## DESAIN DAN KONSTRUKSI SISTEM KONTROL POSISI PADA PANEL SURYA DENGAN MENGGUNAKAN SMART PERIPHERAL

## CONTROLLER ( SPC ) -STEPPER MOTOR DAN PC-LINK USBER
As’ari 1) , Michael Kolondam 1)
1) Program Studi Fisika FMIPA Universitas Sam Ratulangi Jl. Kampus Unsrat Manado, 95115 e-mail:  As.ari2222@yahoo.co.id; mkolondam@yahoo.co.id

## ABSTRAK
Telah didesain dan dirancang sistem pengontrol posisi panel surya terhadap sinar datang cahaya matahari  dengan  menggunakan SPC-Stepper  Motor dan PC-Link  USB er,  sehingga  diperoleh posisi panel surya yang selalu tegak lurus arah sinar datang cahaya matahari. Pengontrolan bidang penampang (panel surya) dilakukan menggunakan motor-stepper yang diprogram dengan bahasa pemrograman assembly. Data yang digunakan sebagai input diperoleh dengan pengukuran sudut datang sinar matahari, sehingga posisi panel surya selalu tegak lurus terhadap sinar datang cahaya matahari.  Sistem  pengontrol  dapat  bekerja  pada step minimum  1 step (2,8°),  dengan  interval mulai dari 8 step sampai 50 step (pukul 07:00 sampai pukul 18:00).
Kata kunci : Motor stepper, panel surya, system control

## CONTROL SYSTEM DESIGN AND CONSTRUCTIONS  OF SOLAR PANEL BY USING SMART PERIPHERAL CONTROLLER (SPC)-STEPPER MOTOR AND PC-LINK USBER

## ABSTRACT
Solar panel position control system to coming ray directions of solar light have been designed and constructed  by  using  SPC-Stepper  Motor  and  PC-Link  USBer,  so  we  had  solar  panel  positions that  always  been  rectangular  to  coming  ray  directions  of  solar  light.  Cross  section  area  of  solar panel  controlled  by  using  motor-stepper  which  programmed  with  assembly  programming.  Data used as input found by  measuring of coming solar ray angles, so solar panel position always be rectangular to coming rays of solar lights. Contolled system could been done at minimum step of 1 steps (2.8 0 ),  the interval is 8 step to 50 step (at 07:00 to 18:00).
Keywords : Stepper motor, solar panel, control system

