Otomatisasi Tracking Panel Surya Berbasis Arduino Uno dalam Penggunaan Energi Alternatif

## Mohammad Fachrurrozy, Abdullah Nur Aziz*, dan Hartono
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Jenderal Soedirman Jalan Dr. Suparno No.61 Karangwangkal Purwokerto,53123, Jawa Tengah Indonesia e-mail : abd.nuraziz@gmail.com
Abstrak- Otomatisasi  tracking  panel  surya  telah  dibuat  dengan  menggunakan  sensor  LDR,  fotodioda  dan fotodioda array. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui sistem dengan sensor mana  yang akurat digunakan dalam  sistem  tracking    panel  surya.  Sistem  tracking  terdiri  dari  empat  buat  sensor  yang  diletakkan  sejajar dengan  panel  dan  penggerak  sistem  menggunakan  motor  servo.  Sistem  pengendalian  sensor  dan  motor  servo dilakukan  menggunakan  mikrokontroler  arduino.  Berdasarkan  hasil  penelitian,  sistem  tracking  menggunakan sensor LDR memiliki akurasi sebesar 95,18%, sistem tracking menggunakan sensor fotodioda memiliki akurasi sebesar  90,72%,  dan  sistem  tracking  menggunakan  sensor  fotodioda  array  memiliki  akurasi  sebesar  94,51%. Hasil  tersebut  menunjukkan  sistem  yang  akurat  adalah  sistem  dengan  menggunakan  sensor  LDR.  Akan  tetapi konsumsi  daya  pemakaian  sistem  dengan  LDR  cukup  besar  yaitu  sebesar  0,7  watt  dibandingkan  dengan konsumsi daya sistem den gan fotodioda sebesar 0,63 watt dan sistem dengan fotodioda array sebesar 0,59 watt. Sistem  yang  baik  digunakan  adalah  sistem  tracking  menggunakan  sensor  fotodioda  array  karena  memiliki akurasi  sedikit  lebih  rendah  dari  LDR  tetapi  memiliki  konsumsi  daya  yang  lebih  efisien.  Penelitian  ini  juga membandingkan daya keluaran sistem tanpa tracking dan sistem tracking. Penggunaan sistem tracking membuat peningkatan daya keluaran panel sebesar 0,22 watt dibandingkan dengan sistem statis.
Kata Kunci: Sistem tracking, sistem tanpa tracking, akurasi, sensor LDR, sensor fotodioda, sensor fotodioda array
Abstract – Automation of tracking solar panels has been made using LDR sensors, photodiodes and photodiode arrays. This research was conducted to find out which system with sensors used in solar panel tracking systems. The tracking system consists of four sensors that are placed parallel to the panel and drive system using a servo motor. The sensor and servo motor control system is performed using an Arduino microcontroller. Based on the results of the study, tracking  systems  using LDR sensors  have  an accuracy  of 95.18%, tracking systems  using photodiode sensors have an accuracy of 90.72%, and tracking systems using photodiode array sensors have an accuracy of 94.51%. These results indicate an accurate system is a system using the LDR sensor. However, the power consumption of the system with a LDR is quite large, which is 0.7 watts compared to the system power consumption with a photodiode of 0.63 watts and a system with a photodiode array of 0.59 watts. A good system is a tracking system using a photodiode array sensor because it has a slightly lower accuracy than the LDR but has more efficient power consumption. This study also compares the system output power without tracking and tracking systems. The use of tracking systems makes the panel output power increase by 0.22 watts compared to static systems.
Key  words: Tracking system,    system    without    tracking,    accuracy,    LDR    sensor,    photodiode  sensor, photodiode array sensor.

## PENDAHULUAN
Energi  listrik  merupakan  komponen  penting dalam menunjang produktivitas manusia.
Berdasarkan  data  dari  Direktorat  Jenderal Ketenagalistrikan Kementrian ESDM, konsumsi tenaga  listrik  dari  tahun  2011-2015  terjadi kenaikan  sebesar  13,17%  dan  konsumsi  tenaga listrik  per  kapita  terjadi  kenaikan  sebesar 0,17 [1]. Hal ini menunjukkan bahwa meningkatnya penduduk setiap tahunnya menyebabkan  naiknya  konsumsi  energi  listrik.
Kebutuhan  akan  energi  untuk  menopang pertumbuhan    ekonomi    membuat  pasokan energi harus bertambah. Energi matahari adalah salah  satu  sumber  energi  alternatif  yang  bisa digunakan sebagai energi listrik [2]. Diperlukan alat  untuk mengkonversi  energi  matahari menjadi  energi  listrik  yaitu  panel  surya.  Panel surya  digunakan  untuk  membangkitkan  energi listrik  dari  energi  matahari.  Panel  surya  yang biasa terpasang bersifat statis, berarah pada satu orientasi.   Kondisi   ini   membuat panel surya tidak dapat menangkap pancaran sinar matahari
secara  optimal [3].  Tracking  panel  surya merupakan  solusi  untuk  mengikuti  pergerakan matahari.
Tracking  panel  surya  akan  menempatkan posisi  panel  surya  agar  tegak  lurus  dengan matahari.  Tracking  panel  surya  menggunakan sistem  sumbu  putar  yang  mengontrol  posisi pergerakan  matahari  dari  timur  ke  barat. Umumnya  penelitian  yang  sudah  dilakukan adalah  pengukuran  efisiensi  panel  surya  dalam keadaan  statis  dan  dinamis.  Pada  penelitian [2] efisiensi    dari penggunaan    sistem  tracking sebesar  36%,  daya  meningkat 0.67  watt  dan error  maks  9 ˚.  Adanya  error  yang  besar  dapat menyebabkan  penyerapan      energi      matahari kurang maksimal,  sehingga  perlu  dilakukan kajian  lebih  lanjut  tentang  penggunaan  sensor yang tepat.
Pada  penelitian  ini,  sistem  tracking  dibuat menggunakan  sensor  intensitas  cahaya  yaitu, LDR,  fotodioda,  dan  fotodioda  array.  Variasi sensor  ini  dilakukan  untuk  mendapatkan  sistem tracking  yang  akurat  sehingga  error  yang dihasilkan  kecil.  Sistem  yang  memiliki  akurasi paling  baik  dibandingkan  dengan  sistem  tanpa tracking. Hasil yang didapatkan sistem tracking mampu  meningkatkan    daya    keluaran    panel secara maksimal.

