p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934
Perancangan dan Implementasi Tracking Solar Cell System dengan Menggunakan Overload Protection
Agung Wijaya 1 , Bengawan Alfaresi 2* , Feby Ardianto 3
1,2,3 Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Palembang Palembang 30263, Indonesia
* Koresponden email : begawan_alfarezi@um-palembang.ac.id Diterima: 12 Oktober 2021 Disetujui: 1 November 2021

## Abstract
Solar cell tracking system is a  system  that uses the  latest technology with combining solar tracking, the intensity of sunlight absorbed by solar cells can be optimized automatically. The purpose of this study is to make the Arduino-based solar monitoring system and load protection tool. The device is also equipped with an  LDR  sensor  that  detects  the  presence  of  sunlight,  sends  data  from  the  LDR  to  Arduino  and  delivers signals to linear actuators. When the charge supplied by the battery exceeds the capacity of the battery, the INA219 sensor detects overload and a  signal sent to Arduino asking for a relay to release the load. The results showed that tracking solar cell systems were successful in improving the efficiency of solar cells with  an  average  power  yield  of  0.87  ampere  of  12.62  watts  from  before  without  tracking  the  average obtained 0.62 ampere 8.83 atts. The performance of the protection system indicates that the load is cut off when the charging current exceeds the specified limit of 2.6 ampere.

## Keywords: Battery, LDR, Modul INA219, tracking solar cell

## Abstrak
Sistem pelacakan sel surya merupakan sistem yang menggunakan teknologi terkini dengan menggabungkan pelacakan surya, intensitas sinar matahari yang diserap oleh sel surya dapat dioptimalkan secara automatic . Tujuan penelitian ini untuk membuat sistem pemantau surya berbasis Arduino dan alat proteksi beban lebih. Perangkat  ini  juga  dilengkapi  dengan  sensor  LDR  yang  mendeteksi  keberadaan  sinar  matahari, mengirimkan data  dari  LDR ke  Arduino  dan  memberikan  sinyal  ke  aktuator  linier.  Ketika  muatan  yang dipasok  oleh  baterai  melebihi  kapasitas  baterai,  sensor  INA219  mendeteksi  kelebihan  beban  dan  sinyal dikirim ke Arduino meminta relai untuk melepaskan beban. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pelacakan sistem sel surya berhasil dalam meningkatkan efisiensi sel surya dengan hasil daya rata-rata yang di peroleh 0,87 Ampere 12,62 Watt dari sebelumnya tanpa tracking rata-rata yang diperoleh 0,62 Ampere 8,83 Watt. Kinerja  sistem  proteksi  menunjukkan  bahwa  beban  terputus  ketika  arus  pengisian  melebihi  batas  yang ditentukan yaitu 2,6 Ampere.
Kata Kunci: Baterai,  LDR, modul INA219, pelacakan sel surya

## 1. Pendahuluan
Listrik  merupakan  salah  satu  kebutuhan  yang  sangat  penting  [1].  Kebutuhan  energi  saat  ini merupakan  produk  esensial  untuk  mendukung  aktivitas  manusia,  karena  hampir  semua  kegiatan menggunakan  listrik  [2].  Oleh  karena  itu,  pentingnya  menyediakan  sumber  daya  alternatif  untuk mendapatkan  daya  [3].  Salah  satu  cara  dalam  penyediaan  sumber  daya  alternatif  adalah  dengan pemanfaatan sinar matahari sebagai sumber energi [4].
Matahari  merupakan  salah  satu  dari  beberapa  sumber  energi  yang  tidak  terbatas,  dan  matahari merupakan salah satu jenis sumber energi terbarukan [5]. Di Indonesia, penggunaan sinar matahari menjadi sumber energi cenderung masih kurang dimanfaatkan secara optimal. Bila ditinjau, Indonesia terletak pada garis khatulistiwa dimana potensi dan pemanfaatan sinar matahari sebagai sumber energi sangat tinggi [6]. Menurut  ref.  [7],  energi  matahari  dapat  dikonversi  dan  manfaatkan  menjadi  energi  listrik,  misalnya penggunaan panel surya.
Panel surya  merupakan  alat yang digunakan untuk mengubah cahaya matahari menjadi tenaga listrik [8].  Solar  sel  dipasang  secara  permanen  dengan  sudut  elevasi  tetap  atau  biasa  disebut  sel  surya  statis [9].Namun demikian,  teknik  instalasi  panel  surya  seperti  ini  memiliki  kekurangan  yaitu  ketika  matahari menjauh  dari  panel  surya  maka  energi  yang  dihasilkan  oleh  panel  juga  akan  berkurang  [10].  Sel  surya menghasilkan  daya  maksimum  ketika  matahari  bersinar  tegak  lurus  satu  sama  lain  [11].  Panel  surya
p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934
mengubah  sinar  matahari  menjadi  listrik  dirancang  dengan  sistem  pelacakan  yang  dikendalikan  melalui mikrokontroler Arduino [12].
Solar  cell  tracking merupakan  sistem  yang  digunakan  untuk  melacak  pergerakan  matahari  yang diterapkan  pada  panel  surya  dan  bertujuan  untuk  memaksimalkan  energi  yang  dihasilkan  oleh  sel  surya [13].  Perancang  sistem  harus  memperhatikan  sudut  kemiringan  sel  surya  relatif  terhadap  sinar  matahari yang  datang  sehingga  intensitas  penyerapan  sinar  matahari  dapat  memaksimalkan  daya dihasilkan  panel surya [14]. Panel surya digerakkan oleh motor putar atau aktuator linier dan uji sistem untuk memastikan posisi optimal panel surya relatif terhadap posisi matahari di langit [15].

