## Pembuatan Penggerak Panel Surya untuk Mengikuti Gerak Matahari dengan Menggunakan Logiza Fuzzy
Krisna Resi
Program Studi Teknik Fisika – Institut Teknologi Bandung Institut Teknologi Bandung Jalan Ganesha No. 10 Bandung

## Abstrak
Pelacak  surya sebagai  suatu  gabungan  instrumen  mekanik-elektrik  di  bidang  energi  semakin  dilirik dan  diminati.  Perannya  adalah  meningkatkan  efisiensi  jumlah  photon  yang  mengenai  permukaan panel surya dari pancaran sinar matahari. Teknologi ini terus dikreasikan dengan berbagai kombinasi instrumen yang digunakan dan teknik baru untuk mengikuti gerak matahari yang terprogram dalam kontroler. Perkembangan teknologi ini ditujukan untuk mendapatkan hasil konversi photon -listrik yang lebih  optimal.  Pada  penelitian  ini,  digunakan  5  instrumen  dasar,  yaitu:  panel  surya,  LDR  (Light Dependent  Resistor),  mikrokontroller  Arduino,  VSD  (Variable  Speed  Driver)  dan  motor  AC.  Kelima instrumen  dasar  tersebut  dirangkai  dan  diprogram  sehingga  melahirkan  suatu  perangkat  pelacak surya yang dapat bekerja di lapangan. Pengontrol pada  percobaan ini mengimplementasikan logika fuzzy.  Logika  fuzzy  merupakan  logika  yang  dapat  mengatasi  keadaan  ambiguitas.  Dengan mengimplementasikan logika tersebut, diharapkan daya listrik yang diperoleh dapat lebih optimal. Pada  penelitian ini juga akan dibandingkan efisien sistem pelacak surya menggunakan logika fuzzy dengan  sistem  konvensional  panel surya  posisi fix.  Acuan  yang  akan  digunakan  adalah  daya  listrik yang terkonversi dari sumber cahaya terkontrol dalam laboratorium.
Keywords: LDR, mikrokontroller, VSD, motor AC, panel surya, pelacak surya, photovoltaik, logika fuzzy.

## Abstract
Solar  tracker  that  consists  of  mechanical  and  electrical  instrument  in  the  energy  field  is  an interesting topic. Solar tracker plays role to make an efficient solar cell by increasing number o f protons  at  its  surface.  Technology  of  solar  tracker  is still  developing  in  order  to  get  an  optimal conversion  of  photon-electric  by  combining  instruments  and  searching new  technology  to  track solar movement using control program. In this project, five basic instrument was employed : solar cell,  LDR  (Light  Dependent  Resistor),  Arduino  Microcontroller,  VSD  (Variable  Speed  Driver)  and motor  AC.  Fuzzy  logic  was used  in  microcontroller  to  solve  ambigous  condition. Optimize  power consumption is expected by adding solar tracker into the solar cell system.
Keyword: LDR, microcontroller, VSD, motor AC, solar cell, solar tracker, photovoltaic, fuzzy logic

## 1 Pendahuluan
Sumber energi yang tidak terbarukan, seperti minyak bumi dan batu bara, jika dikonsumsi terus  menerus  akan  semakin  tipis  dan  kemudian  habis  tak  bersisa.  Oleh  karena  itu, diperlukan  sumber  energi  alternatif  yang  dapat  dipergunakan  dalam  jangka  waktu  yang lebih panjang.  Salah satu  sumber energi alternatif yang dapat dimanfaatkan adalah energi matahari.  Dengan  melakukan  pelacakan  pada  sinar  matahari,  modul  pemanen  energi matahari  dapat  bergerak  mengikuti  pergerakan  matahari.  Dengan  demikian  diharapkan energi listrik yang dihasilkan meningkat jumlahnya. Langkah penelitian ini terdiri dari :
1. studi literatur mengenai perangkat lunak (Arduino,  Proteus ISIS dan ARES), teori logika fuzzy dan komponen-komponen yang akan digunakan (LDR, motor AC, panel surya dan VSD).
2. perancangan skematik dan pemrograman.
3. perakitan dan pengujian di labroatorium.