## PENDAHULUAN
Peningkatan  kebutuhan  akan  energi ini  mengakibatkan  semakin  berkurangnya ketersediaan  sumber  daya  alam  yang  ada, sehingga  manusia  dituntut  untuk  mencari sumber-sumber  energi  lain  yang  sedapat mungkin  sumber  energi  tersebut  dapat diperbaharui.  Seiring  perkembangan  ilmu, teknologi, dan industri energi surya merupakan  modal  dasar  yang  kuat  untuk dikembangkan sebagai sumber energi terbarukan  demi  mencapai  ketahanan  energi di masa mendatang (Leksono, 2010).
Salah  satu  energi  yang  paling diperlukan  oleh  manusia,  khususnya  di
Indonesia  adalah  energi  listrik.  Penyediaan energi  listrik  di  Indonesia  masih  tergolong rendah.  Data  DESDM  (Dinas  Energi  dan Sumber  Daya  Mineral)  baru  sekitar  66% masyarakat  Indonesia  menikmati  energi listrik.  Fakta  yang  terjadi  saat  ini  bahwa Indonesia mengalami keadaan dimana pasokan  listrik  tidak  dapat  memenuhi kebutuhan  masyarakat  sebagai  konsumen, energi  listrik  masih  terpusat  di  kota-kota besar,  bahkan  di  Sulawesi  Utara  sendiri belakangan  ini  krisis  listrik  begitu  terasa dengan  sering  diadakan  pemadaman  dari PLN (Leksono, 2010).
Beberapa  alternatif  utama  sumber energi  listrik  yang  tersedia  saat  ini  antara
lain:  memanfaatkan  energi  air  yang  dapat dimanfaatkan  untuk  memutar  turbin,  energi angin yang kekuatannya dapat membangkitkan  listrik,  dan  energi  matahari yang dihasilkan dengan penggunaan sel surya yang  mengubah  sinar  matahari  menjadi energi listrik melalui efek fotovoltaik.
Sumber  energi  matahari  merupakan salah  satu  sumber  energi  yang  dapat dikembangkan. Energi matahari telah dimanfaatkan  di  banyak  belahan  dunia  dan jika  dieksploitasi  dengan  tepat,  energi  ini berpotensi  mampu  menyediakan  kebutuhan konsumsi  energi  dunia  saat  ini  dalam  waktu yang  lebih  lama.  Matahari  dapat  digunakan secara  langsung  untuk  memproduksi  listrik. Untuk mengkonversi energi matahari menjadi energi  listrik  memerlukan  sel  surya  yang merupakan  bahan  semikonduktor  dengan menggunakan efek fotovoltaik. Menurut data Green  Peace  Indonesia  sumber  energi alternatif  ini  cukup  baik.  Berdasarkan proyeksi  dari  tingkat  arus  hanya  354MW, pada  tahun  2015  kapasitas  total  pemasangan pembangkit  tenaga  panas  matahari  akan melampaui  5000  MW.  Pada  tahun  2020, tambahan  kapasitas  akan  naik  pada  tingkat sampai  4500  MW  setiap  tahunnya  dan  total pemasangan  kapasitas  tenaga  panas  matahari di  seluruh  dunia  dapat  mencapai  hampir 30.000  MW,  cukup  untuk  memberikan  daya untuk 30 juta rumah(Anonim, 2010).
Salah satu cara untuk mengoptimalisasi kinerja  sel  surya  adalah  dengan  mencari posisi-posisi  dimana  bumi  menerima  panas yang  paling  maksimal  oleh  matahari  yaitu dengan  mencari  posisi  dimana  sinar  datang tegak lurus dengan bidang penampang, dalam hal  ini  panel  surya.  Dalam  penelitian  ini panel surya dikontrol dengan
menggunakan SPC-Stepper  Motor dan PC- Link USBer lewat program komputer. Alat ini diharapkan memberikan dampak yang positif dalam  perkembangan  ilmu  pengetahuan, khususnya  sebagai  bahan  pembelajaran. Pada  penelitian  ini  akan  dirancang  dan dibangun    anemometer  serta  dilakukan optimasi kerjanya.

