  Torsi  sendiri merupakan  kemampuan  puntir  yang  diberikan pada suatu benda, sehingga menyebabkan benda tersebut  berputar  [9].  Torsi  pada  motor  DC sendiri  dapat  di  dihitung  berdasarkan  rumus berikut :
T = P / ω (1)
Dimana : T  = Torsi Motor DC
P  = Daya Motor DC
ω  = Kecepatan Sudut (Rad / s)
Dari rumus diatas dapat dijabarkan lagi bahwa :
P = Ea * Ia (2) Dan, ω = 2π n / 60 (3) Dimana, Ea = Tegangan motor Ia  = Arus Motor N  = Kecepatan motor
Aktuator  yang  digunakan  sebagai tracker memiliki  spesifikasi  yang  dapat  dilihat  pada Tabel 1.
Tabel 1. Spesifikasi aktuator [10]. Model Regulator Actuator Input 36 VDC Load Capacity 3000 N Strock Length 45 mm 18” Full Load Speed 4,2 mm / s Temperatue -26 0 C     65 0 C
Berdasarkan  keterangan  spesifikasi  aktuator yang digunakan, maka bisa dihitung penggunaan energi  oleh  aktuator  sehingga  didpat  rumus sebagai berikut :
W = V * I * t (4)
Dimana : W  =   Energi yang digunakan oleh motor V  =   Tegangan Motor I  =   Arus t  =   waktu kerja motor
Untuk  mengetahui  daya  (kekuatan)  motor maka digunakan rumus sebagai berikut :
HP = (T * n) / 5250 (5)
Dimana : HP   =   Daya Motor n     =   Kecepatan motor T    =   Torsi 5250  =   Konstanta
Untuk  menentukan  besarnya  peningkatan konversi  energi  pada  panel  surya  yang menggunakan tracker ,  maka  digunakanlan rumus sebagai berikut :
P = V * I (6) Dan,
W = V * I * t  atau  P * t (7)
Sehingga didapatkan,
W total = ∑ W (8)
Dimana,  P = Daya I = Arus W = Energi t = Waktu
W total = Total Energi
Rumus  diatas  digunakan  untuk  melakukan perhitungan  data  kedua  buah  panel  yang  akan dibandingkan. Setelah data energi total didapat, maka dihitung selisih serta persentase peningkatan  kedua  panel  surya  terebut  seperti pada persamaan berikut :
Selisih Energi = E total paneltracker – E total panel flat (9) Kemudian, %  Energi   = Selisih Energi E Total Panel Flat (10) Persamaan diatas akan menghasilkan persentase  peningkatan  konversi  energi  panel surya  dengan tracker .  Peningkatan  konversi energi  tersebut  sebagian  akan  digunakan  untuk tracker dan  sistem  kontrol  nya  dan  diharapkan agar tidak lebih besar dari selisih konversi energi yang didapat.

## 3. METODOLOGI
Proses pengambilan data dilakukan di Lantai 4  Jurusan  Teknik  Elektro  Universitas  andalas. Terdapat  2  buah  panel  surya  dimana  salah satunya  digunakan  sistem  tracking  dan  yang lainya dalam keadaan tetap. Waktu pengambilan data  ini  dilakukan  dalam  3  hari  berturut-turut agar  diperoleh  data  yang  lebih  akurat dikarenakan  data  yang  dihasilkan  akan  sangat dipengaruhi  oleh  cuaca.  Pengambilan  data dilakukan  tanggal  30  Sepetember  s//d  02 Oktober 2017 mulai dari jam 07.00 WIB sampai dengan jam 18.00 WIB.
Gambar 1. Flowchart Penelitian
Data  yang  dihasilkan  berupa  V  (Tegangan) dan  I  (arus)  dari  kedua  panel  surya  yang dibandingkan.  Dari  data  tersebut  kemudian dilakukan  perhitungan  energi  yang  dihasilkan serta dilakukan perbandingan tingkat efisiensinya. Alur penelitian digambarkan dalam flowchart pada Gambar 1.