## 2 Teori dasar

## 2.1 Instrument yang Digunakan
Instrument yang digunakan pada penelitian ini adalah
1. Panel Surya (Panel Photovoltaik)
Panel  surya  adalah  suatu  panel  yang  terdiri  dari  kumpulan  sel  surya  berfungsi merubah  energi  cahaya  menjadi  energi  listrik  dengan  memanfaatkan  efek photovoltaik.
2. LDR (Light Dependent Resistor)
LDR  memiliki  resistansi  yang  berkurang  seiring  dengan  meningkatnya  intensitas cahaya yang mengenai permukaannya. Digunakan sebagai sensor cahaya.
3. Mikrokontroler
Mikrokontroler  adalah  suatu  perangkat  kendali  yang  dapat  menerima  masukan berupa  input  analog,  mengubahnya  menjadi  sinyal  digital,  kemudian memprosesnya  dalam  modul  mikroprosesor  yang  telah  terprogram,  dan memberikan keluaran berupa output digital.
4. Motor Induksi
Motor  induksi  adalah  motor  AC  yang  mana  kekuatan  pada  rotor  diperoleh  dari induksi  elektromagnetik.  Berdasarkan  fasa,  motor  AC  induksi  terbagi  menjadi  2 jenis, yaitu motor AC induksi tiga fasa dan satu fasa.
5. VSD (Variable Speed Driver)
Variable  speed  driver  mengubah  frekuensi  tegangan  masukan  dari  jala-jala  PLN menjadi  frekuensi  yang  kita  inginkan.  Terdiri  dari  rangkaian  penyearah  dan pembalik.
6. Relay
Relay  berfungsi  sebagai  switcher  yang  digerakan  dengan  menggunakan  induksi elektromagnetik pada bagian coil.

## 2.2 Logika Fuzzy
Logika Fuzzy adalah logika ambiguitas, dimana nilai benar dan salah berada diantara angka 1  dan  0  sesuai  dengan  bobot  keanggotaannya.  Logika  fuzzy  digunakan  untuk menterjemahkan  suatu  besaran  yang  diekspresikan  dengan  menggunakan  bahasa (linguistik).  Pada penelitian ini, logika fuzzy dimanfaatkan untuk mengatur kecepatan motor induksi secara dinamis.
3 Perancangan Pelacak Surya

## 3.1 Skema Fungsional
Blok  diagram  sistem  pelacak  surya  yang  dibuat  pada  penelitian  ini,  ditunjukkan  pada Gambar 1.
Gambar 1 Blok diagram sistem pelacak surya Alat  pelacak  surya  yang  dirancang  pada  penelitian  ini  pada  prinsipnya  memanfaatkan selisih  resistansi  antar  pasangan  LDR  di  masing-masing  permukaan  plat  yang  dipasang tegak  lurus  dengan  panel  surya.  Posisi  pemasangan  LDR  pada  panel  surya  ini  ditunjukan pada Gambar 2.
Gambar 2 Rancangan penggerak panel surya
Secara  teori,  cahaya  akan  berada  tegak  lurus  dengan  panel  surya  jika  resistansi  pada sepasang  LDR  sama.  Namun  karena  LDR  tidak  dapat  menghasilkan  tegangan  dan mikrokontroler  hanya  menerima  masukan  tegangan,  LDR  dirangkai  menggunakan rangkaian pembagi tegangan dengan rumus:
(1)
Dalam  kondisi  setimbang,  selisih  tegangan  pada  kedua  LDR  akan  bernilai  konstan  0V. Namun  pada  kondisi  nyata,  sering  terjadi  fluktuasi  tergangan,  sehingga  tidak  mungkin mendapat  nilai  0  konstan.  Kondisi  ini  kemudian  diatasi  dengan  memberikan  rentang
toleransi  pada  nilai  pembacaan  selisih  tegangan.  Hasil  perhitungan  selisih  tegangan kemudian di olah menjadi frekuensi dengan menggunakan aturan logika fuzzy.

