## PERANCANGAN PEMBANGKIT TENAGA SURYA DENGAN PENGARAH SINAR MATAHARI OTOMATIS BERBASIS ARDUINO UNO
Victor Siallagan 1) , Missyamsu Algusri 2) 1,2) Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Riau Kepuluan Batam E-mail: victor_siallagan@yahoo.com

## ABSTRACT
Sunlight energy source in solar power plants is needed in the direction of solar cells to  produce  greater  energy  energy.  In  use  with  the  position  of  solar  cells  with  fixed  position (fixed)  a  fixed  position  to  the  sun  produces  absorption  of  light  is  not  maximal.  Therefore  a sunlight steering is required to detect this position and as input for the controller to produce the control action of moving the solar cell reaches always perpendicular to the sun. Position angle  of  tilt  as  a  common  axis  to  move  solar  cells  from  the  east  (sunrise)  and  to  the  west (sunset). Comparison of systems with two different positions that generate different power to power  generation  of  electricity  generated  by  solar  cells.  Comparison  of  the  output  of  solar cell specifications of 2.5 Watt; 8.2 VDC; 0.3 A in a still stationary position is 2.93 Watts and an average of 0.24 Watts to the output of solar cells with a beam guide is 4.44 Watts and an average of 0.34 Watt.
. Keywords : Solar cell, fixed position, Power

## ABSTRAK
Sinar matahari sumber energi pada pembangkit listrik tenaga surya sangat diperlukan searah dengan sel surya untuk menghasilkan energi listrik yang lebih besar. Pada pemakaian dengan  posisi  sel  surya  dengan  posisi  tetap  ( fixed )  satu  posisi  tetap  terhadap  matahari menghasilkan  serapan  sinar  tidak  maksimal.  Oleh  karena  itu  pengarah  sinar  matahari diperlukan  untuk  mendeteksi  posisi  ini  dan  sebagai inpu tan  bagi  kontroller  untuk manghasilkan  aksi  kontrol  menggerakan  sel  surya  mencapai  selalu  tegak  lurus  ke  arah matahari. Posisi angle of tilt sebagai axis yang umum untuk menggerakkan sel surya dari arah timur  (matahari  terbit)dan  ke  barat  (matahari  terbenam).  Perbandingan  sistem  dengan  dua posisi yang berbeda itu menghasilkan daya yang berbeda terhadap pembangkitan daya energi listrik  yang  dihasilkan  oleh  sel  surya.  Perbandingan  keluaran  sel  surya  spesifikasi  sel  surya 2.5 Watt; 8,2 VDC; 0,3 A pada   posisi tetap diam adalah 2,93 Watt dan rata-rata 0.24 Watt terhadap keluaran sel surya dengan pengarah sinar adalah 4,44 Watt dan rata-rata 0.34 Watt
Kata kunci : Sel surya, posisi tetap, Daya.

## I. PENDAHULUAN

## 1.1 Latar Belakang
Ketergantungan  terhadap  sumber energi  listrik  yang  berbahaan  baku  fosil untuk  keberlangsungan  pasokan  tenaga listrik  masih  sangat  sangat  besar.  Pada tahun  2000  kebutuhan  energi  listrik  dunia mencapai 7-8 triliyun KWH  dan diprediksikan  pada  tahun  2020  kebutuhan akan  mencapai  14,5  triliyun  KWH, Indonesia
mengeluarkan kebijakan mencanangkan    target  memperbesar kontribusi  sumber  energi  terbarukan, khusus  nya tenaga surya sebesar 0,2-0,3% pada  tahun  2025  [1].  Diperlukan penambahan  kapasitas  65  MW  per  tahun yang  pada  aktualnya    pemanfaatannya sekarang masih rendah hanya 2,5 MW per tahun masih jauh dari target [6].
Dengan  realitas  paparan  sinar matahari  berubah  posisi  menghasilkan tingkat  intensitas  sinarnya  matahari  yang lebih  maksimal  sehingga  berpotensi menghasilkan  listrik  yang  lebih  besar  [3]. Perancangan    Pembangkit  Tenaga  Surya Dengan Pengarah Sinar Matahari Otomatis Berbasis Arduino  Uno ini  menggunakan Light  Dependent  Resistor (LDR)  sebagai input, arduino  uno sebagai  kontroller  dan aksi kontrol oleh servo motor mengatur ke- searah-an  penerimaan  panel  sel  surya terhadap  sinar  matahari  seiring  perubahan posisi arah sudut sinar matahari .