Untuk rangkaian pengontrolan sistem tracker dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2.  Rangkaian  Pengontrolan  sistem

## tracker
Struktur mekanik panel surya dengan tracker harus  diperhatikan  karena  akan  menentukan penggunaan  torsi  untuk  menggerakkan  panel tersebut[11].  Perencanaan  struktur  mekanik panel  surya  dengan tracker dapat  dilihat  pada Gambar 3.
Gambar 3. Perencanaan  konstruksi  dan  posisi panel surya 3 posisi gerakan
Hasil  pengukuran  panel  surya  dihubungkan dengan  beban  resistif  agar  didapat  arus.  Beban resistif  yang  digunakan  harus  sesuai  dengan kapasitas  panel  surya.  Jika  tidak,  pengukuran tidak maksimal dan akan membuat beban resistif menjadi rusak. Dalam hal ini, beban resistif yang digunakan berkapasitas 6 A dengan tahanan 3,5 Ω.  Beban  resistif  yang  digunakan  untuk mendapatkan  arus  pada  panel  surya  dengan tracker memiliki  tahanan  yang  sama  dengan beban resistif yang digunakan untuk panel surya flat .  Berikut  rangkaian  penggunaan  beban
resistif  dan  alat  ukur  untuk  pengambilan  data konversi energi panel surya :
Gambar  4.  Rangkaian  alat  ukur  pengambilan data

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 4.1. Pengambilan Data Panel Surya ke satu
Pada  proses  pengambilan  data  ke  satu, cuaca  di  sekitar  Kampus  Unand  Limau  manis cendrung  berawan  dan  terkadang  hujan  ringan. Data yang diperoleh  dapat dilihat  pada Tabel 2 dan 3 serta kurva Gambar 5,6,7 dan 8.
Tabel 2. Data tegangan dan arus ke satu
Gambar 5. Kurva tegangan data ke satu
Gambar 6. Kurva Arus data ke satu
Tabel 3. Data daya dan energi ke satu
Gambar 7. Kurva daya data ke satu
Gambar 8. Kurva energi data ke satu
Berdasarkan data ke satu diatas didapatlah total energi  panel surya dengan tracker sebesar 847,109  watt  dan  panel  surya flat sebesar 660,308  watt.  Sehingga  dapat  dicari  selisish konversi  energi  yang  dihasilkan  adalah  sebagai berikut :
Selisih E total = E total Panel Tracker – E total Panel Flat = 847,109 – 660,308 = 186,801 Watt = 0,186801 Kw
Berdasarkan  selisih  energi  yang  diperoleh maka  dapat  ditentukan  persentase  peningkatan konversi  energi  antara  panel  surya  dengan tracker dan flat sebagai berikut :
% Peningkatan E  = (Selisih E total / E total Flat) x 100 =  (186,801 / 660,308) x 100
= 28,28 %

## 4.2. Pengambilan Data Panel Surya Hari Kedua
Cuaca  pada  hari  pengambilan  data  yang kedua  lebih  berawan  dibandingkan  ke  satu  dan hasilnya lebih rendah dari data ke satu. Data hari ke  dua  dapat  di  lihat  pada  Tabel  4  dan  5  serta kurva Gambar 9, 10, 11 dan 12.