## 2. Metode Penelitian
Penelitian rancang bangun solar cell tracking system dan proteksi overload berbasis Arduino, dimulai dengan  menentukan  konsep,  perancangan  subsistem,  evaluasi  dan  simulasi  keseluruhan  sistem perancangan.  Pada  tahap  selanjutnya  dilakukan  pengujian  alat,  pengambilan  hasil  data  pengukuran  dan analisis. Diagram alir perancangan penelitian dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram alur penelitian

## Perancangan sistem
Langkah pertama dalam pelacakan yaitu menempatkan matahari pada posisi yang diinginkan tegak lurus  terhadap  panel  surya.  Modul  sensor  LDR  terlebih  dahulu  mendeteksi  posisi  matahari,  kemudian modul memberi sinyal kepada Arduino untuk mengolah data dari modul LDR.
Gambar 2. Diagram prinsip kerja sistem

## Desain implementasi alat
Setelah perakitan semua komponen yang digunakan untuk tracking sel surya dan melindunginya dari beban berlebih, peneliti mendesain alat yang bekerja paling baik dengan desain  seperti yang terlihar pada Gambar 3 .
(a) (b) (c)
Gambar 3. Desain alat tracking system solar cell : (a) Tampak depan (b) Tampak samping (c) Tampak atas Sumber: Rancangan penelitian
Berdasarkan Gambar 3 (a), desain bagian depan sistem proteksi dan monitoring overload berbasis solar  Arduino, ukuran  pad yang digunakan  adalah  50cm  x  50cm  x 150cm.  Penyangga  digunakan  untuk
p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934
memasang kaki besi dan panel surya serta braket besi. Penempatan mikrokontroler dan perangkat baterai dirancang seperti dijelaskan di atas untuk penempatan yang mudah. Gambar 3 (b) menunjukkan tampilan samping dari desain. Bagian ini menunjukkan aktuator linier yang menggerakkan sel surya  dari timur ke barat, dari selatan ke utara. Gambar 3 (c) menunjukkan bahwa desain modul sensor LDR penting karena menentukan pergerakan panel surya sehingga tegak lurus terhadap matahari.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Hasil penelitian dari kegiatan ini telah berhasil menciptakan suatu alat yang berfungsi sebagai sistem proteksi  pada  instalasi  fotovoltaik  dalam  rangka  meningkatkan  efisiensi  operasi  sel  surya  dan memperpanjang umur sel fotovoltaik.

## Pengujian Sensor LDR (Light Dependent Resistor)
Pengujian  sensor  LDR  dilakukan  untuk  mengetahui  kinerja  dari  sensor  LDR  saat  menangkap intensitas cahaya matahari. Data ini digunakan oleh Arduino untuk awalnya mengarahkan NO ( normally open )  ke  NC  ( normally  close ) relay .  Dalam  keadaan  ini,  aktuator  bergerak  secara  linier  sesuai  dengan intensitas cahaya, bisa mendapatkan sinar matahari. Sensor ditempatkan di keempat sisi, yaitu atas, bawah, kiri, dan kanan.