## II. LANDASAN TEORI
2.1     Tinjauan Pustaka Pema          nfaatan dari energi surya dapat  dimaksimalkan  dengan  menjaga setiap  pergerakan  matahari  selalu  searah dengan  penerima  sinar  matahari,  melalui suatu  sistem  pengarah  sinar  matahari automatis  yang  mampu  mendapatkan energi matahari secara penuh, yaitu dengan membuat  panel  surya  dapat  terus menghadap ke arah sumber sinar matahari [8].  Penerimaan  radiasi  matahari  oleh  sel
surya  dipengaruhi  oleh  sudut  datang  sinar matahari ( angle of incidence ).
Panel  sel  surya  mendapat  radiasi maksimum  jika  sinar  matahari  tegak  lurus dengan  bidang  panel  dan  sebaliknya  pada saat  tidak  tegak  lurus  akan  mendapat radiasi lebih kecil seperti gambar 2.1
Gambar 2.1 Sudut Sinar matahari terhadap sel surya [3]
Ir = Iro Cos ØT......................... 1.1 [10]
Dimana: Ir  : Radiasi yang diserap panel sel surya Iro: Radiasi yang mengenai panel sel surya ØT: Sudut panel sel surya terhadap sinar dating (sorotan)

## 2.3 SensorPendeteksi Sinar
Untuk  mendeteksi  adanya  cahaya sinar    matahari    pada  perancangan  ini memerlukan piranti yang pada percancangan  ini  sensor light  Dependent Resistor(LDR). Tahanannya  berkurang  jika mendapat  paparan  sinar  matahari,  gambar fisiknya ditunjukkan pada gambar 2.2
Gambar 2.2 Konstruksi LDR dan dimensi

## 2.4 Kontroler Arduino Uno
Arduino  Uno adalah  sebuah perangkat keras keluaran dari Arduino Italy
yang  berupa  minimum  system  dengan menggunakan mikrokontroler Atmega 328.
Untuk bentuk fisik dari Modul Mikrokontroler Arduino  Uno bisa  dilihat pada gambar 2.3
Gambar 2.3 Modul Mikrokontroler Arduino Uno [4] Mikrokontroler Arduino Uno
memiliki  14 pin digital  yang  diantaranya terdapat  6 pin yang  dapat  digunakan sebagai output  Pulse Width  Modulation atau  PWM  yaitu pin D.3,  D.5,  D.6,  D.9, D.10,  D.11  dan  6 pin  input analog. Menggunakan  osilator  sebesar  16  MHz, koneksi  USB,  ICSP header dan  tombol reset. Untuk konfigurasi pin Atmega 328

## 2.2 Motor Servo
Standard 180° Motor  servo hanya  memiliki  3
kabel yang mana masing-masing
fungsinya terdiri dari positif (Vcc), negatif (Ground)  dan  kontrol  (Signal). Motor servo mampu  bergerak  searah  jarum  jam ataupun berlawanan arah jarum jam  tanpa membalik  pin  konektor  pada motor  servo , hal  ini  disebabkan    bahwa  pada motor servo telah  terdapat  driver    untuk membalik  polaritas motor DC  yang  ada pada motor    servo . Motor  servo jenis
standar  hanya  dapat  berputar  180°  searah atau berlawanan arah jarum jam.
Prinsip  kerja motor  servo standar adalah  kaki  sinyal motor  servo diberi sinyal  digital  dengan  lebar  sinyal  antara 0,60 milidetik sampai 2,00 milidetik.
Gambar 2.4 Skematis Pengiriman Pulsa [9]
2.3 Sel Surya (Solar Cell) Sel  Surya  atau Solar  Cell adalah suatu perangkat atau komponen yang dapat mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik dengan menggunakan prinsip efek Photovoltaic . Yang  dimaksud  dengan Efek  Photovoltaic  adalah  suatu  fenomena dimana munculnya tegangan listrik karena adanya  hubungan  atau  kontak  dua elektroda yang dihubungkan dengan sistem padatan  atau  cairan  saat  mendapatkan energi cahaya
Berikut  ini  adalah  Struktur  Dasar,  Bentuk dan Simbol Sel Surya ( Solar Cell ).
Gambar 2.5 Panel Sel Surya
Pada  perancangan  ini  menggunakan Perangkat output Panel  Sel  Surya  dengan spesifikasi  2,50  W  ;  8,20  VDC  seperti terlihat pada gambar  2.5