## TINJAUAN PUSTAKA

## A. Pengaruh  Iradiasi  Matahari  terhadap Sel Surya
Istilah  iradiasi  didefinisikan  sebagai  ukuran kerapatan energi sinar matahari yang diterima di bumi  dan  diukur  dalam  watt  per  meter  persegi. Iradiasi  berhubungan    dengan    komponen    sel surya.  Karakteristik I-V dan P-V akan  berubah diikuti    dengan    perubahan  iradiasi  matahari. Meningkatnya radiasi matahari akan meningkatkan  tegangan  rangkaian  terbuka  dan arus  hubung  singkat,  maka  daya  maksimumnya akan bervariasi [4].
Karakteristik I-V adalah  kurva  antara  arus dan  tegangan.  Kurva  menunjukkan  hubungan terbalik.   Daerah   di   dalam kurva I-V adalah daya  maksimum  yang  akan  diproduksi  panel pada  arus  maksimum  dan  tegangan  maksimum. Daerah  ini  memiliki  nilai  Isc  rendah  pada  saat V oc maksimum  dan  memiliki V oc rendah  pada saat  Isc  maksimum.  Karena  fluktuasi  kondisi lingkungan, perubahan suhu dan tingkat iradiasi kurva I-V akan  berubah  sehingga  daya maksimum juga akan berubah.
Gambar 1. Kurva  I-V  pada  kondisi  teriradiasi  dan  gelap serta operasi daya maksimum
Gambar 2. 1 menunjukkan dua karakteristik yaitu  karakteristik  gelap  dan  teriradiasi.  Ketika sel  surya  diberi  cahaya,  karakteristik  berubah bentuk  karena  terjadi  short  circuit  current  (Isc) dan  open  circuit  voltage  (Voc).    Daya maksimum didapatkan dengan
mendefinisikan tegangan dikalikan dengan arus. Tegangan    dan    arus    yang sesuai    adalah tegangan puncak dan arus puncak. Terdapat satu titik  kurva  yang  menghasilkan  daya  maksimum setiap tingkat iradiasi [4].

## B. Pengaruh      Sudut      Datang      Terhadap Radiasi yang Diterima Panel Surya
Besarnya  radiasi  yang  diterima  panel  sel surya dipengaruhi oleh sudut datang yaitu sudut antara  arah  sinar  datang  dengan  komponen tegak  lurus  bidang  panel [5].  Panel  surya  dapat optimal  ketika  berhadapan  langsung  dengan pancaran  sinar  matahari,  dalam  artian  posisi panel  surya  harus  tegak  lurus  dengan cahaya yang  datang.  Posisi  panel  dalam  keadaan optimal dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar  2. Posisi  Panel  Dalam  Menerima  Arah Sinar

## Datang
Panel    mendapat    radiasi    matahari maksimum pada  saat  matahari  tegak  lurus pada  bidang  panel. Pada  saat arah  sinar  matahari  tidak  tegak  lurus dengan bidang panel atau membentuk sudut θ seperti Gambar  2.  maka  panel  akan  menerima  radiasi  lebih kecil  dengan  faktor  cos θ .  Dari  Gambar  2.  dapat dirumuskan
 cos 0 l l  (1)
dimana I adalah  radiasi  yang  diserap panel, I 0 adalah  radiasi  yang  mengenai  panel  dan θ
adalah sudut antara sinar datang dengan normal bidang panel.

## C. Sensor LDR (Light Dependent Resistor)
LDR  atau  Light  Dependent  Resistor  adalah salah satu jenis resistor yang nilai hambatannya dipengaruhi oleh cahaya yang diterima olehnya. LDR  memanfaatkan    bahan    semikonduktor yang  karakteristik  listriknya  berubah- ubah sesuai dengan cahaya yang diterima.

## Gambar 3. Light Dependent Resistor
Besarnya  nilai  hambatan  pada  LDR  tergantung pada besar kecilnya cahaya  yang diterima oleh LDR itu  sendiri.  Ketika  LDR  menerima  intensitas  cahaya yang  tinggi,  maka  elektron  dalam  bahan  semakin banyak  dan  resistansi  bahan  menjadi  rendah. Sebaliknya,  ketika  LDR  menerima  intensitas  yang rendah,  maka  elektron dalam  bahan  sedikit  dan resistansi  bahan  menjadi  besar.  Hal  tersebut ditunjukkan dalam Gambar 4.
Gambar  4. Iluminasi  cahaya  terhadap resistansi  sensor

## LDR

## D. Sensor Fotodioda
Sensor  fotodioda  adalah  dioda  yang  sensitif terhadap  cahaya.  Fotodioda  akan mengubah cahaya  menjadi  arus  listrik [6].  Komponen elektronika  ini  mampu  mendeteksi  bermacam- macam  jenis  cahaya  yaitu  mulai  dari    cahaya infra    merah,    cahaya  tampak,  ultra  violet sampai dengan Sinar- X.
Gambar 5. Sensor fotodioda
Ketika  energi  cahaya yg  memiliki  panjang gelombang  jatuh  pada  sambungan  fotodioda, arus  mengalir  dalam  sirkuit  eksternal.  Lalu komponen  ini  akan  bekerja  sebagai  generator arus,  arusnya  sebanding  dengan  intensitas cahaya [7]
Cahaya diserap di daerah penyambungan atau
daerah intrinsik menimbulkan  pasangan  elektron-lubang  yang mengalami  perubahan  karakteristik  elektris ketika  energi  cahaya  melepaskan  pembawa muatan dalam bahan itu, sehingga menyebabkan berubahnya konduktivitas. Hal ini menyebabkan fotodioda  dapat  menghasilkan  tegangan/arus listrik jika terkena cahaya.

## Gambar 6. Iluminasi cahaya terhadap arus balik cahaya sensor fotodioda
Terjadi    perbedaan    nilai    hambatan    dan  arus pada  sensor  fotodioda.  Menurut  hukum  ohm beda  potensial V sebanding  dengan  arus  dan hambatan.  Semakin  tinggi  hambatan,  semakin kecil  arus  yang  mengalir  untuk  suatu  beda potensial V,  sehingga  dapat  didefinisikan hambatan berbanding terbalik dengan arus [8].