## 3.2 Perancangan Program
Perubahan dinamis pada kecepatan motor mengikuti salah satu metode logika Fuzzy, yaitu Metode Intuition [2].  Grafik membership  function  input ditunjukan  pada  gambar  3  dan grafik membership function output ditunjukan pada Gambar 4.
Gambar 3 Membership function selisih pembacaan nilai LDR (input)
Gambar 4 Membership function frekuensi motor AC induksi (output) Rule yang diimplementasikan adalah sebagai berikut:
1. If (input is JN) then (output is Cepat)
2. If (input is MN) then (output is Menengah)
3. If (input is DN) then (output is Lambat)
4. If (input is TPT) then (output is STOP)
5. If (input is DP) then (output is Lambat)
6. If (input is M P) then (output is Menengah)
7. If (input is JP) then (output is Cepat)

## 4 Hasil dan Analisis
Pada  bagian  ini,  akan  dicoba  untuk  membatasi  masalah  pada  3  aspek  utama  yaitu kecepatan  motor,  nilai  efisiensi  pada  pelacak  surya  dibanding  dengan  panel  surya  pada posisi fix dan respon selisih tegangan keluaran  LDR pada pengujian open loop dan closed loop .

## 4.1 Analisis Kecepatan Motor
Pada  penelitian  ini,  modul  motor  akan  dibiarkan  berputar  90 o kemudian  dihitung  waktu tempuhnya.  Dari  waktu  tempuh  tersebut  didapat  kecepatan  sudut  motor.  Pengujian  ini dilakukan  pada  tiap  frekuensi  uji,  dengan  pembebanan  panel  surya  dan  dengan  tidak menggunakan pembebanan.
Tabel 1 Nilai kecepatan sudut dan ketidakpastian gabungannya pada setiap frekuensi
Parameter 40Hz 45Hz 50Hz TB B TB B TB B Kecepatan sudut (derajat per detik) 2,72 2,54 2,97 2,81 3,34 2,96 Ketidakpastian gabungan 0,02 0,02 0,01 0,11 0,04 0,05
Waktu tempuh modul motor jika diberi beban lebih lama dibanding tanpa diberi beban. Ini dikarenakan  bertambahnya  beban  akan  memperbesar  kopel  motor  sehingga  slip  antara medan  putar  stator  dan  putaran  rotor  pun  akan  bertambah  besar  dan  mengkibatkan putaran rotor cenderung menurun [3].

## 4.2 Analisis Efisiensi Daya
Untuk  menghitung  efisiensi  daya  pelacak  surya,  pada  penelitian  ini  dilakukan  dengan  2 buah langkah percobaan. Pertama, panel surya dibiarkan tegak lurus dengan garis  normal lantai  digambarkan  pada  Gambar  5.  Kedua,  sumber  cahaya  tersebut  dilacak  sehingga cahaya  jatuh  tegak  lurus  pada  bidang  normal  panel  surya  digambarkan  pada  Gambar  6. Untuk  menghitung  daya,  diukur  nilai  tegangan  dan  arus  yang  dihasilkan  oleh  panel  surya pada 2 langkah tersebut.
Gambar 6 Pengukuran efisiensi langkah 2 Tabel 2 Hasil pengukuran efisiensi daya Parameter X 1.5 meter 2 meter 2.5 meter Langkah 1 Tegangan (V) 7,60 5,90 3,78 Arus (mA) 3,24 1,19 0,70 Daya (mW) 24,62 7,02 2,65 Intensitas (lux) 98,00 53,00 31,00 Sudut (derajat) 30,11 23,51 19,19 Langkah 2 Tegangan (V) 10,69 9,67 8,84 Arus (mA) 7,25 4,90 3,48 Daya (mW) 77,50 47,38 30,76 Intensitas (lux) 254,00 169,00 118,00 Sudut (derajat) 68,23% 85,18% 91%
Ketika dilakukan pelacakan pada sumber cahaya, dapat dilihat pula peningkatan nilai daya yang signifikan dibandingkan  dengan panel surya dalam posisi tetap (menghadap keatas). Ini  menunjukan  bahwa  nilai  daya  yang  terkonversi  dipengaruhi  oleh cosinus titik  jatuh cahaya terhadap garis normal panel surya.