Tabel 4. Data tegangan dan arus kedua
Gambar 9. Kurva tegangan data kedua
Gambar 10. Kurva arus data kedua
Tabel 5. Data daya dan energi ke dua
Gambar 11. Kurva daya data ke dua
Gambar 12. Kurva energi data kedua
Berdasarkan  data  kedua  diatas  didapatlah total energi  panel surya dengan tracker sebesar 946,418  watt  dan  panel  surya flat sebesar 740,567  watt.  Sehingga  dapat  dicari  selisish konversi  energi  yang  dihasilkan  adalah  sebagai berikut :
Selisih E total = E total Panel tracker – E total panel Flat = 946,418 – 740,567 = 205.851 Watt = 0,205851 Kw
Berdasarkan  selisih  energi  yang  diperoleh maka  dapat  ditentukan  persentase  peningkatan konversi  energi  antara  panel  surya  dengan tracker dan flat sebagai berikut :
% Peningkatan E  = (Selisih E total / E total Flat) x 100 = (205,851 / 740,567) x 100
= 27,79 %

## 4.3. Pengambilan Data Panel Surya Hari Ketiga
Berbeda  dengan  proses  pengambilan  data pada  hari ke satu dan ke dua, pada hari ke  tiga cuaca cukup cerah. Dengan demikian diharapkan data yang diperoleh sangat stabil dan maksimal dapat di lihat pada Tabel 6 dan 7 serta kurva Gambar 13, 14, 15 dan 16
Gambar 13. Kurva tegangan data ke tiga
Tabel 6. Data tegangan dan arus ke tiga
Gambar 14. Kurva arus data ke tiga
Tabel 7. Data daya energi ke tiga
Gambar 15. Kurva daya data ke tiga
Gambar 16. Kurva energi data ke tiga
Perbandingan  data  yang  dihasilkan  pada pengambilan data ke tiga juga menggambarkan hasil  yang  sama  dengan  pengambilan  data  hari ke  satu  dan  ke  dua.  Akantetapi  data  yang dihasilkan  pada  hari  ke  tiga  lebih  stabil.  Panel surya  dengan tracker menghasilkan  1829,9405 watt dan panel surya flat sebesar 1433,4955 watt. Selisih peningkatan konversi energi panel surya dengan tracker pada pengambilan data yang ke tiga sebagai berikut :
Selisih E total = E total panel tracker – E total panel flat = 1829,9405 – 1433,49555 = 396,44495 Watt = 0,396444 kW
Berdasarkan  selisih  energi  yang  diperoleh maka  dapat  ditentukan  persentase  peningkatan konversi  energi  antara  panel  surya  dengan tracker dan flat sebagai berikut :
% Peningkatan E  = (Selisih E / E total Flat) x 100
=  (396,44 / 1433,495) x 100
= 27,65 %

## 4.4. Pengambilan Data Tracker (Aktuator)
Torsi Motor DC = Torsi Gearbox * Torsi Aktuator = (1 : 24) * 3000 N = 125 N
Konversi N ke Kg adalah = 9,8 : 1 Maka = 125 N / 9,8 = 12,74 Kg Dari  data  panel  surya  diketahui  berat  panel surya  keseluruhan  adalah  19  Kg  dan  kemudian ditambah dengan bingkai besi penampang panel surya  seberat  6  Kg.  Pemasangan  pusat  putaran panel surya diposisikan ditengah dari lebar panel tersebut agar berat dari keseluruhan panel dapat terbagi sesuai kemiringannya. Sudut kemiringan panel  dalam  3  posisi  jika  diukur  dari  keadaan tegak adalah 55 0 , 90 0 , 125 0 . Pengambilan sudut ini sebelumnya telah dikaji berdasarkan referensi yang ada tentang sudut datang matahari dan jenis lokasi pengambilan data. Data konsumsi energi aktuator dapat di lihat pada Tabel 9, 10 dan 11 serta kurva Gambar 18, 19 dan 20.