## E. Sensor Fotodioda Array
Sensor fotodioda array  adalah salah satu sensor fotodioda  yang  tersusun  dalam  chip  IC.  Sensor cahaya berupa IC yang mengkonversi intensitas cahaya  ke  frekuensi.  Outputnya  bisa  berupa deretan  pulsa  atau  gelombang  persegi  (50% duty  cycle)  dengan  frekuensi  berbanding  lurus dengan intensitas cahaya [9].
Gambar 7. Sensor Fotodioda array
Sensitivitas  perangkat dapat dipilih  dalam  tiga rentang, memberikan  penyesuaian selama dua
dekade. Frekuensi output skala  penuh dapat diskala oleh satu dari empat nilai preset. Semua input dan outputnya kompatibel  dengan TTL, memungkinkan komunikasi  dua arah langsung dengan mikrokontroler untuk antarmuka pemrograman dan keluaran. Gambar 8. Diagram Blok Sensor Fotodioda
Gambar  8.  cahaya  datang  akan  diterima  oleh fotodioda array kemudian fotodioda mengeluarkan  hasil  respon  berupa  arus.  Arus dari fotodioda akan diolah dalam konverter dan diubah menjadi frekuensi. Semakin besar radiasi cahaya  yang  diterima,  maka  frekuensi  yang dikeluarkan semakin besar. Sebaliknya, semakin kecil  radiasi  cahaya  yang  diterima,  maka frekuensi  yang  dikeluarkan  semakin  kecil.  Hal tersebut ditunjukkan dalam grafik dibawah ini
Gambar  9. Grafik  Radiasi  Cahaya  Terhadap  Output
Frekuensi Sensor Fotodioda Array

## Motor Servo
Motor    servo    adalah    sebuah    perangkat  atau aktuator  putar  yang  dirancang  dengan  sistem kontrol umpan balik loop tertutup. Loop tertutup digunakan  untuk  menentukan  dan  memastikan posisi sudut dari poros output motor
Gambar 10. Diagram Blok Motor Servo
Prinsip  kerja  servo  diawali  dengan  adanya  dua input  sinyal  yaitu  sinyal  eksternal  (kontrol sinyal)  dan  sinyal  potensiometer.  Pada  keadaan awal,  potensiometer  dalam  keadaan  tidak  ada sinyal.  Disaat  terdapat  sinyal  eksternal,  sinyal diproses    menuju    Op    Amp.    Op  Amp  hanya menerima sinyal eksternal sehingga menghasilkan sinyal error. Sinyal error ini yang akan  bertindak  menggerakkan  motor.  Ketika motor  berputar,    potensiometer    akan    bergeser dan  menghasilkan  sinyal.  Perubahan  posisi potensiometer      membuat      sinyal keluaran potensiometer  berubah.  Perubahan  sinyal  ini akan  memberikan  efek  umpan  balik  ke  dalam Op  Amp.  Sistem  umpan  balik  dalam  motor servo  digunakan  untuk  mengendalikan  gerak dan  posisi  akhir  poros.  Motor  dikontrol  oleh sinyal  umpan  balik  yang  dihasilkan  dengan membandingkan  sinyal  output  (potensiometer) dan  sinyal  eksternal  (kontrol  sinyal).  Sinyal input  dibandingkan  dengan  sinyal  output  dan sinyal   ketiga   dihasilkan   dari   sinyal umpan balik.  Sinyal  umpan  balik  ini  berfungsi  untuk mengendalikan  poros  motor.  Jadi,  tugas  utama sistem  motor  servo  adalah  mempertahankan keluaran sistem pada nilai yang diinginkan [10].
Gambar  11.  Pulsa  kontrol  motor  servo  dan  sudut  yang dihasilkan
Motor  servo  memiliki  tiga  pin  masukan  yaitu Vcc,  ground  dan  kontrol.  Servo  bekerja  pada tegangan  +5V.  Pin  kontrol  digunakan  untuk menerima sinyal PWM (Pulse-Width Modulation) yang diberikan dari mikrokontroler.  Motor  servo  bisa  memutar  90 derajat  dari  kedua  arah      membentuk      posisi yang      netral.  Motor  servo  memeriksa pengulangan sinyal setiap 20 milidetik (ms) dan panjang  pulsa  akan  menentukan  seberapa  jauh motor  berubah.  Misalnya,  sinyal  pulsa  1,5  ms akan  membuat  poros  motor  bergerak  ke  posisi 90 ˚,  pulsa  minimum  1  ms  posisi  poros  menjadi 0 ˚  dan  pada  pulsa  maksimum    2    ms    posisi
poros    menjadi  180 ˚.  Pernyataan  tersebut  dapat dilihat pada Gambar 11.

## METODE

## A. Pengujian Sensor
Pengujian  sensor  dilakukan  untuk  mengetahui karakteristik  sensor  dan  fungsi  keluaran  sensor. Sensor  yang  digunakan  dalam  sistem  yaitu sensor  LDR,  sensor  fotodioda,  dan  sensor fotodioda array. Pengujian sensor menggunakan langkah yang sama untuk mengetahui perbandingan  keluaran  dari  ketiga  sensor. Pengujian  ketiga  sensor  dilakukan    di    luar ruangan  pada  pukul 09.00 hingga pukul 15.00. Pengukuran  dilakukan  dengan  interval  waktu satu  jam  dari  pukul  09.00  sampai  15.00. Pengukuran  ini  dilakukan  untuk  menentukan intensitas  cahaya  matahari  dan  keluaran  dari ketiga  sensor  tersebut  pada  saat  terbit  hingga terbenamnya matahari.

## B. Perancangan dan Perangkaian Sistem
Perancangan  sistem  diawali  dengan  pembuatan diagram blok sistem. Diagram blok ini bertujuan untuk  memudahkan  membuat  program  perintah dalam  perangkat  lunak,  memahami  alur  kerja sistem,  dan  memudahkan  dalam  merancang sistem.  Diagram  blok  sistem  dapat  dilihat  pada Gambar 12.
Gambar 12. Diagram Blok Sistem
Pada  bagian  sensor,  digunakan  sebanyak  empat buah sensor yang digunakan untuk mendapatkan arah      posisi      mata    angin timur    ke    barat. Keempat    sensor  diletakkan  berdekatan  akan dibatasi  dengan  sekat.  Prinsip  kerja  sensor dilakukan  secara  berpasangan  dimana  hasil pembacaan  sensor  1  dan  2  digunakan    untuk mengubah  posisi  ke arah barat, sensor 3 dan 4 digunakan  untuk  mengubah  posisi  ke  arah timur.