## TINJAUAN PUSTAKA
Energi  panas  matahari  merupakan salah  satu  energi  yang  potensial  untuk dikelola  dan  dikembangkan  lebih  lanjut sebagai  sumber  cadangan  energi  terutama
bagi negara-negara yang terletak di khatulistiwa  termasuk  Indonesia,  dimana matahari  bersinar  sepanjang  tahun.  Energi matahari yang tersedia adalah sebesar 81.000 Terrawatt  sedangkan  yang  dimanfaatkan masih  sangat  sedikit  (Handoko,  1994). Sumber  energi  yang  melimpah  ini  jika dimanfaatkan  dengan  teknologi  yang  tepat maka  akan  dapat  membantu  memenuhi kebutuhan energi yang semakin meningkat.
Sel surya pada dasarnya adalah suatu elemen aktif yang mengubah cahaya matahari menjadi  energi  listrik.Pada  umumnya  satu keping sel surya mempunyai ketebalan 3 mm, tersusun  atas  kutub  positif  dan  negatif  yang terbuat  dari  irisan  bahan  semikonduktor. Prinsip  kerja  suatu  sel  surya  adalah  dengan memanfaatkan  efek  fotovoltaik,  yaitu  suatu efek  yang  dapat  mengubah  secara  langsung cahaya  matahari  menjadi  suatu  energi  listrik (Fonash, 2010).
Secara  ringkas,  ketika  sinar  matahari mengenai  permukaan  sel  surya,  energi  dari foton  akan  dimanfaatkan  untuk  membentuk pasangan  elektron  dan  lubang  ( hole )  yang merupakan pembawa muatan dalam semikonduktor.  Jika    dua  kutub  tersebut disambungkan  melalui  elektroda,  elektron akan  mengalir  ke  semikonduktor  tipe-n  dan lubang semikonduktor tipe-p ke beban/peralatan  listrik  (efek  fotovoltaik). Sebuah  sel  surya  dengan  pembangkit  listrik yang  lengkap  biasanya  telah  dibuat  dalam bentuk  modul  (panel  surya)  dan  dilengkapi dengan DC - ACInverter (Wenas, 1992). Panel surya dalam pengoperasiannya supaya efektif biasanya menggunakan sistem kontrol, sehingga  energy  yang  dihasilkan  akan  lebih besar.
Sistem kontrol adalah proses pengaturan  ataupun  pengendalian  terhadap satu  atau  beberapa  besaran  sehingga  berada pada suatu harga atau dalam suatu rangkuman harga tertentu. Komponen- komponen yang biasanya digambarkan dalam diagram  blok  adalah  kontroler,  elemen kontrol akhir, proses, sensor dan transmitter . Kontroler menggunakan mikro-
kontroler yang pada dasamya adalah komputer dalam satu chip , yang di dalamnya terdapat mikroprosesor, memori, jalur Input/Output (I/O)  dan  perangkat  pelengkap lainnya.  Kecepatan  pengolahan  data  pada mikrokontroler lebih rendah jika dibandingkan dengan Personal
Computer ( PC ). Pada PC
kecepatan mikroprosesor  yang  digunakan  saat  ini  telah mencapai  orde  GHz,  sedangkan  kecepatan operasi mikrokontroler pada umumnya
berkisar  antara  1  sampai  16  MHz.  Begitu juga kapasitas Random Access Memory ( RAM )  dan Read  Only  Memory ( ROM )  pada PC yang  bisa  mencapai  orde
Gbyte,  dibandingkan  dengan  mikrokontroler yang  hanya  berkisar  pada  orde  byte/Kbyte.
Meskipun  kecepatan  pengolahan  data  dan kapasitas  memori  pada  mikrokontroler  jauh lebih kecil jika dibandingkan dengan komputer  personal,  namun  kemampuan mikrokontroler  sudah  cukup  untuk  dapat digunakan  pada  banyak  aplikasi  terutama karena ukurannya yang kompak (Adi, 2010).
Pada panel surya ditempatkan sebuah motor yang berfungsi sebagi penggerak untuk merubah  posisinya. SPC-Stepper  Motor merupakan  merupakan  pengontrol motor- stepper yang  menggunakan I 2 C-bus sebagai jalur  penyampaian  data  sehingga  dapat  lebih menghemat dan mempermudah pengkabelan, selain itu SPC-Stepper Motor dapat digunakan secara paralel.

