Optimalisasi daya output dual axis solar tracker dengan metode umbrella system Yuli Prasetyo, Budi Triyono, Agus Choirul Arifin

## OPTIMALISASI DAYA OUTPUT DUAL AXIS SOLAR TRACKER DENGAN METODE UMBRELLA SYSTEM

## OPTIMIZATION OF OUTPUT POWER DUAL AXIS SOLAR TRACKER WITH UMBRELLA SYSTEM
Yuli Prasetyo 1* , Budi Triyono 2 , Agus Choirul Arifin 3
1, 2, 3 Politeknik Negeri Madiun, Jl. Serayu No 84, Madiun, Jawa Timur, Indonesia.
* E-mail: yuliprasetyo2224@pnm.ac.id
Diterima: 17/08/2019; Disetujui: 31/08/2019

## ABSTRAK
Energi matahari dapat dirubah menjadi energi listrik menggunakan panel surya. Panel  surya  yang  digunakan  kebanyakan  masih  bersifat  satis.  Hal  ini mengakibatkan  penyerapan  energi  matahari  tidak  bisa  secara  maksimal. Sehingga  energi  listrik  yang  dihasilkan  dari  panel  surya  juga  tidak  maksimal. Agar  penyerapan  energi  matahari  dapat  diserap  oleh  panel  surya  dengan maksimal,  maka  panel  surya  harus  mempunyai  sistem  yang  selalu  mengikuti arah  sinar  matahari.  Penelitian  tentang  solar  tracking  ini  menggunakan  dua motor  aktuator  untuk  penggerak  dan  berfungsi  untuk  mengikuti  arah  sinar matahari.  Metode  yang  diterapkan  untuk  sistem  tracking  ini  adalah  umbrella method. Metode ini menerapkan perilaku orang yang memegang payung untuk melindungi  sinar  matahari.  Penelitian  ini  menggunakan  sensor  LDR  dan mikrokontroller untuk dapat menggerakan panel surya. Hasil yang didapat dari pengujian  adalah  daya  output  pada  panel  surya  lebih  besar  saat  tracking daripada saat statis.
Kata Kunci: Energi terbarukan, Energi matahari, Panel surya, Solar tracker
Optimalisasi daya output dual axis solar tracker dengan metode umbrella system Yuli Prasetyo, Budi Triyono, Agus Choirul Arifin

## ABSTRACT
Solar  energy  can  be  converted  into  electrical  energy  using  solar  panels.  The  solar panels used are mostly static. This resulted in the absorption of solar energy can not be maximized.  So  that  the  electrical  energy  generated  from  solar  panels  is  also  not optimal. So that the absorption of solar energy can be absorbed by solar panels to the maximum,  the  solar  panels  must  have  a  system  that  always  follows  the  direction  of sunlight. This research on solar tracking uses two actuator motors for propulsion and functions to follow the direction of sunlight. The method applied for this tracking system is  the  umbrella  method.  This  method  applies  the  behavior  of  people  who  hold  an umbrella to protect the sun's rays. This study uses an LDR sensor and a microcontroller to  be  able  to  move  the  solar  panel.  The  results  obtained  from  solar  panel  testing  are greater output power when tracking than when static.
Keywords: Renewable Energy, Solar Energy, Solar Panel, Solar Tracker.
Optimalisasi daya output dual axis solar tracker dengan metode umbrella system Yuli Prasetyo, Budi Triyono, Agus Choirul Arifin