## Gambar 13. Rancangan Posisi Sensor
Bagian  penggerak  sistem  menggunakan  motor servo.  Lengan  servo  menunjukkan  perubahan posisi  arah  pergerakan  matahari  dari  timur  ke barat. Sedangkan sistem  penggerak  perubahan posisi  selatan  atau  utara  dilakukan  dengan memiringkan  panel  sesuai  dengan  posisi  sudut deklinasi  matahari  dan  garis  lintang  tempat pengujian.

## Gambar 14. Rancangan Pergerakan Motor Servo
Bagian  terakhir  adalah  perangkaian  sistem tracking  panel  surya  dimana  arduino  menjadi pengendali  dari  sistem  ini.  Berikut  ini  adalah skema rangkaian dari tiga sensor yang berbeda.
Gambar 15. Skema Rangkaian dengan Sensor LDR
Gambar 16. Skema Rangkaian dengan Sensor fotodioda
Gambar  17.  Skema  Rangkaian  dengan  Sensor  Fotodioda array

## C. Pembuatan Program Arduino
Program Arduino dibuat menggunakan Arduino IDE.      Arduino      IDE      adalah  sebuah  editor yang  digunakan  untuk  menulis  program, compile,  dan  mengunggah  ke  mikrokontroler arduino  uno.  Program  yang  dibuat  di  dalam arduino  memiliki  tiga  fungsi  utama  sebagai pengendali  sistem  yaitu,  pembacaan    hasil pengukuran    masing- masing  sensor  terhadap intensitas cahaya, mengolah data sensor menjadi posisi  terhadap  arah  mata  angin  timur  ke  barat, dan mengendalikan aktuator sesuai dengan hasil pengolahan  data  sensor.  Adapun  diagram  alir program dapat dilihat pada Gambar 18.
Start Inisialisasi variabel dan library Setup pin, data serial Pembacaan data sensor Sensor1, Sensor2, Sensor3, Sensor4 Perubahan data menjadi Posisi AvgBarat =(Sensor1+Sensor2/2 AvgTimur =(Sensor3+Sensor4)/2 AvgTimur dan AvgBarat If AvgTimur > AvgBarat If AvgBarat > AvgTimur Servo ke arah timur Servo ke arah Barat Servo diam Selesai I/O sensor, library servo Pin servo, data serial, Variabel dan library Void setup Void loop Ya Ya Tidak Tidak
Gambar 18. Diagram Alir Program

## D. Pengujian Sistem
1. Pengujian Akurasi Sistem Tracking
Tahap  ini  akurasi  sistem  tracking  diuji menggunakan    sensor    LDR,    fotodioda,  dan fotodioda  array.  Pengujian  ini  dilakukan  untuk menentukan  sistem  tracking  dengan  sensor mana  yang  memiliki  akurasi  paling  baik. Pengujian  sistem    tracking    dilakukan    secara langsung terhadap matahari.
Sistem  tracking  diuji  dalam  ruangan  terbuka yang  cukup  terkena  sinar  matahari  dari  pukul 09.00-15.00 WIB. Dalam pengujian, pengukuran  yang  dilakukan  adalah  pengukuran sudut  yang  dihasilkan  pergerakan  panel, pengukuran  bayangan  benda  tegak  lurus,  dan pengukuran intensitas cahaya matahari. Pengukuran  dilakukan  dengan  interval  waktu satu    jam.    Sebelum    melakukan pengukuran, tahap  awal  yang  dilakukan  adalah    mengetahui deklinasi    matahari  dan  posisi  garis  lintang tempat  pengujian.  Hal  ini  dilakukan  untuk menentukan  kemiringan  sistem  tracking  dan kemiringan  benda  tegak  lurus.      Hasil pengukuran  sudut  panel  dan  sudut  matahari akan  diolah  untuk  mencari  nilai  akurasi  dan error. Nilai akurasi suatu sistem didapatkan dari perhitungan  nilai  bias  dan  standar  deviasi.  Bias dan  standar  deviasi  dapat  dilihat  dalam persamaan berikut.
x x Bias benar   (1)
1 ) ( 1 2      N x x N i i  (2)
dimana x benar merupakan  nilai   sudut matahari dan x merupakan  rata-rata  data  pengukuran. Nilai x i merupakan  data  ke-i dan N adalah jumlah pengambilan data.
Menentukan  besarnya  akurasi  dan  error  dapat dilihat pada persamaan berikut.
% 100 3 1           benar x bias Akurasi  (3) % 100 3          benar x bias error  (4)
2. Pengujian      Perubahan      Daya      Panel Tanpa Tracking dan Tracking Panel
Pada  tahap  kedua,  pengujian  perubahan  daya dilakukan  dalam  dua  keadaan  yaitu  keadaan panel tanpa tracking dan panel dengan tracking. Sebelum  dilakukan  pengujian,    masing-masing sistem tracking diukur konsumsi daya pemakaiannya. Sistem tracking yang digunakan merupakan  sistem  yang  memiliki    akurasi    dan konsumsi    daya  yang  efisien.  Sistem  yang memiliki  akurasi  baik  dan  konsumsi  daya efisien  digunakan  dalam  pengujian  perubahan daya  panel.  Skema  pengujian  perubahan  daya panel  surya  dapat  dilihat  pada Gambar  19. Beban yang digunakan adalah variasi resistor. Pengujian  dilakukan dengan meletakkan sistem panel tanpa tracking dan sistem tracking secara sejajar.  Panel  tanpa tracking diletakkan  tegak lurus ke arah jam optimal penyinaran yaitu jam 12.00.  Sistem tracking panel  diletakkan menghadap  timur  dan  barat  untuk  mengikuti arah  matahari.  Sistem tracking dimiringkan pada  sudut  tertentu  sesuai  dengan  sudut deklinasi  matahari dan  sudut    lintang    tempat pengujian.  Pengujian    dilakukan    dari    jam 09.00-15.00  WIB  dengan  variasi  pengukuran satu  jam.  Setiap  satu  jam  nilai  tegangan,  arus dan  intensitas  matahari  dicatat.  Hasil  dari pengukuran  nantinya  membandingkan      hasil keluaran      panel tanpa  tracking  dan  keluaran panel  dengan tracking yang  sudah  dikurangi konsumsi daya pemakaiannya.