## METODE PENELITIAN
Alat yang digunakan adalah:
1. Catu Daya (9 V dan 5 V)
2. SPC-Stepper Motor
3. PC-Link USBer
4. Komputer, dengan spesifikasi :
a. Type : Acer 4736G
b. Processor :Intel ® Core TM 2
Duo
Processor T6600. 2.2 GHz
c. RAM : DDR3 3GB
d. Operating System : Windows © 7 Ultimate Edition, Service Pack 1. x86 (32 bit)
5. Motor-stepper
6. Busur derajat
7. Kabel :
a. Kabel USB ( Universal Serial Bus )
b. Kabel data
c. Kabel merah-hitam Rangkaian terdiri dari beberapa bagian
yang dirangkai seperti pada gambar 1.
Gambar 1 :Bagan rangkaian alat
Keterangan : 1) Catu Daya; 2) SPC-Stepper Motor; 3) PC- LinkUSB er;  4) Komputer/Laptop;  5) Motor- stepper
Pengambilan data sudut datang dilakukan  dengan  meletakkan  papan  panel surya  di  atas  sebuah  batang  besi  yang sudutnya  dapat  diubah-ubah,  sudut  datang matahari(θ)  diukur  dengan  busur  setiap  1 jam,  dari  pukul  07:00  sampai  pukul  18:00. Pengambilan data dilakukan selama 10 hari. Data  ini  dipakai  sebagai  input  data    dan diujicobakan pada sistem, selanjutnya dianalisis kerja dari sistem kontrol ini.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Desain Sistem Rangkaian
Blok  diagram  setiap  modul  yang digunakan  secara  keseluruhan  dapat  dilihat pada  Gambar  2.    Gambar  2  menunjukkan bahwa  terdapat  lima  modul  yang  dirangkai. Setiap  modul  dikoneksikan  dengan  kabel yang  berbeda-beda,  yang  ditandai  dengan angka  1  sampai  5  pada  kotak  dengan  garis putus-putus.
Gambar 2. Blok diagram sistem
Gambar 3.Tampilan program yang digunakan
Keterangan:
1. Tombol untuk buka/tutup koneksi PC-Link USBer
2. Pilihan arah putar motor-stepper
3. Pilihan mode kerja motor-stepper
4. Pemilihan untuk motor-stepper jenis bipolar dan unipolar
5. Pilihan untuk kondisi Lock
6. Tombol untuk menjalankan program
7. Jumlah Step putaran motor yang diinginkan
1. Koneksi 1, penyambungan ini menggunakan  kabel Universal  Serial Bus ( USB ).
2. Koneksi  2,  penyambungan  antara SPC- Stepper  Motor dengan PC-Link  USBer menggunakan kabel data.
3. Koneksi 3, penyambungan antara motor- stepper dengan SPC  Stepper-Motor menggunakan kabel data.
4. Koneksi  4  dan  5,  penyambungan  antara SPC-Stepper Motor dan PC-Link USBer dengan catu daya masing-masing
menggunakan  kabel  yang  baik  untuk menghantarkan  listrik.Yang  terpenting yang  harus  diperhatikan  adalah  warna
pembeda  untuk  masing-masing  kutub. Jangan  sampai  tertukar  karena  akan menyebabkan  kerusakan  alat.  Tabel  1 menunjukkan  penyambungan  catu  daya dengan SPC-Stepper Motor dan PC-Link USBer .
Tabel    1.Koneksi  catu  daya  dengan  masing- masing komponen No Catu Daya Komponen 1 +5 V SPC-Stepper Motor PC-Link USBer 2 + 9 V Motor-stepper
1 2 3 4 5 6 7
Untuk  mengendalikan motor-stepper maka  perlu  dilakukan  pemrograman  lewat komputer.    Tampilan  program  pada  layar monitor seperti pada Gambar 3.
Uji Pengontrolan Motor-stepper
Pengujian pengontrolan motor- stepper dilakukan dengan interval 5 step . Step menunjukan  besarnya  perubahan/pergeseran sudut  dalam  satu  kali  perubahan.  Pengujian dilakukan  untuk  mengetahui  berapa  besar sudut  yang  dihasilkan    setiap step nya.Hal ini perlu  dilakukan  karena  spesifikasi  yang tercantum  di  alat  sering  tidak  sesuai  dengan hasil  pada  pengukuran.  Pengujian  dilakukan tiga kali untuk masing-masing step , kemudian  diambil  nilai  rata-ratanya.  Derajat per step dihitung  dengan  cara  uji  derajat perubahan sudut dengan banyaknya step . Kecenderungan step terhadap  sudut  yang dihasilkan  diketahui  dengan  membuat  grafik step terhadap sudut rata-rata (gambar 4 ).
Gambar 4. Grafik uji pengontrolan motor- stepper
Gambar 4 menjelaskan bahwa motor- stepper yang  digunakan  memiliki  derajat perputaran  yang  semakin  besar  apabila step semakin besar.