## 2.4 Sumber Tenaga Catu Daya
Untuk  mengoperasikan  rangkaian dan  perangkat  elektronik  diperlukan sumber  tenaga  atau  catu  daya.  Catu  daya bias saja berupa baterai atau rangkaian catu daya. Baterai atau accu adalah sumber catu daya  DC  yang  paling  baik.  Namun  untuk aplikasi  yang  membutuhkan  catu  daya lebih  besar,  sumber  dari  baterai  tidak cukup.  Sumber  catu  daya  yang  besar adalah sumber bolak-balik AC (alternating current)  dari  pembangkit  tenaga  listrik. Untuk  itu  diperlukan  suatu  perangkat  catu daya  yang  dapat  mengubah  arus  AC menjadi  DC.  Catu  daya  yang  digunakan adalah  Regulator.  Regulator  tegangan adalah  bagian  power  supply  yang berfungsi  untuk  memberikan  stabilitas output pada suatu power supply .
Gambar 2.6 Rangkaian catu daya menggunakan regulator [6]

## III METODOLOGI PENELITIAN
Bab  ini  menjelaskan  perancangan sistem  pembangkit  listrik  tenaga  surya dengan  posisi  sel  surya  sensor  tetap  diam dengan  posisi  sel  surya  bergerak  dengan sensor pengarah ke sinar matahari.Adapun metodologi  penelitian  adalah  sebagai berikut:

## 3.1 Alir Penelitian
Alir  Penelitian  yang  digunakan untuk  membuat  alat  perancangan  ini mengunakan  metode  bangun,  seperti diagram alir berikut :
Gambar 3.1 Alir penelitian

## 3.2 Perancangan Sistem
Penelitian ini menggunakan diagram  sebagai  langkah  awal  untuk mempermudah pembuatan sistem. Diagram  blok  menggambarkan  secara umum  bagaimana  cara  kerja  rangkaian secara  keseluruhan.  Diagram  blok  ini memiliki peran yang sangat penting mudah dalam  pengambilan  data  dan  menganilisa setiap subsistem yang telah dirancang. Adapun diagram blok sistem ini digambarkan pada gambar 3.2.
Gambar 3.2 Blok Perancangan sistem

## 3.3 Perancangan  Dan  Inisiasi Sensor
Input
Sensor LDR  ini  akan  menghasilkan perbedaan  tahanan  0  Ω  hingga  1  MΩ ketika  terpapar  sinar  matahari.  Perbedaan tahanan dengan intensitas cahaya matahari tersebut menghasilkan perbedaan tegangan terhadap  nilai  referensi.  Mekanik Holder Sensor LDR  dirancang  untuk  bisa  di pasang 5 buah sensor.  Sensor LDR  Timur Barat  2  unit; Sensor LDR  Utara  Selatan dan Sensor LDR  target.    Diposisikan sejajar dengan pergerekan sel surya seperti gambar 3.3
Gambar 3.3 Mekanik Holder Sensor LDR

## 3.4      Perancangan Hardware
Perancangan  lengan robot yang akan  diteliti  mempunyai  tiga  derajat kebebasan.Penelitian  ini  juga    melakukan pengukuran tegangan dan arus pada output power  supply  servo dari  berbagai  berat kotak  yang  dapat  diangkat  Lengan Robot dan  besar  sudut  masing-masing motor servo memindahkan  kotak  dan  tahap penyusunan  kotak  sesuai  dengan  warna kotak.  Adapaun  bentuk  lengan robot yang direncanakan  untuk  rancang  dan  diteliti
seperti pada gambar 3.4 dibawah ini.
Gambar 3.4  Mekanik Pergerakan Sel
Surya

## 3.5 Perancangan Catu Daya
Rangkaian  catu  daya  memberikan supply tegangan  pada  alat  pengendali.
Rangkaian catu daya mendapatkan sumber dari  tegangan  PLN  sebesar  220  VAC.
Kemudian diturunkan transformator menjadi 12 VAC lalu tegangan AC tersebut diserahkan  oleh  dioda bridge menjadi tegangan  DC.  Keluaran  dari  dioda bridge ini kemudian masuk ke IC regulator yang fungsinya  adalah  untuk  menstabilkan tegangan. IC  regulator yang  digunakan yaitu  LM7805CT  yang  menghasilkan tegangan  DC  sebesar  +5V.  Berikut  ini adalah  rangkaian  catu  daya  5  V  pada sistem :
Gambar 3.5 Rangkaian Catu Daya Sistem
Berikut  ini  adalah  catu  daya servo 6V  dengan IC  regulator LM7806CT  yang o utputnya diberi transistor 2N3055 sebagai penguat  arus  sehingga  menghasilkan output maksimum 3 A.