## PENDAHULUAN
Energi  listrik  merupakan  energi  yang  kita gunakan untuk kepentingan sehari-hari, terutama  untuk  alat-alat  elektronik.  Energi listrik  berbahan  baku  batu  bara  sekarang  ini sudah  semakin  menipis,  untuk  itu  kita  harus menggunakan  energi  listrik  tersebut  secara hemat  dan  efisien  (Husain,  2017).  Salah  satu energi yang dapat dimanfaatkan menjadi energi listrik  adalah  energi  matahari.  Salah  satu  alat yang  memanfaatkan  energi  matahari  adalah panel  surya  atau  solar  cell  (Mohit,  2017). Namun  pemasangan  panel  surya  masih  bersifat statis  dan  tidak  memperhitungkan  titik  optimal pancaran sinar matahari (Amevi, 2015). Hal ini menyebabkan  intensitas  cahaya  matahari  yang diterima  kurang  optimal.  Energi  listrik  yang dihasilkan  dari  solar  tracker  akan  maksimal apabila solar  cell selalu  tegak  lurus  terhadap arah  datangnya  sinar  matahari  (Salam,  2015). Dengan  kata  lain, solar  cell harus  mengikuti arah  pergerakan  cahaya  matahari  yang  sering disebut dengan solar tracker system .
Solar  tracker  system pada  umumnya masih  menggunakan  satu  axis,  yaitu  untuk pergerakan  arah  timur  ke  barat,  dengan mengabaikan pergerakan arah utara dan selatan. Posisi  matahari  terkadang  berada  di  sebelah utara  dan  terkadang  di  selatan.  Sehingga solar tracker system satu axis  saja tidak cukup.  Oleh karena  itu  diperlukan  suatu  sistem  yang  dapat mengendalikan  panel  surya  secara  otomatis
agar  tetap  tegak  lurus  terhadap  arah  datangnya sinar matahari.

## METODE PENELITIAN
1. Panel Surya
Panel surya adalah alat untuk mengkonversi  tenaga  matahari  menjadi  energi listrik.  Photovoltaic  adalah  teknologi  yang berfungsi  untuk  mengubah  atau  mengkonversi radiasi  matahari  menjadi  energi  listrik  secara langsung.  Dalam  sebuah  modul  surya  terdiri dari  banyak  sel  surya  yang  bisa  disusun  secara seri maupun paralel (Zuhal,  2018). Contoh  alat panel surya sesuai dengan gambar 1.
Gambar 1. Panel Surya.

## 2. Sensor LDR
Sensor  LDR  (Light  Dependent  Resistor) merupakan salah satu jenis resistor  yang  dapat mengalami  perubahan  resistansinya  apabila mengalami  perubahan  penerimaan  cahaya (Rizal,  2012).  LDR  terbuat  dari  cadmium sulfida  yaitu  merupakan  bahan  semikonduktor
Optimalisasi daya output dual axis solar tracker dengan metode umbrella system Yuli Prasetyo, Budi Triyono, Agus Choirul Arifin
yang  resistansinya  berubah-ubah  menurut banyaknya  cahaya  (sinar)  yang  mengenainya. LDR  bisa  digunakan  sebagai  detektor  cahaya atau  pengukur  besaran  konversi  cahaya  (Jerin, 2017).  Bila  cahayanya  gelap  nilai  tahanannya semakin  besar,  sedangkan  cahayanya  terang maka nilai tahanannya semakin kecil. Resistansi LDR  berubah  seiring  dengan  perubahan intensitas  cahaya  yang  mengenainya.  Sensor LDR sesuai dengan gambar 2.
Gambar 2. Flowchart Sistem

## 3. Blok Diagram
Cara  Kerja  dari  blok  diagram  penelitian ini adalah mikrokontroller sebagai kontrol pusat sebagai  perintah input dan output.  Sensor LDR (Light  Dependent  Resistor)  sebagai  pendeteksi cahaya  yang  masukan  ke  mikrokontroller  dan linear  actuator  digunakan  untuk  penggerak panel  solar.  Modul  relay  digunakan  untuk menentukan  arah  gerak  linear  actuator.  Skema blok diagram penelitian terlihat pada gambar 3.

## 4. Flowchart
Flowchart solar  tracker  system  dual  axis berbasis  mikrokontroller  arduino  mega  2560 seperti pada gambar 4.
Gambar 4. Flowchart Sistem

## 5. Umbrella System
Prinsip  kerja  dari  sistem  dual  axis solar  tracker  ini  adalah  pergerakan  panel surya  yang  mengikuti  pergerakan  sinar matahari.  Pergerakan  panel  surya  atau tracking  ini  menggunakan  metode umbrella system . Umbrella  system adalah  metode berdasarkan  perilaku  orang  yang  memegang payung  untuk  menghindari  sinar  matahari. Payung  pada  metode umbrella system diibaratkan panel surya. Pembuatan perangkat  ini  menyesuaikan  sudut  panel surya  untuk  mengetahui  tegangan  output maksimum panel surya.