## Pengujian actuator linear
Pengujian actuator linear  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  kinerja  dari actuator linear  dalam menggerakkan panel  surya,  sehingga  panel  surya  tersebut  pada  posisi  yang  tepat  pada  cahaya  matahari. Ada dua actuator linier untuk diuji, di tengah dan bergerak ke kiri dan kanan, dan satu di atas dan bergerak ke atas dan ke bawah, seperti yang terlihat pada berikut ini :
(a) (b) (c) Gambar 4. actuator linear (a) kiri (b) tengah (c) kanan Sumber: Hasil penelitian
Berdasarkan Gambar  4 menjelaskan  posisi actuator yang  berubah  secara  adaptif  terhadap  sinar matahari yang terjadi pada saat pengukuran. Pada Gambar 4 (a) actuator linear tengah pada saat di sisi kiri 4 (b) actuator linear tengah pada saat di sisi tengah dan 4 (c) actuator linear tengah pada saat di sisi kanan.
(a) (b) (c)
Gambar 5. Actuator linear (a) atas (b) tengah (c) bawah
Berdasarkan Gambar 5 (a), actuator linear atas pada saat di sisi atas  (b) actuator linear atas pada saat di sisi tengah (c) actuator linear atas pada saat di sisi bawah.

## Pengujian Solar cell Tracking System
Tes ini dilakukan untuk melihat apakah sel surya menghadap matahari. Untuk mengujinya, sistem pelacak surya ditempatkan di atap lantai tiga. Pengujian berlangsung mulai pukul 08:00 WIB hingga 17:00 WIB. Waktu tersebut efektif dari kerja radiasi matahari. Selama 08:00- 09:30 WIB posisi panel surya di sisi timur, pada siang hari pukul 11.00-13:00 WIB posisi panel surya di tengah, pada sore hari 15:00-17:00 WIB, panel solar tracker berada di sisi barat.

## Pengujian Solar cell
Pada tahap ini dilakukan pengukuran selama 1 seminggu untuk mendapatkan pola antara tegangan, arus,  dan daya  yang dihasilkan  pada  tiap  jam  dalam  1 hari.  Disamping  itu, pada pengujian  ini disajikan perbandingan antara tegangan, arus, dan daya pada saat tanpa penggunaan tracking solar cell dibandingkan dengan menggunakan tracking solar cell .
Tabel 2. Hasil rata-rata pengujian tracking solar cell selama 1 minggu
No Jam Tegangan (volt) Arus (ampare) Daya (watt) 1. 8 15,41 0,45 6,40 2. 9 16,58 0,78 9,30 3. 10 17,35 0,85 11,24 4. 11 19,17 0,96 13,18 5. 12 20,63 1,24 14,40 6. 13 20,03 1,22 14,05 7. 14 19,73 0,98 15,44 8. 15 19,27 0,84 16,53 9. 16 19,01 0,72 15,07 10. 17 17,34 0,62 10,60 Rata-rata 18,45 0,87 12,62 Sumber: Hasil penelitian
p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934
Berdasarkan Tabel  2 terlihat  bahwa  nilai  tegangan  dan  arus  maksimum  pada  pukul  12:00  WIB adalah 20,63 volt dan 1,24 amp. Nilai tegangan dan arus minimum yang dihasilkan dari pengujian ini adalah 15,41  volt  dan  0,45  amp,  dengan  tegangan  rangkaian  terbuka  dan  arus  hubung  singkat,  namun  hasil pengujian ini diperoleh pada pukul 08.00 WIB.
Tabel 3. Hasil rata-rata pengujian tanpa tracking solar cell selama 1 minggu No. Jam Tegangan (volt) Arus (ampere) Daya (watt) 1. 8 13,16 0,44 5,98 2. 9 15,33 0,53 9,07 3. 10 17,62 0,62 9,85 4. 11 18,91 0,74 10,1 5. 12 20,29 0,86 12,55 6. 13 19,62 0,82 11,42 7. 14 19,62 0,81 10,67 8. 15 19,56 0,63 7,91 9. 16 18,94 0,48 5,95 10. 17 16,31 0,32 4,83 Rata-rata 17,93 0,62 8,83 Sumber: Hasil penelitian
Dapat dilihat dari Tabel 3 bahwa nilai tegangan dan arus maksimum adalah 12:00 WIB, dan tegangan rangkaian terbuka dan arus hubung singkat masing-masing adalah 20,29 volt dan 0,86 amp. Nilai tegangan dan arus minimum yang dihasilkan dari pengujian ini adalah tegangan rangkaian terbuka dan arus hubung singkat sebesar 13,16 volt dan 0,44 amp, namun hasil pengujian ini diperoleh pada pukul 08.00 WIB.
Gambar 6. Grafik perbandingan daya Sumber: Hasil penelitian
Gambar 7. Grafik perbandingan arus
Sumber: Hasil penelitian 0 5 10 15 20 08.00 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 Daya (watt) watt (tanpa tracking system) watt (tracking system) 0 0.5 1 1.5 08.00 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 Arus (Ampere) ampare (tanpa tracking system) ampare (tracking system)
p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934
Gambar 8. Grafik perbandingan tegangan Sumber: Hasil penelitian
Dari Gambar  6 menunjukkan  bahwa  dengan  penggunaan tracking solar cell memberikan  efek peningkatan daya yang dihasilkan yang cukup signifikan yaitu 51.83% dari daya awal. Disamping itu, pada Gambar 7 juga menunjukkan bahwa arus yang dihasilkan dengan penggunaan tracking solar cell dapat meningkatkan  arus  yang  cukup  signifikan  yaitu  40.73%,  dimana  tegangan  yang  dihasilkan  tidak  terlalu berbeda jauh.