## Data Sudut Datang Sinar Matahari
Pengambilan  data  sudut  datang  sinar matahari  yang  tegak  lurus  terhadap  bidang penampang  (panel  surya)  yang  didapat melalui  pengukuran,  dilakukan  di  Badan Meteorologi  Klimatologi  dan  Geofisika (BMKG)  Stasiun  Klimatologi  Kayuwatu selama 10 hari dari tanggal 04 Juli sampai 15 Juli  2011.  Pengukuran  menggunakan  busur
serta  beberapa  alat  bantu  agar  posisi  panel surya  yang  tegak  lurus  dengan  sinar  datang dapat ditentukan.
Data pengukuran sinar datang cahaya matahari  yang  telah  diukur,  selanjutnya dihitung  nilai  rata-rata  perubahan  sudut  serta nilai  selisih  untuk  perubahan  sudut  setiap jamnya.  Perubahan  posisi  matahari  terbesar terjadi  pada  saat  pukul  16:00  sampai  pada pukul  17:00  yaitu  sebesar  21°,  sedangkan perubahan  posisi  matahari  yang  paling  kecil, terjadi  pada  saat  pukul  11:.00  sampai  pada pukul 12:00 yaitu sebesar 10,5°. Pada kolom selisih  sudut  Tabel  2.  dapat  dilihat  bahwa pergerakan  matahari  pada  siang  hari  lebih kecil  dan  menjadi  semakin  besar  pada  sore hari.

## Penentuan Jumlah Step
Menurut  data  pengukuran  sinar datang cahaya matahari, maka dapat ditentukan  berapa  jumlah step yang  akan digunakan  sebagai  nilai input ke  dalam program.  Menentukan  jumlah step yang digunakan  digunakan  Gambar  6.  yang menunjukkan grafik derajat/ step , dengan nilai axis dan ordinatnya ditukar.
Gambar 5. Grafik penentuan step
Gambar  5.  menunjukkan  bahwa dengan  persamaan  ( y )  dapat  ditentukan besarnya step yang  akan  digunakan  pada setiap  jam.  Hasil  jumlah step dibulatkan (Tabel  2)  agar  supaya  dapat  di- input pada program, karena motor-stepper hanya membaca nilai yang telah dibulatkan.
0 50 100 150 200 0 20 40 60 R at a- R at a Sud u t ( °) Step Grafik Rata-Rata Perubahan Sudut terhadap Step Derajat/ Step y = 0.264x + 2.576 0 10 20 30 40 50 60 0 100 200 St ep Rata-Rata Sudut ( °) Derajat/St ep Linear (Derajat/S tep)
Tabel 2. Jumlah step untuk setiap jam
Waktu Rata-rata Sudut Jumlah Step (dibulatkan) 07:00 22 8 08:00 38,5 13 09:00 54 17 10:00 68,5 21 11:00 79,5 24 12:00 90 26 13:00 101 29 14:00 112,5 32 15:00 124,5 36 16:00 140,5 40 17:00 161,5 45 18:00 180 50
Tabel  2.  digunakan  untuk  mengontrol suatu motor-stepper agar dapat bekerja sesuai dengan  pengontrolan  yangdiinginkan,  yaitu melalui SPC-Stepper  Motor dan PC-Link USBer .