Tabel  9.  Data  tegangan,  arus,  daya,  energi  dan total  energi tracker pada  gerakan  ke satu
Gambar  18.  Kurva  daya  motor  berdasarkan waktu pada gerakan ke satu
Tabel 10. Data tegangan, arus, daya, energi dan total  energi tracker pada  gerakan kedua
Gambar 19.  Kurva  daya  motor  berdasarkan
waktu pada gerakan kedua
Tabel 11. Data tegangan, arus, daya, energi dan total  energi tracker pada  gerakan  ke tiga
Gambar 20.  Kurva  daya  motor  berdasarkan waktu pada gerakan ke tiga
Energi  yang  digunakan  aktuator  dalam melakukan  gerakan  selama  1  hari  diharapkan sehemat  mungkin  agar  peningkatan  konversi energi yang diperoleh tidak hanya untuk tracker dan pengontrolnya. Total Energi yang digunakan untuk menggerakkan aktuator ini dapat dijelaskan berdasarkan persamaan berikut ini :
W = V * I * t
Dimana : W  = Daya
V  = Tegangan I  = Arus T  = Waktu
W total = ∑ W / 3600 (Wh)
 Gerakan 1 W total = ∑ W / 3600 (Wh) = 632,155 / 360 = 0,1755 Wh
 Gerakan 2
W total = ∑ W / 3600 (Wh) = 595,34 / 360
= 0,1653 Wh
 Gerakan 3 W total = ∑ W / 3600 (Wh) = 1019,09 / 360
= 0,283 Wh
Dari hasil yang didapat mengenai pemakaian energi  pada  aktuator,  dapat  dilihat  bahwa gerakan  yang  ke  tiga  lebih  banyak  memakai energi karena gerak ke tiga mulai dari sensor 3 ke  sensor  1  dan  melewati  sensor  2.  Secara otomatis  waktu  yang  dibutuhkan  dalam melakukan  gerakan  yang  ke  tiga  menjadi  dua kali  lipat.  Setelah  ketiga  gerakan  aktuator didapatkan hasil pemakaian energinya, selanjutnya  energi  tersebut  dijumlahkan  agar dihasilkan pemakaian energi oleh motor dalam 1 hari seperti pada persamaan berikut ini :
E total / hari  = E total Gerakan 1 + E total Gerakan 2 +  E total Gerakan 3 = 0,1755 + 0,1653 + 0,283
= 0,624 Watt / hari

## 4.5. Konsumsi Energi Arduino
Konsumsi  energi  akan  menjadi  hal  utama dalam kinerja pengontrolan. Penggunaan energi total untuk menggerakkan aktuator telah dibahas sebelumnya  dengan  hasil  0,624  watt  /  Hari. Secara tidak langsung penggunaan energi listrik untuk  pengontrolan  akan  dijumlahkan  dengan pemakaian  energi  listrik  aktuator.  Perhitungan energi  yang  digunakan  untuk  pengontrolan adalah sebagai berikut :
P  = V * I (Maximum Arus Arduino) = 5 * 0,15
= 0,75 Watt
E  = 0,75 watt  * 24 jam = 18 Wh
Dari  hasil  perhitungan  diatas  dapat  dilihat bahwa konsumsi energi listrik untuk pengontrolan tracker dalam satu hari lebih besar daripada konsumsi tracker tiga posisi. Konsumsi energi tersebut akan dijumlahkan agar diketahui energi yang akan digunakan selama 24 jam dan dikurangi  dengan  hasil  dari  peningkatan konversi  energi  yang  diperoleh  panel  surya dengan tracker . Dapat dilihat pada perhitungan berikut :
 Rata-rata  peningkatan  Konversi  Energi  Panel Surya
Rata-rata = (186,801 + 205,85 + 396,44495) / 3 = 263,032 Watt
 Total konversi energi yang tersisa
Konversi E Sisa = Rata-rata Konversi Energi – Total energi yang terpakai = 263,032 – (18 + 0,624)
= 263,032 – 18,624
= 244,408 Watt /Hari

## 5. KESIMPULAN
Penggunaan  aktuator  dalam  menggerakkan panel  surya  tiga  posisi  ternyata  sangat  irit  dan efisien.  Aktuator  hanya  menggunakan  energi yang  sangat  kecil  tapi  memiliki  kemampuan torsi yang cukup besar. Kemampuan aktuator ini dapat  dilihat  pada  bab  sebelumnya  dimana terdapat  kurva  peningkatan  arus  dan  kecepatan putaran motor pada aktuator. Setelah dilakukannya  pengambilan  data  peningkatan konversi  energi  yang  dihasilkan  selama  3  hari berturut-turut, maka didapat rata-rata peningkatan konversi energi panel surya dengan tracker sebesar  244,408  Watt  /  hari.  Smentara pemakaian  energi  untuk tracker hanya  sebesar 0,624  Watt  /  hari.  Hal  ini  dapat  terealisasi dikarenakan  penggunaan  konsep  3  posisi  yang hanya  memerlukan  pergerakan  motor  selama 100 detik.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Y. Hu and Y. Yao, “A methodology for calculating photovoltaic field output and effect of solar tracking strategy,” Energy Convers. Manag. , vol. 126, pp. 278–289,
2016.