## 6. Perancangan Alat
Perancangan  alat  dilakukan  untuk merancang/membuat  sistem  alat  yang  dibuat
Optimalisasi daya output dual axis solar tracker dengan metode umbrella system Yuli Prasetyo, Budi Triyono, Agus Choirul Arifin
dalam  penelitian  ini.  Kerangka  alat  dari penelitian ini dapat dilihat pada gambar 5.
Gambar 5. Perancangan Kerangka Alat

## HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 1) Pengujian Sensor LDR
Sensor LDR berfungsi sebagai pembaca tegangan yang dihasilkan oleh sinar matahari  yang  diolah  oleh  mikrokontroler untuk menggerakkan linier actuator. Pengujian rangkaian sensor LDR menggunakan dua buah sensor LDR. Gambar 6  adalah  gambar  pengujian  sensor  LDR  dan tabel  pembacaan  tegangan  sensor  LDR terdapat pada tabel 1.
Gambar 6. Pengujian Sensor LDR
Tabel 1. Hasil Pengujian Sensor LDR
No. Pukul Sensor LDR 1 (V) Sensor LDR 2 (V) 1. 07.00 4,24 4,21 2. 08.00 4,38 4,32 3. 09.00 4,46 4,44 4. 10.00 4,47 4,45 5. 11.00 4,67 4,54 6. 12.00 4,66 4,55 7. 13.00 4,60 4,52 8. 14.00 4,59 4,52 9. 15.00 4,36 4,14 10. 16.00 4,20 4,10 Pada tabel 1 menunjukkan hasil pengujian tegangan sensor LDR 1 dan 2 pada pukul  07.00  –  16.00  WIB.  Data  tegangan sensor LDR untuk menentukan batas minumun  dalam  set  point  dalam  program arduino.  Batas  minimum  tersebut  adalah sebesar > 4.00 Vdc, karena dari data tersebut rata-rata  pembacaan  sensor  LDR  lebih  dari 4Vdc.  Hasil  dari  sensor  LDR  ini  diolah  oleh mikrokontroller  untuk  digunakan  dalam proses tracking  panel  surya .  Mikrokontroller ini yang  mengatur  posisi  dari linear  actuator untuk menggerakan panel surya.