## 3.6 Perancangan Mikrokontroler
Arduino Uno
Pada  perancangan  menggunakan controller dengan susunan input, kontoller arduino  uno dan  hubungan  ke output aktuator servo motor serta output sel surya sebagai berikut
Gambar 3.6 Perancangan Hardware Kontroller Arduino Gambar 3.7 Perangkat lunak Arduino

## 3.6 Pengujian Alat
Pengukuran dan pengujian dilakukan  untuk  membuktikan  apakah rangkaian yang sudah dibuat bekerja sesuai dengan yang direncanakan. Pertama sekali pengujian  dilakukan  pada  setiap  bloknya dan  pengujian  beberapa  blok  yang  saling berkaitan. Dalam setiap pengujian dilakukan  dengan  pengukuran  yang nantinya akan digunakan
untuk
menganalisa  dan  membandingkan  besaran daya  pada  saat  sistem  sel  surya  dengan sudut  tetap  diam  terhadap  sel  surya beregerak  dengan sensor dengan sensor pengarah ke sinar matahari.
Gambar 3.8 Flowchart cara kerja sistem IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Perancangan Sistem  lengan robot dirancang berdasarkan  blok  diagram  yang  telah dibuat.  Pada  perancanagan  ini  semua komponen  di  ukur  terlebih  dahulu  untuk memastikan  komponen  tersebut  berfungsi dengan  baik.  Berikut  adalah  hasil perancangan robot lengan secara keseluruhan.
Gambar 4.1 Wujud Rancangan Pembangkit Listrik Tenaga Surya

## 4.2        Pengujian  Sel  Surya  Posisi  Tetap
Diam (fixed)
Pengujian  tegangan  arus  dan  daya keluaran pada saat sel surya dengan posisi tetap  diam  perlu  dilakukan  sebagai  data referensi.  Diperlukan  untuk  sebagai pembanding  terhadap  keluaran  output  sel surya dengan pengarah ke sinar matahari.
Gambar 4.2 Blok Pengujian Sel Surya Posisi Tetap Diam
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Sel Surya PosisiTetap Diam

## 4.3 Pengujian  Sel  Surya  Otomatis
Bergerak Dengan Sensor Pengarah
Pengujian  ini  digunakan  sistem pengarah cahaya matahari untuk mendapatkan  sel  surya  selalu  menghadap ke arah datangnya cahaya matahari
Gambar 4.3 Blok Pengujian Sel Surya Sistem Pengarah Sinar
Berikut  ini  adalah  hasil  pengukuran tegangan  dan  arus  dengan  sel  surya
otomatis bergerak dengan sensor pengarah seperti terlihat di tabel 4.2
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Sel Surya Sistem Pengarah Sinar

## 4.4 Analisa
Dari  data  pengujian  sel  surya system  posisi  tetap  diam  dan  sel  surya berpengarah  sinar  ke  matahari  diperoleh nilai daya yang berbeda. Berikut ini adalah hasil  diagram  karakteristik  daya  pada kedua pengujian.
Gambar 4.4. Karakterisitik daya terhadap waktu
Dari gambar grafik diatas diperoleh daya  sel  surya  paling  besar  di  siang  hari pukul 10:00 hingga 17:00 WIB atau ketika panas  dan  sinar  matahari  intensitasnya besar lebih besar dari 1000 Lux.
Perbedaan nilai daya yang dihasilkan  sel  surya  dengan  dua  metoda ada  fenomena.  Pada  saat  pagi  hari  saat matahari  terbit  perbandingan  dua  sistem tidak  ada  perbedaan  dikarenakan  kondisi sinar pagi hari masih tertutup pegunungan/gedung  tinggi  sehingga  sinar yang di dapat adalah pantulan dan hal yang sama  juga  ditemukan  pada  sore  hari  saat matahari terbenam.
Perbandingan  keluaran  sel  surya posisi  tetap  diam  2,93  Watt  dan  rata-rata 0,24  Watt  terhadap  keluaran  sel  surya
dengan pengarah sinar 4,44 Watt dan rata- rata 0,34 Watt di dapati ada perbedaan.
Daya  terukur  yang  dihasilkan  sel surya paling besar 0,83 Watt; 7,5VDC 110 mA atau 0,1A dimana spesifikasi sel surya 2,5  Watt;  8,2VDC;  0,3A    dikarenakan kondisi  beberapa  hari  cuaca  tidak konsisten  yaitu  berubah-ubah  kondisi hujan dan mendung.
Dari  pengujian  sel  surya  posisi tetap diam dan pengujian sel surya dengan pengarah dapat dicari peningkatan energi : Daya  dengan  pengarah  sinar  dikurangi daya  posisi  tetap  diam  diperbandingkan terhadap daya posisi tetap diam.