## Gambar 19. Skema Pengujian Efisiensi Panel Surya

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Pengujian  Sensor  LDR,  Fotodioda,  dan Fotodioda Array
Pengujian    ini dilakukan    untuk  mengetahui respon  keluaran  dari  ketiga  sensor.  Respon keluaran  sensor  LDR  dan  fotodioda  berupa hambatan  dan  fotodioda  array  berupa  sinyal digital frekuensi. Sebelum dilakukan pengukuran, sensor LDR dan fotodioda dihubungkan dengan rangkaian pembagi tegangan  sehingga  keluaran  sensor  menjadi tegangan.  Sedangkan  sensor  fotodioda  array diatur sensitivitas sebesar 1x dan skala keluaran 100x.  Kaki  sensitivitas  S0  dan  kaki  skala frekuensi S2 dan S3 dihubungkan secara paralel, sedangkan  sensitivitas  S1  dihubungkan        ke ground. Rangkaian pengujian yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 20.

## Gambar 20. Hasil Rangkaian Pengujian Sensor
Berikut  ini  adalah  tabel  dan  grafik  hasil pengujian sensor LDR, fotodioda, dan fotodioda array.

## Tabel 2. Hasil Pengujian Respon Sensor
NO JAM Keluaran LDR (Volt) Keluaran Fotodioda (Volt) Keluaran Fotodioda Array (KHz) Intensitas Cahaya (10² Lux) 1 9:00 3,70 4,87 4,87 305,4 2 10:00 3,82 4,76 4,86 361,8 3 11:00 3,85 4,86 4,86 486,4 4 12:00 3,93 4,74 4,88 539,0 5 13:00 3,89 4,76 4,86 504,6 6 14:00 3,84 4,84 4,84 441,6 7 15:00 3,67 4,84 4,84 297,8

## Gambar 21. Perubahan intensitas Cahaya terhadap Waktu
Hasil  pengujian  intensitas  cahaya  terhadap waktu  pada Gambar 21 menunjukkan  nilai keluaran intensitas bergantung waktu dan  sudut yang  dihasilkan.      Nilai      intensitas      maksimal pada  jam  12.00  WIB      sebesar  539  10²  Lux karena  pada  jam  tersebut  intensitas  cahaya matahari  jatuh  tepat  tegak  lurus  dengan Luxmeter.  Semakin  mendekati  arah  tegak  lurus luxmeter  maka  nilai  intensitas  cahaya  matahari semakin besar.

## Gambar 22. Keluaran Sensor LDR

## Hasil pengujian sensor LDR yang terdapat pada
Gambar  22.  menunjukkan  keluaran  sensor LDR bergantung pada intensitas yang diterimanya. Pengukuran pertama nilai
intensitas  kecil  sebesar 169  10² Lux, keluaran LDR  sebesar  3,4 V.  Keluaran  LDR  cenderung meningkat  sampai intensitas tertinggi sebesar 549  10²  Lux,  keluaran  LDR  sebesar  3,93 V. Hasil  ini  cukup  linier  karena  nilai  tegangan sangat bergantung pada intensitas yang diterimanya.
Gambar 23. Hasil Keluaran Sensor Fotodioda
Hasil  pengujian  sensor  fotodioda  menunjukkan nilai  keluaran  fotodioda  cenderung  fluktuatif. Pengukuran  awal  dengan  intensitas  169  10² Lux  nilai  fotodioda  mencapai  4,86  V.  Nilai keluaran  tertinggi fotodioda  terdapat  pada intensitas  539  10²  Lux  mencapai  4,88  V. Sedangkan nilai terendah terdapat pada intensitas 441,6  10² Lux dan 297  10² Lux yaitu sebesar  4,84  V.  Nilai  yang  cukup  tinggi  ini dikarenakan  fotodioda  dilapisi  oleh  lensa fresnel.  Lensa  ini  akan  menyerap  intensitas cahaya di segala arah kemudian masuk ke dalam sensor fotodioda. Hal ini menyebabkan perbedaan  intensitas  cahaya  tidak terlalu
berpengaruh, karena penyerapan fotodioda yang menggunakan lensa fresnel.
Gambar 24. Hasil Keluaran Sensor Fotodioda array
Hasil      pengujian      sensor      fotodioda  array menunjukkan  meningkatnya  nilai  intensitas cahaya  diikuti  dengan  meningkatnya  nilai keluaran  sensor  fotodioda  array.  Nilai  keluaran fotodioda array terkecil adalah 13,22 KHz pada intensitas  169,2  10²  Lux  dan  cenderung  naik sampai 71,67 KHz pada intensitas 539  10² Lux. Kemudian  nilai  kembali  turun    pada    58,59 KHz    pada    intensitas  504,6  10²  Lux  dan kembali  naik  ke  70,30  KHz  pada  intensitas 441,6  10²  Lux.  Nilai  keluaran    kembali    turun sampai 12,91  KHz  pada  intensitas  181  10²
Lux. Dari hasil data grafik, nilai keluaran sensor fotodioda  array  dominan  meningkat  diikuti dengan    peningkatan    nilai  intensitas  cahaya matahari.
Berdasarkan  hasil  pengujian  sensor,  sensor yang  memiliki  respon  baik  terhadap  intensitas adalah  LDR.  Hal  ini  dikarenakan  hasil  respon LDR  cukup  linier  antara  keluaran  sensor  dan intensitas  cahaya.  Sensor kedua  adalah sensor fotodioda  array.  Sensor  ini  secara  dominan cukup  linier  dan  hanya  terdapat  satu  error respon  keluaran sensor.  Sensor  ketiga  adalah sensor  fotodioda.  Sensor  ini  tidak  terlalu direkomendasikan karena memiliki respon yang fluktuatif  dibandingkan  sensor  LDR  dan  sensor fotodioda array.