## 4.3 Karakteristik Dinamik
Pada  penelitian  ini,  diinginkan  karakteristik  respon  sistem  solar  traker  pada  setiap  delta sudut  dari  sudut  referensi  (set  point).  Gambar  7  menunjukan  skema  panel  surya,  sumber cahaya,  LDR  dan  karpet  sudut  untuk  mengukur  delta  sudut  dan  set  point.  Karena  LDR diletakan disisi panel surya sejauh 3 cm dari sudut panel, maka posisi set point panel akan membentuk sudut 23 o terhadap sumbu 0 o sesuai dengan Gambar 8.
Gambar 7 Perancangan pengujian panel surya
Gambar 8 Posisi set point pertama Untuk karakteristik dinamik dilakukan 2 pengujian, yaitu open loop dan closed loop .

## 5.1.1 Pengujian Open Loop
Pengujian open  loop adalah  pengujian  tanpa  mengontrol  parameter  sistem  dan  sistem dibiarkan  berjalan  begitu  saja  hin gga  mencapai  nilai  set  point.  Pada  pengujian open  loop , frekuensi  keluaran  VSD  ke  motor  AC  dibuat  konstan  dengan  nilai  45  Hz.  Hasil  pengujian dintunjukkan pada Gambar 9 dan Gambar 10.
Gambar 9 Respon open loop berlawanan putaran jarum jam
Gambar 10 Respon open loop searah putaran jarum jam
Pada  Gambar  10  respon  gerak  searah  putaran  jarum  jam,  kembali  tidak  terjadi  anomali pada  waktu  tempuh,  namun  respon  dE  pada  180  dan  220  derajat  bergoyang  dengan ekstrim.  Menurut  pengamatan,  modul  motor  AC  induksi  yang  searah  putaran  jarum  jam mengalami lonjakan pada start .

## 5.1.2 Pengujian Closed Loop
Pengujian closed  loop adalah  pengujian  dengan  mengontrol  parameter  sistem  secara dinamis  hingga  sistem  tersebut  mencapai  nilai  set  point.  Pada  penelitian  ini,  param ater yang  di  kontrol  adalah  kecepatan  motor  AC  induksi  yang  di  kontrol  melalui  VSD  dengan mengikuti  aturan  logika  fuzzy  yang  telah  dirancang.  Hasil  pengujian  ditunjukkan  pada Gambar 11 dan Gambar 12.
Gambar 11 Respon closed loop berlawanan putaran jarum jam
Gambar 12 Respon closed loop searah putaran jarum  jam
Terlihat pada Gambar 12 terjadi anomali waktu. Anomali waktu disebabkan oleh perubahan nilai frekuensi keluaran VSD dan stabilitas motor.  Pada  gambar 11 berlawan  arah  putaran jarum  jam,  nilai  selisih  tegangan  mulai  tidak  bergoyang  pada  nilai  150  ke  atas.  Ini dikarenakan pada masukan 42 Hz motor tidak bergetar dengan keras.

## 5 Kesimpulan
Sistem  yang  telah  dirancang  berhasil  melacak  sumber  cahaya  berupa  lampu  halogen, namun  belum  dilakukan  pelacakan  dengan  sumber  cahaya  matahari.  Namun  demikian, perubahan  nilai  frekuensi  keluaran  sistem  VSD  yang  telah  dirancang  berhasil  mengikuti logika Fuzzy. Pada sistem ini  secara  garis besar, respon closed loop dengan menggunakan logika Fuzzy lebih cepat dibanding open loop walaupun memiliki nilai pembacaan yang lebih bergoyang.  Perhitungan  efisiensi  energi  dari  sumber  cahaya  di  laboratorium  pada  panel surya  setelah  dilakukan  pelacakan  meningkat  signifikaan  berkisar  di  nilai  68,23%  hingga 91% untuk  sudut pelacakan 30,11 derajat hingga 19,19 derajat. Hasil ini belum melibatkan perhitungan konsumsi daya motor.

## 6 Referensi
[1] Fraden,  J.  2004. Handbook  of  Moderen  Sensores  Third  Edition  Physics,  Design,  and Application
[2] Ross, T.J. 1997. Fuzzy Logic With Engineering Applications . International Editions
[3] Zuhal. 1988. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya . Jakarta: PT Gramedia