## Pengujian Sistem Proteksi Solar cell
Sistem  proteksi  sel  surya  bertujuan  untuk  memperpanjang  masa  pakai  baterai  dengan  mencegah kerusakan  pada  sistem  pelacakan  panel  surya  dan  memutuskan  sisi  beban  agar  tidak  melebihi  kapasitas baterai. Pada pengujian ini menggunakan beban lampu DC 2 x 15 watt. Arduino mengatur arus minimum yang  dapat  dibaca  oleh  INA219  sehingga  disesuaikan  ketika  arus  total  lebih  dari  2.6  Ampere.  Sensor INA219 mendeteksi beban berlebih maka sensor INA219 akan mengirimkan data ke Arduino. Kemudian Arduino  memerintahkan  relay  dari normally  open menjadi normally  close .  Pastikan  sisi  beban  terputus dalam  kondisi  ini.  Kemudian  saat  tegangan  baterai  terbaca  maka  sensor  INA219  menampilkan  arus  DC sebesar 12 volt, sensor INA219 mengirimkan data ke Arduino, Arduino terlebih dahulu menggerakkan relay dari NO ke NC. Proses ini bertujuan untuk memperpanjang umur baterai. Menggunakan lebih dari kapasitas baterai  dapat  mempersingkat  masa  pakai  baterai.  Baterai  mengonsumsi  lebih  banyak  arus  dan  merusak  sel baterai.

## 4. Kesimpulan
Penggunaan tracking solar cell dapat  memberikan  efek  peningkatan  daya  yang  dihasilkan  yang cukup signifikan yaitu 51,83% dari daya awal. Disamping itu juga menunjukkan bahwa dengan penggunaan tracking solar cell dapat meningkatkan arus yang cukup signifikan yaitu 40,73%, dimana tegangan yang dihasilkan tidak terlalu berbeda jauh. Kinerja sistem proteksi menunjukkan bahwa beban terputus ketika arus pengisian melebihi batas yang ditentukan yaitu 2,6 Ampere.