## B. Perancangan dan Perangkaian Sistem
Perancangan   dan   perangkaian sistem terdiri dari        bagian        sensor,        bagian  penggerak sistem        dan        perangkaian  sistem.      Sistem dibuat      menggunakan  bahan  plat  besi.  Berikut ini adalah sistem tracking panel surya yang telah dibuat.
Gambar 25. Sistem Tracking Panel Surya

## 1. Pembuatan Program Arduino
Program  sistem  tracking  dibuat  menggunakan program  Arduino  IDE,  selanjutnya  diunggah dari personal computer ke board Arduino Uno. Program  yang  diunggah  ini  terdiri  dari  tiga bagian  perintah  yaitu,  bagian  inisiasi  variabel dan library,  inisiasi setup dan  inisiasi loop. Program yang dibuat disesuaikan dengan ketiga sensor.
(a) (b)

## (c)
Gambar 26. (a) inisiasi variabel dan library Fotodioda, (b) inisiasi  variabel  dan  library  LDR,  (c)  inisiasi  variabel  dan library Fotodioda Array
Bagian  inisiasi  variabel  dan  library  ini  adalah pendefinisian motor servo dan pembacaan input output sensor.
(a) (b)
Gambar  27.  (a)  Bagian  Setup  LDR  dan Fotodioda,  (b)
Bagian Setup Fotodioda Array
Bagian  setup  merupakan  bagian  yang  di eksekusi sekali pada awal program berjalan.
(a)
(b) (c)
Gambar  28.  (a)  inisiasi  loop  LDR,  (b)  inisiasi loop Fotodioda, (c) inisiasi loop Fotodioda array
Bagian  inisiasi loop merupakan    bagian  yang akan  diulang  terus  menerus  selama  program bekerja.  Fungsi  utama  sistem  tracking  berada pada inisiasi loop. Fungsi utama sistem tracking adalah  membaca  hasil  pengukuran  masing- masing  sensor  terhadap      intensitas      cahaya, mengolah  data  sensor  menjadi  posisi  terhadap arah  mata  angin  timur  ke  barat,  dan
mengendalikan  aktuator  sesuai  dengan  hasil pengolahan data sensor.

## 2. Pengujian Sistem

## Pengujian Sistem Tracking Menggunakan Sensor LDR
Pengujian  dilakukan  pada  tanggal  7  Juli 2018 pada  sudut  deklinasi  matahari  sebesar    22,59 ˚ dan    sudut    garis    lintang selatan  sebesar  7,4 ˚ sehingga  kemiringan  total  29,99 ˚.  Sistem tracking  dan  benda  dimiringkan  pada  sudut 29,99 ˚  menghadap  utara.  Setiap  jam  nilai  sudut pada  sistem  tracking,  intensitas  cahaya  dan panjang  bayangan  benda  dicatat.  Hasil  dari pengukuran  yang  dilakukan  digunakan  untuk memperoleh  sudut  matahari,  bias,  error  dan akurasi. Berikut hasil pengujian sistem tracking panel menggunakan sensor LDR.
Tabel  3.  Hasil  Pengujian  Sistem  Tracking  Panel Menggunakan Sensor LDR
Jam Intensitas Cahaya Matahari (10² Lux) Sudut Panel ( ˚) Sudut Elevasi Matahari ( ˚) Bias ( ˚) Error (% ) Akurasi (% ) 9:00 429 50,00 51,41 1,41 8,57 91,43 10:00 546 64,00 65,22 1,22 5,12 94,88 11:00 708 76,80 78,18 1,38 4,97 95,03 12:00 724 92,40 91,82 0,58 4,36 95,64 14:00 640 120,40 119,44 0,96 3,05 96,95 15:00 370 133,60 131,48 2,12 2,86 97,14 Rata-rata 1,28 4,82 95,18
Berdasakan  hasil  pengujian,  sistem  tracking menggunakan sensor LDR bekerja dengan baik. Sistem  tracking  dapat  mengikuti  pergerakan matahari  dari  jam  09.00-15.00  WIB.  Sistem tracking dapat  bekerja  dengan  baik  sehingga menghasilkan nilai bias sebesar 1,28 ˚. Nilai bias merupakan nilai perbandingan nilai sudut panel dengan  sudut  elevasi  matahari.  Sistem  tracking dengan  sensor  LDR  ini  memiliki  akurasi  yang cukup baik yaitu 95,18% dan nilai error sebesar 4,82%.

## Pengujian Sistem Tracking Menggunakan Sensor Fotodioda
Pengujian  sistem  tracking  sensor  fotodioda diawali  dengan  memberikan  penutup  pada
kepala  fotodioda  hingga  hanya  puncak  kepala fotodioda  yang  dapat  menerima  sinar.  Hal  ini dilakukan untuk  mengurangi    terjadinya    bias pada sensor.
Pengujian    dilakukan    pada    tanggal    6 Juli 2018 pada sudut deklinasi 22,7 ˚ dan sudut garis lintang  selatan  7,4 ˚  sehingga  kemiringan  total 30,1 ˚.  Sistem  tracking  dan  benda  dibuat  miring pada  sudut  30,1 ˚  menghadap  utara.  Setiap  jam nilai  sudut  pada  sistem  tracking,  intensitas cahaya  dan  panjang bayangan  benda  dicatat. Hasil dari pengukuran yang dilakukan digunakan  untuk  memperoleh  sudut  matahari, bias,  error  dan  akurasi.  Berikut  hasil  pengujian sistem  tracking  panel  menggunakan  sensor fotodioda.
Tabel  4. Hasil  Pengujian  Sistem  Tracking Panel
Menggunakan Sensor Fotodioda Jam Intensitas Cahaya Matahari (10² Lux) Sudut Panel ( ˚) Sudut Elevasi Matahari ( ˚) Bias ( ˚) Error (% ) Akurasi (% ) 9:00 525 42,20 51,54 9,34 22,99 77,01 10:00 591 65,00 62,80 2,20 8,29 91,71 11:00 676 76,80 75,54 1,26 6,85 93,15 12:00 718 96,00 89,89 6,11 6,79 93,21 14:00 183 121,80 117,88 3,92 6,12 93,88 15:00 401 127,60 132,08 4,48 4,63 95,37 Rata-rata 4,55 9,28 90,72
Berdasakan  hasil  pengujian,  sistem  tracking menggunakan  sensor  fotodioda  bekerja  dengan cukup  baik.  Terdapat  nilai  error  yang  cukup besar yaitu 22,99% pada pengukuran jam 09.00 dimana sudut panel yang terukur sebesar 42.20 ˚ sedangkan  sudut  matahari  sebesar  51,54 ˚. Sistem  masih  dapat  membaca  pergerakan matahari  dengan  baik  pada  intensitas 183x10² Lux  dengan  akurasi  sensor  sebesar  93,88%. Sistem  memiliki  akurasi  sebesar  90,72%  dan error sebesar 9,28%. Nilai akurasi ini lebih kecil dari sistem tracking menggunakan sensor LDR.