## Uji Sistem Secara Keseluruhan
Catu daya dinyalakan untuk menyuplai listrik  pada  setiap  modul.  Komputer  akan mendeteksi  adanya  koneksi  melalui USB dengan  memakai PC-Link  USBer apabila driver  FTD2XXUN  telah  diinstal , koneksi berhasil  apabila  ada  tampilan  “ Found
NewHardware ”  pada  layar  komputer  serta ada  bunyi  notifikasi  bahwa  komputer  sedang dihubungkan  lewat USB .  Jika  tampilan  serta bunyi  tersebut  tidak  ada,  maka  harus  dicek lagi  pengkoneksian  setiap  modul  yang menandakan adanya
kesalahan pengkoneksian.  Ditekan  tombol  “Connect” pada program yang telah dibuat. Selanjutnya,
diberikan  masukkan  data  jumlah  step  yang sebelumya  telah  ditentukan  (Tabel  3.).  Saat dimasukkan  nilai  jumlah  step  dan  mengklik „”Run”,  maka  sinyal-sinyal  data  digital dikirim  lewat  laptop  yang  selanjutnya  diolah pada  pengontrol SPC-Stepper  Motor yang telah memiliki D/A converter untuk mengubahnya  menjadi  sinyal-sinyal  analog yang  melewati pin A-D  pada motor-stepper , sehingga motor-stepper dapat bergerak sesuai perintah  data  tersebut.  Setelah  semuanya diproses,  maka motor-stepper dapat  bekerja dengan baik.
Tabel  3.  Nilai input jumlah step pada program
Waktu Nilai Input Jumlah Step Pada Program Waktu Nilai Input Jumlah Step Pada Program 07:00 8 13:00 3 08:00 5 14:00 3 09:00 4 15:00 4 10:00 3 16:00 4 11:00 3 17:00 5 12:00 2 18:00 5
Pada Tabel 3. memberikan nilai-nilai step sebagai  masukkan/ input program,  yang memiliki  rentang  50 step dengan  waktu  11 jam (pukul 07:00 – pukul 18:00). Jumlah step paling  kecil  yaitu  pada  pukul  12:00  (2 step ) dan  paling  besar  adalah  pada  pukul  07:00  (8 step ), hal ini disebabkan karena program baru dijalankan  pada  pukul  07:00  dari  saat program  tersebut  pada  posisi  tidak  bekerja, sedangkan  nilai step paling  besar  pada  saat program  mulai  berjalan,  yaitu  terjadi  pada pukul  08:00,  17:00,  dan  18:00  (5 step ).
Gambar  6  menunjukkan  grafik  kecen- derungan  nilai  jumlah step yang  kecil  pada siang hari dan besar pada pagi dan sore hari.
Gambar 6. Grafik input jumlah step pada program
Kecenderungan ini disebabkan karena  sudut  datang  sinar  matahari  yang sama,  pada  pagi  hari  atau  sore  hari  sinar matahari  menempuh  lintasan  di  permukaan bumi  lebih  panjang  dibandingkan  pada  siang hari.
0 2 4 6 8 10 7: 00 8: 00 9: 00 10 :00 11: 00 12: 00 13: 00 14: 00 15: 00 16: 00 17: 00 18: 00 Ju m lah S te p Waktu Nilai Masukan Jumlah Step Pada Program

## KESIMPULAN
1. Telah  dibuat  sistem  pengontrol  posisi panel  surya  terhadap  cahaya  matahari. Sistem  pengontrol  yang  menggunakan SPC-Stepper Motor dan PC-Link USBer dapat  mengatur  posisi  panel  surya dengan besar sudut perubahan yang telah ditentukan.
2. Sistem pengontrol telah dibuat dan dapat bekerja  pada step minimum  1 step (2,8°), dengan interval mulai dari 8 step sampai  50 step (pukul07:00  sampai pukul 18:00).

## DAFTAR PUSTAKA
Adi,  A.N.    2010.  Mekatronika.  Penerbit Graha Ilmu. Yogyakarta.
Anonim.2010. http://www.greenpeace.org /seasia/id/ . [April 2010]
Fonash,  S.  2010. Solar  Cell  Device  Physics . Academic Press. USA.
Handoko. 1994. Klimatologi Dasar :
Landasan Pemahaman Fisika Atmosfer dan  Unsur-unsur  Iklim.  Pustaka  Jaya.
Jakarta.
Leksono,  E.  2010.  Majalah  Energi  :  Industri
Sel Surya Menanti Keberanian Pemerintah. Edisi Desember 2010. Wenas,  W.W.  1992.  Teknologi  Solar  Cell. Jurusan  Fisika.  Institut  Teknologi Bandung  [prooceedings]  Temu  Ilmiah I.  30  Agustus  1992.  Persatuan  Pelajar Indonesia di Jepang. Kyoto
International  Community  House.  Hlm.
236-237