## 2) Pengujian Panel Surya
Pengujian panel surya dilakukan dengan dua  cara.  Cara  kesatu  adalah  panel  surya dibuat  statis  atau  diam.  Kemudian  diukur tegangan  yang  dihasilkan  dari  panel  surya tersebut.  Pengujian  panel  surya  dibuat  statis seperti  pada  gambar  7.  Cara  kedua  adalah pengujian  panel  surya  secara tracking .  Panel surya  disini  dibuat  mengikuti  arah  sinar
Optimalisasi daya output dual axis solar tracker dengan metode umbrella system Yuli Prasetyo, Budi Triyono, Agus Choirul Arifin
matahari.  Pengujian  panel  surya  secara tracking seperti pada gambar 8.
Gambar 7. Pengujian Panel Surya Statis
Gambar 8. Pengujian Panel Surya Tracking
Tabel 2. Data Tegangan Hasil Pengujian Panel Surya
No. Pukul Tegangan Statis (V) Tracking (V) 1. 09.00 20,50 20,70 2. 10.00 20,20 20,81 3. 11.00 20,69 21,00 4. 12.00 20,50 20,82 5. 13.00 20,40 20,81 6. 14.00 20,39 20,78 7. 15.00 20,50 20,81 8. 16.00 19,60 20,11
Tabel  2  memperlihatkan  data  tegangan panel  surya  pada  kondisi  statis  dan  tracking.
Kondisi tracking adalah  kondisi  dimana  panel surya  mengikuti  arah  sinar  matahari.  Kondisi tracking  ini  dilakukan  dengan  dua  arah  atau Dual Axis yaitu arah utara – selatan panel surya dan  timur  –  barat  panel  surya.  Ada  dua  buah linear actuator yang digunakan untuk menggerakkan  panel  surya.  Satu  untuk  arah utara – selatan dan satu lagi untuk timur – barat. Jika  panel  surya  terkena  banyak  cahaya  seperti pada  saat  siang  hari  maka  tegangan  yang dihasilkan semakin tinggi.
Perbandingan  pengujian  panel  surya pada  kondisi  statis  dan  tracking  dapat  dilihat pada  gambar  9.  Gambar  9  menjelaskan bahwa  tegangan  yang  dihasilkan  panel  surya pada  kondisi  tracking  lebih  besar  daripada panel surya kondisi statis.
Gambar 9. Pengujian Panel Surya Statis (biru) dan tracking (merah)
Tabel 3. Data Arus Hasil Pengujian Panel Surya
No. Pukul Arus Statis (A) Tracking (A) 1. 09.00 0,18 0,21 2. 10.00 0,18 0,21 3. 11.00 0,19 0,22 4. 12.00 0,20 0,23 5. 13.00 0,21 0,23 6. 14.00 0,20 0,24 7. 15.00 0,20 0,21 8. 16.00 0,19 0,20
Optimalisasi daya output dual axis solar tracker dengan metode umbrella system Yuli Prasetyo, Budi Triyono, Agus Choirul Arifin
Tabel  3  memperlihatkan  data  arus panel  surya  pada  kondisi  statis  dan  tracking.
Arus  yang  dihasilkan  panel  surya  saat tracking lebih besar daripada saat statis.
Gambar 10. Daya Output Panel Surya statis (hijau) dan tracking (biru)
Gambar  10  menjelaskan  perbedaan daya  output  panel  surya  saat  kondisi  statis
dan  tracking.  Daya  output  panel  surya  pada saat tracking lebih besar daripada saat statis.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  ini  dapat disimpulkan  bahwa  metode umbrella  system dapat  diterapkan  pada tracking panel  surya. Tegangan yang dihasilkan saat posisi tracking lebih  besar  daripada  saat  posisi statis  atau  diam.  Arus  yang  dihasilkan  panel surya  saat  statis  lebih  rendah  daripada  saat tracking.  Hal  ini  membuktikan  bahwa  sistem tracking  dapat  menghasilkan  daya  output yang  maksimal  karena  panel  surya  dapat mengikuti arah sinar matahari.
Optimalisasi daya output dual axis solar tracker dengan metode umbrella system Yuli Prasetyo, Budi Triyono, Agus Choirul Arifin

## DAFTAR PUSTAKA
Hussain,  S.  A.,  Abulrahman,  I.  S.,  &  Marwa,  W.  A.,  (2017).  Microcontroller  Based  Dual  Axis  Sun Tracking  System for Maximum  Solar  Energy  Generation,  American  Journal  of Energy  Research, Vol. 5, No. 1. Pp. 23-27.
Mohit & Subhash, S. (2017). Modeling and Designing of Solar Tracking System using Arduino, IJSRST, Vol. 3, Issue 8, pp. 264-267.
Amevi,  A.,  Nana,  Y.  A.,  &  Daniel,  B.  S.  (2015).  Low  cost  two-axis  automatic  solar  tracking  system. Communications on Applied Electronics, Vol. 2, No. 8, ISSN : 2394-4714.
Salam, A., Falah, I. M. A. & Farouk, F. A. (2015). Performance test of two-axis solar tracker system with distinct tracking strategies. American Association for Science and Technology Journal of Energy, Vol. 2, No. 5, pp. 57-60.
Zuhal,  Er  &  Elif,  Balci  (2018).  Dual  Axis  solar  tracking  system  without  any  sensor.  Journal  of  Energy Systems, Vol. 2, No. 3, pp. 130-139.
Rizal,  Yusie,  Wibowo,  Sunu  Hasta  &  Feriyadi  (2012).  Application  of  solar  position  algorithm  for  sun- tracking system. ICSEEA Energy Procedia 32. pp. 160-165.
Jerin,  K.  T.  &  Andrew  K.  N.  (2017).  Design  and  Development  of  an  Automatic  Solar  Tracker.  Energy Procedia 143, pp. 629-634.