## V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  penelitian  dan pembahasan  dapat  disimpulkan  hal-hal sebagai berikut:
Rancangan  sistem  pembangkit  tenaga surya  dengan  mengarahkan  selalu  searah tegak lurus dengan arah sinar matahari bias bekerja sesuai perancangan dan mendapatkan  intensitas  cahaya  matahari lebih  optimum  dan  menghasilkan  energi listrik  yang  lebih  besar  dibanding  dengan sel surya posisi tetap diam
5.2 Saran
Adapun  saran  dari  penulis  dari hasil  perancangan  yang  telah  dilakukan, untuk  pengembangan  selanjutnya  alat  ini, agar lebih maksimal disarankan:
Sistem  ini  perlu  data  analysis  berbasis software supaya  reprenstasi  data  dan penomena  bisa  dianalisa  karena  faktor cuaca banyak mengalami perubahan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Adhitya Noviardi, “ Energi Alternatif  Energi  surya  peluang bisnis
baru”. http://industri.bisnis.com/read/2012 0306/44/67307/energi-alternatif- energi-surya-peluang-bisnis-baru . Diakses tanggal 12 Januari 2018
[2] Budi  Yuwono, Optimalisasi  Panel Sel  Surya  Degan  Menggunakan Sistem  Pelacak  Berbasis  Sistem
Mikrokontroller  AT89C51,  Skripsi,
tidak diterbitkan , Universitas Diponegoro, Semarang.1995 [3] Cahyo  Setyo  Nugroho.,  Rahmat Adiprasetya.,  &  Rama  Okta Wiyagi. Sistem  Penjejak  Matahari
Dua Axis  Pada  Pembangkit  Listrik
Tenaga  Surya ,  Jurnal, Tidak diterbitkan, Universitas Muhammadiyah, Yogyakarta, 2016 [4] Mona  Berlian  Sari.,  Yulkifli.,  & Zulhendri Kamus. Sistem Pengukuran  Intensitas  dan  Durasi Penyinaran  Matahari  Realtime PC berbasis  LDR  dan  ,Motor  Stepper, Jurnal, J.Oto.Ktrl.Inst (J.Auto.Ctrl.Inst), Vol 7(1), 2015,ISSN : 2085-2517, Universitas Negeri Padang, Padang, 2015 [5] Dickson Kho,Teknik Daya Elektronik.
https://teknikelektronika.com/wp- content/uploads/2014/12/cara- menghitung-daya- listrik.jpg?x22079 . Di akses tanggal 20 Februari 2018.
[6] Republik  Indonesia. Peraturan Presiden Republik Indonesia Nomor  5  Tahun  2006 ,  2006. www.hukumonline.com .  Di  akses tanggal 20 Desember 2017
[7] Ted  J  Jansen, Solar  Engineering Technology (Terjemahan Prof Wiranto Aris Munandar).New Jersey:  Prentice  Hall. (buku  asli diterbitkan tahun 1995). 1995 [8] Subandi.,  Slamet  Hani., Korelasi
Suhu  dan  Instensitas  Cahaya Terhadap Daya Solar Cell, Prosiding Seminar Nasional Aplikasi  Sains  &  Teknologi (SNAST) 2014 , Yogyakarta, ISSN: 1979-911X. 15 November 2014
[9] Yudhi  Wirantha  Jaya  Kusuma., Noer Soerjarwanto., Agus
Trisanto., Dikpride Despa. Rancang Bangun Penggerak Otomatis Panel Surya Menggunakan  Sensor  Photodioda Berbasis  Mikrokontroller  Atmega 16,
ELECTRICIAN-  Jurnal  Rekaysa- Teknologi Elektro, Volume 9, No.1, 2015
[10]  Oki  Petrus  Hutauruk.,  Takdir Tamba.,  &  Tua  Raja  Simbolon. Pembuatan  Sistem  Monitoring Optimasi  Energi  Cahaya  Matahari Menggunakan  Sensor  Arus  pada Antarmuka  Personal  Computer , Jurnal, Tidak diterbitkan, Universitas Sumatera Utara, 2016