[2] D.  L.  Pangestuningtyas,  Hermawan, “Analisis  Pengaruh  Sudut  Kemiringan Panel  Surya  Terhadap  Radiasi  Matahari
Yang  Diterima  Oleh  Panel  Surya  Tipe Array Tetap.” Undip. 2013
[3] Miswardi.  Pony  Sedianingsih  and. Neilci, “Rancang Bangun Motor Penggerak Aktuator.” Univ. Tanjungpura, 2014 [4] E. Yohana, “Uji Eksperimental Pengaruh Sudut Kemiringan Modul Surya 50 Watt Peak Dengan Posisi Megikuti Keywords :  Abstract :,”  vol.  11,  no. September, pp. 25–30, 2012. [5] S.  H.  Budi,  “Pengembangan  Solar Tracker  Single  Axis  Berbasis  Arduino Untuk Meningkatkan Perolehan,” no. 38.
ESDM, 2015
[6] N.  Nugroho  and  S.  Agustina,  “Analisa Motor  DC  (  Direct  Current  )  Sebagai Penggerak Mobil Listrik,” vol. 2, no. 1, pp. 28–34, 2015.
[7] L.  Barker,  M.  Neber,  and  H.  Lee, “ScienceDirect  Design  of  a  low-profile two-axis solar tracker,” Sol. Energy , vol.
97, pp. 569–576, 2013.
[8] I.  M.  P.  W.  Benny,  I.  Bgs,  A. Swamardika,  and  I.  W.  A.  Wijaya, “Rancang Bangun Sistem Tracking Panel Surya Berbasis Mikrokontroler Arduino,”  vol.  2,  no.  2,  pp.  115–120, 2015. [9] S.  Dengan,  R.  Pada,  T.  Posisi,  S. Rahyudhi,  I.  Abadi,  and  S.  T.  Mt, “Perancangan Sistem Penjejak Matahari Dua,” vol. 1, no. 1, pp. 1–6, 2012.
[10] Sadoun  Satellite  Sales,  Digital  Satellite
System, “PowerTech REGULAR
LINEAR ACTUATOR Arm Dish Mover
(TD)” 2013
http://www.sadoun.com/Sat/Products/S/
HARL-3618-TD-18-Moteck- Actuator.htm
[11] F. Sallaberry, R. Pujol-nadal, M. Larcher, and  M.  H.  Rittmann-frank,  “Direct tracking  error  characterization  on  a single-axis solar  tracker,” Energy Convers.  Manag. ,  vol.  105,  pp.  1281– 1290, 2015.
Syafii, menamatkan  S1  di  Jurusan  Teknik Elektro Universitas Sumatra Utara (USU) tahun 1997.  Pendidikan  S2  bidang  Energi  Elektrik diselesaikan  di  Institute  Teknologi  Bandung (ITB)  tahun  2002.  Pendidikan  S3  di  Electrical power system Eng, UTM tahun 2011.