## 5. Referensi
[1] S.  Nurharsanto  dan  A.  Prayitno,  “Sun  tracking  otomatis  untuk  pembangkit  listrik  tenaga  surya (PLTS),” Jom FTEKNIK , vol. 4 (2), hal. 1–6, 2017.
[2] P.  Harahap,  “Pengaruh  temperatur  permukaan  panel  surya  terhadap  daya  yang  dihasilkan  dari berbagai jenis sel surya,” RELE (Rekayasa Elektr. dan Energi)  J. Tek. Elektro , vol. 2 (2), hal. 73– 80, 2020, doi: 10.30596/rele.v2i2.4420.
[3] R.  W.  Tricahyono  dan  N. Kholis,  “Sistem  monitoring  intensitas  cahaya  dan  daya  pada  dual  axis solar tracking system berbasis IoT,” J . Teknik Elektro , vol. 7 (3), hal. 233-238, 2018.
[4] W. Yandi, Syafii, dan A. B. Pulungan, “Tracker tiga posisi panel surya untuk peningkatan konversi energi dengan catu daya rendah,” vol. 6 (3), 2017, doi: 10.20449/jnte.v6i3.468.
[5] H. S. Utomo, T. Hardianto, dan B. S. Kaloko, “Optimalisasi daya dan energi listrik pada panel surya polikristal  dengan  teknologi  scanning  reflektor,” Berk.  Sainstek ,  vol.  5  (1),  p.  45-49,  2017,  doi: 10.19184/bst.v5i1.5375.
[6] H.  Suryawinata,  D.  Purwanti,  dan  S.  Sunardiyo,  “Sistem  Monitoring  Pada  Panel  Surya Menggunakan Data Logger Berbasis Atmega 328 Dan Real Time Clock DS1307,” J. Tek. Elektro ,
0 5 10 15 20 25 08.00 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 Tegangan (Volt) volt (tanpa tracking system ) volt ( tracking system )
p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934
vol. 9 (1), pp. 30–36, 2017, doi: 10.15294/jte.v9i1.10709.
[7] M. Asri dan Serwin, “Rancang bangun solar tracking system untuk optimasi output daya pada panel surya,” J. Inf. Sains dan Teknol. , vol. 4 (1), 2019.
[8] M.  Irfan,  I.  Pakaya,  and  A.  Faruq,  “Penentuan  posisi  sudut  matahari  menggunakan  anfis  dalam aplikasi tracker panel surya,” J. Nas. Tek. Elektro , vol. 8 (3), 2019, doi: 10.25077/jnte.v8n3.671.2019.
[9] F.  Hidayanti,  F.  Rahmah,  and  M.  Ikrimah,  “Dual-axis  solar  tracking  system  efficiency  for hydroponics  pump,” Int.  J.  Emerg.  Trends  Eng.  Res. ,  vol.  8  (6),  pp.  2631–2634,  2020,  doi: 10.30534/ijeter/2020/67862020.
[10] R. Khotama, D. B. Santoso, and A. Stefanie, “Perancangan sistem optimasi smart solar electrical pada  pembangkit  listrik  tenaga  surya  (PLTS)  dengan  metode  tracking  dual  axis  technology,” J. Ecotipe (Electronic, Control. Telecommun. Information, Power Eng. ), vol. 7 (2), hal. 78–84, 2020, doi: 10.33019/jurnalecotipe.v7i2.1887.
[11] Wendryanto, G. Widayana, dan W. Sutaya, “Pengembangan penggerak solar panel dua sumbu untuk meningkatkan daya pada solar panel tipe polikristal,” J. Pendidik. Tek. Mesin Undiksha , vol. 5 (3), hal. 62–70, 2019, doi: 10.23887/jjtm.v5i3.20293.
[12] K. W. Fauzi, T. Arfianto, and N. Taryana, “Perancangan dan realisasi solar tracking system untuk peningkatan  efisiensi  panel  surya  menggunakan  arduino  uno,” TELKA  -  Telekomun.  Elektron. Komputasi dan Kontrol , vol. 4, no. 1, pp. 63–74, 2018, doi: 10.15575/telka.v4n1.63-74.
[13] R. J. D. Lesmana dan A. I. Agung, “Rancang bangun solar cell tracking system dan proteksi beban lebih berbasis arduino,” J. Tek. Elektro, vol. 8 (1), hal. 229–237, 2019.
[14] A.  D.  Putra,  A.  B.  Pulungan,  dan  I.  Yelfianhar,  “Optimalisasi  penyerapan  energi  matahari menggunakan sistem solar tracking dua sumbu,” JTEV (Jurnal Tek. Elektro dan Vokasional) , vol. 6 (2), p. 187, 2020, doi: 10.24036/jtev.v6i2.108552.
[15] A. U. Azmy, Sumardi, dan M. A. Riyadi, “Sistem tracking panel surya untuk pengoptimalan daya menggunakan metode kontrol self-tuning Pid dengan Jst jenis perceptron,” Transmisi , vol. 17 (1), hal. 35-41, 2015, doi: 10.12777/transmisi.17.1.35-41.