## Pengujian Sistem Tracking Menggunakan Sensor Fotodioda Array Merk TSL230R
Pengujian  sistem  tracking  menggunakan  sensor fotodioda  array  dilakukan  pada  tanggal 22  Juli 2018 dengan  sudut deklinasi  matahari  sebesar 20,24 ˚    dan sudut  garis  lintang  selatan  sebesar 7,4 ˚ sehingga sudut total menjadi 27,64˚. Sistem
tracking  dibuat  miring  pada  sudut 27,64 ˚ menghadap  utara.  Setiap  jam  nilai  sudut  pada sistem  tracking, intensitas  cahaya  dan  panjang bayangan  benda  dicatat.  Hasil  dari  pengukuran yang  dilakukan  digunakan  untuk  memperoleh sudut  matahari,  bias,  error  dan  akurasi.  Berikut hasil pengujian sistem tracking panel menggunakan sensor fotodioda array.
Tabel 5.  Hasil  Pengujian  Sistem  Tracking  Panel Menggunakan Sensor Fotodioda Array
Jam Intensitas Cahaya Matahari (10² Lux) Sudut Panel ( ˚) Sudut Elevasi Matahari ( ˚) Bias ( ˚) Error (% ) Akurasi (% ) 9:00 436,2 50,40 49,74 0,66 9,41 90,59 10:00 588,2 64,00 64,69 0,69 8,40 91,60 11:00 672,8 76,20 75,84 0,36 3,79 96,21 12:00 724,2 89,20 90,00 0,80 5,23 94,77 14:00 416,6 117,40 117,88 0,48 3,31 96,69 15:00 479 128,60 129,56 0,96 2,81 97,19 Rata-rata 0,66 5,49 94,51
Berdasarkan  hasil  pengujian,  sistem tracking menggunakan  sensor  fotodioda array bekerja dengan  baik.  Terlihat  pada Tabel  5.  nilai  sudut panel  sangat  mendekati  nilai  sudut  matahari sehingga  nilai  bias  nya  hanya  sebesar  0,66 ˚. Nilai  rata-rata  akurasi  sistem  tracking    dengan sensor fotodioda array sebesar 94,51% dan error sebesar 5,49%.

## Pengujian  Perubahan  Daya  Sistem  Panel Tanpa Tracking dan  Sistem  Panel  dengan Tracking
Pengujian  ini  dilakukan  untuk  mengetahui perbedaan  keluaran  daya  pada  panel  kedaan tanpa  tracking  dan  panel  keadaan  tracking. Sistem tracking yang digunakan dalam pengujian  ini  adalah  sistem  tracking  yang memiliki  akurasi  yang  baik  dan  konsumsi  daya yang  efisien.  Masing-masing  sistem  tracking diukur  nilai  pemakaian  konsumsi  dayanya. Berikut  hasil  pengukuran  konsumsi  daya masing-masing sistem
Tabel 6.  Hasil  Pengujian  Konsumsi  Daya Masing-masing Sistem Tracking
V (volt) I (mA) Konsumsi Servo Konsumsi Total Daya Total (watt) V (volt) I (mA) V (volt) I (mA) Konsumsi Arduino LDR 4,82 60,8 4,97 81,43 4,90 142,23 0,70 Konsumsi Arduino Fotodioda 4,88 46,36 4,97 81,43 4,93 127,79 0,63 Konsumsi Arduino Fotodioda Array 4,92 38,2 4,97 81,43 4,95 119,63 0,59
Berdasarkan Tabel  6.  konsumsi  daya  masing- masing  sistem  yaitu,  daya  sistem  tracking menggunakan  sensor  LDR  sebesar  0.7  watt, daya  sistem  tracking  menggunakan    sensor fotodioda    sebesar  0.63  watt  dan  daya  sistem tracking  menggunakan  sensor  fotodioda  array sebesar  0.59  watt.  Dari  hasil  ini  nilai  sistem tracking  menggunakan  sensor  fotodioda  array memiliki  nilai  yang  lebih  efisien  dibandingkan sistem  tracking  dengan      sensor      LDR      dan fotodioda.  Dalam  pengujian  akurasi,  sistem tracking dengan  sensor  LDR  memiliki  akurasi sebesar  95,18%,  sistem  tracking  dengan  sensor fotodioda    memiliki    akurasi  sebesar  90,72%, dan  sistem  tracking  dengan  sensor  fotodioda array memiliki akurasi sebesar 94,51%. Berdasarkan  hasil  data,  sistem  tracking  dengan sensor  fotodioda  array  memiliki  akurasi  yang cukup  baik  dan  konsumsi  daya  yang  efisien sehingga  sistem  ini  digunakan  dalam  pengujian efisiensi  sistem  panel  statis  dan  sistem  tracking panel.
Pengujian  dilakukan  dengan  meletakkan sistem panel tanpa tracking dan sistem tracking secara  sejajar.  Panel  tanpa  tracking  diletakkan tegak  lurus  ke  arah  jam  optimal  penyinaran yaitu  jam 12.00.  Sedangkan  sistem  tracking panel  diletakkan  menghadap  timur  dan  barat untuk mengikuti arah matahari. Sistem tracking dimiringkan  pada  sudut  tertentu  sesuai  dengan sudut  deklinasi  matahari  dan  sudut  lintang tempat  pengujian.  Pengujian    dilakukan    dari jam    09.00-15.00  dengan  variasi  pengukuran satu  jam.  Setiap  satu  jam  nilai  tegangan,  arus dan  intensitas  matahari  dicatat.  Pengujian  yang dilakukan  menggunakan  variasi  beban  resistor dari  47,  56,  68,  82,  dan  103 Ω.  Hasil  dari pengukuran  nantinya  membandingkan  hasil keluaran  panel  tanpa  tracking  dan  keluaran sistem tracking yang sudah dikurangi konsumsi daya  pemakaiannya.    Berikut  ini  adalah  hasil
pengukuran      sistem      panel      surya  tanpa tracking dan sistem tracking panel.
Tabel 7.  Hasil  pengukuran  keluaran  sistem  panel  tanpa tracking dan sistem tracking panel
Jam Intensitas Cahaya
Matahari Beban 47 Ω Sistem Tracking Sistem Statis
V (volt) I (A) Daya (watt) V (volt) I (A) Daya (watt) 9:00 455 17,58 0,37 6,51 15,56 0,33 5,13 10:00 581 17,62 0,37 6,52 16,83 0,35 5,92 11:00 651 17,70 0,37 6,55 17,08 0,36 6,15 12:00 768 17,47 0,38 6,64 17,36 0,36 6,25 13:00 750 17,74 0,38 6,74 17,48 0,36 6,26 14:00 651 17,34 0,38 6,52 16,64 0,34 5,72 15:00 451 17,73 0,38 6,77 15,57 0,33 5,14 Rata-rata 17,60 0,38 6,61 16,64 0,35 5,80
Berdasarkan  pengukuran  yang  dilakukan,  nilai keluaran  panel  surya  optimal  pada  beban  47 Ω. Dapat  dilihat  dari  tabel,  daya  keluaran  panel sistem tracking pada pagi dan sore hari memiliki selisih  yang  cukup  besar  dibandingkan  dengan keluaran sistem statis panel. Hal ini dikarenakan perbedaan  sudut  datang  yang  diterima  sistem tracking  panel  dan  sistem  statis  panel.  Daya keluaran rata- rata sistem tracking panel sebesar 6,61  watt  dan  daya  keluaran  rata-rata  sistem tanpa  tracking  panel  sebesar  5,8  watt.  Daya keluaran rata-rata  sistem  tracking  panel  perlu dikurangi  dengan  konsumsi  daya  pemakaian yaitu  0,59  watt  sehingga  daya  keluaran  sistem tracking  panel  menjadi  6,02  watt.  Selisih  dari daya  keluaran  sistem  tracking  dengan  sistem tanpa  tracking  adalah  0,22  watt.  Hasil ini menunjukkan penggunaan panel sistem tracking lebih  baik  karena  terjadi  peningkatan  daya sebesar 0,22 watt.

## KESIMPULAN
Sistem tracking telah                dibuat menggunakan    sensor    LDR,    fotodioda,  dan fotodioda array. Sistem tracking dengan sensor LDR   memiliki   nilai akurasi sebesar 95,18%, sistem  dengan sensor  fotodioda  memiliki  nilai akurasi sebesar 90,72%, Sistem tracking dengan sensor  fotodioda  array  memiliki  nilai akurasi sebesar  94,51%.  Sistem  dengan menggunakan sensor   LDR memiliki akurasi   yang   paling bagus      daripada sistem      dengan      sensor fotodioda   dan fotodioda   array.   Penggunaan
sistem tracking      panel      surya      membuat peningkatan  daya  keluaran  panel  sebesar 0,22 watt    dibandingkan    dengan sistem  tanpa tracking.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] ESDM, Statistik    Ketenagalistrikan 2014
Edisi    No.    28    Tahun    Anggaran 2015. Jakarta:  Kementrian  Energi  dan Sumber Daya Mineral. (2015).
[2] Hardianto,  H.  E.,  &  Rinaldi,  R.  S., Perancangan  Prototype  Penjejak Cahaya Matahari      Pada      Aplikasi      Pembangkit Listrik, 2(2), 208 – 215 (2012).
[3] Tamimi,  S.,  Indrasari,  W.,  &  Iswanto,  B. H., Optimasi      Sudut      Kemiringan Panel Surya      Pada      Prototipe    Sistem Penjejak
Matahari Aktif, E-Journal Seminar Nasional Fisika 2016, V, 53 – 56 (2016).
[4] Arjyadhara,  P.,  Ali,  S.  M.,  &  Chitralekha, J., Analysis  of  Solar  PV  cell  Performance with Changing Irradiance and Temperature. International  Journal  Of  Engineering  And Computer Science, 2(1), 214 – 220 (2013).
[5] Yuwono,  B., Optimalisasi  Panel  Sel Surya dengan  Menggunakan  Sistem  Pelacak Berbasis Mikrokontroler AT89C51. Surakarta: Fakultas Matematika dan   Ilmu Pengetahuan Alam UNS Surakarta, (2005).
[6] Wiranatha,  Y.,  Kusuma,  J.,  Soedjarwanto, N.,  Trisanto,  A.,  &  Despa,  D., Rancang Bangun Penggerak Otomatis Panel Surya Menggunakan        Sensor  Photodioda Berbasis  Mikrokontroller  Atmega  16.
Jurnal  Rekayasa  Dan  Teknologi  Elektro, Vol.9 No.1, 11 – 20 (2015). [7] Pandiangan, J., Perancangan dan
Penggunaan    Photodioda    Sebagai  Sensor Penghindar  Dinding  pada  Robot Forklift.
Medan:    Fakultas    Matematika dan  Ilmu Pengetahuan  Alam  Univesitas Sumatera Utara (2007).
[8] Giancoli, D. C., Fisika Edisi Kelima Jilid 2. Jakarta: Erlangga. (2001).
[9] TAOS. TSL230R −LF, TSL230AR −LF, TSL230BR −LF Programmable  light-to- frequency converters.    Plano: TAOS  Inc. (2006).
[10] Haidar, A. M. A., Benachaiba, C., & Zahir, M. ,Software  interfacing  of  servo motor with  microcontroller.  Journal  of Electrical Systems, 9(1), 84 – 99 (2013).
[11] Everlight.  3mm  Photodiode  PD204-6C/L3. Everlight. (2010).