http://ejournal.unp.ac.id/index.php/jtev/index
Volume 06  Number 02  2020 ISSN: 2302-3309
Received April 28, 2020; Revised May 01, 2020; Accepted May 06, 2020
Prototype Solar Tracker dua sumbu berbasis Microcontroller Arduino Nano dengan sensor LDR
Jhefri Asmi * 1 , Oriza Candra 2 1,2 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Padang, *Corresponding author, e-mail: jhefriasmi1998@gmail.com

## Abstrak
Kebutuhan  masyarakat  akan  listrik  semakin  tinggi,  sehingga  sumber  energi  alternatif  seperti  panas  matahari diperlukan untuk menggantikan sumber energi yang berasal dari bahan bakar fosil dalam memenuhi kebutuhan listrik.  Dalam  tulisan  ini  kami  membuat  desain  pelacak  surya  dua  sumbu  dengan  sensor  LDR. Penelitian  ini membahas Prototipe Sistem Pelacakan Matahari dalam Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Berbasis Arduino untuk mendapatkan energi surya maksimum. Sistem ini akan membuat panel surya bergerak mengikuti gerakan matahari, sehingga penyerapan sinar matahari dapat dimaksimalkan. Agar panel surya dapat bergerak mengikuti sinar matahari, maka kita membutuhkan sistem kontrol otomatis. Kontrol utama menggunakan Arduino nano yang mendapat nilai input dari sensor LDR kemudian diproses ke sistem output. Dengan metode sistem kontrol secara otomatis dapat terlihat perbedaan hasil panel surya tetap dengan panel surya dengan tracker , dari perbandingan panel surya dengan tracker lebih optimal dalam menerima sinar matahari dibandingkan dengan panel surya tetap.

## Abstract
The community's need for electricity is getting higher, so alternative energy sources such as solar heat are needed to replace energy sources derived from fossil fuels in meeting electricity needs. In this paper we make a two axis solar tracker design with an LDR sensor. This research discusses the Prototype of a Sun Tracking System in an Arduino Based Solar Power Generation System to obtain maximum solar energy.  This  system  will  make  the  Solar  panel  move  with  the  sun's  motion,  so  that  the  absorption  of sunlight can be maximized. So that the Solar panel can move to follow the sun's rays, then we need an automatic control system. The main control uses Arduino nano which gets input values from the LDR sensor then is processed to the output system. With the control system method can automatically be seen the difference in the results of the fixed solar panel with the tracking solar panel, from the comparison the tracking solar panel is more optimal in receiving sunlight compared to the fixed solar panel.
Keywords : Solar tracker, Dual axis, LDR, Arduino nano.

## PENDAHULUAN
Energi matahari adalah sumber energi yang tidak terbatas, karena energi mentari yang tidak terbatas  itu  maka  bisa  dimanfaatkan  menjadi  sumber  energi  alternatif  yang  tepat.  Untuk mengkonversi  energi  matahari  menjadi  energi  listrik  maka  diperlukan  lah  panel  surya.  Dari panel surya tersebut dihasilkan energi  yang ramah terhadap lingkungan dan dapat digunakan jangka panjang karena tidak ada polusi yang didapatkan selama proses konversi tenaga tersebut.
Menurut  energy  information  administration  (EIA),  mereka  memperkirakan  penggunaan bahan bakar fosil yaitu minyak bumi, gas alam dan batubara masih akan mendominasi hingga tahun 2025. Meskipun cadangan batu  bara masih cukup tinggi,  tetapi  emisi  karbon dioksida secara global dan dampak global warming adalah dampak dari penggunaan bahan bakar batu bara  tersebut.  Berbeda  dengan  batubara,  penggunaan  bahan  bakar  gas  memang  relatif  lebih murah  dan  ramah  lingkungan  namun  cadangan  bahan  bakar  gas  bumi  tersebut  terbatas.  Jika yang digunakan sumber energi air, maka kendala nya yaitu pada saat sedang musim kemarau tiba sumber air  yang digunakan sebagai pembangkit itu seringkali surut dan jauh berkurang, akibatnya tidak dapat beroperasi secara maksimal.[1]
Penggunaan panel  surya  dalam pemanfaatan energi  matahari sebagai  pembangkit energi listrik  telah  banyak  dilakukan,  namun  pemasangan  panel  surya  tersebut  masih  bersifat  diam atau  statis  sehingga  tidak  mengikuti  pergerakan  matahari.  Akibatnya  penangkapan  pancaran sinar matahari tidak maksimal dan akibatnya tenaga listrik yang dihasilkannya pun tidak bisa maksimal. Maka dari itu perlu dibuat solar tracker yang dibuat secara otomatis menggerakkan modul  panel  surya  supaya  tegak  lurus  terhadap  arah  datangnya  sinar  matahari  dan  mampu secara maksimal menyerap cahaya matahari.
Sehubungan dengan masalah tersebut penulis membuat prototype solar tracker dua sumbu berbasis microcontroller Arduino nano. Sistem pelacakan matahari menggunakan dua sumbu atau satu sumbu dapat dikategorikan ke dalam dua  klasifikasi,  yaitu Metode pelacakan pasif (mekanis)  dan  aktif  (listrik).  Penelitian  sebelumnya  menggunakan  pelacakan  pasif  telah mengungkapkan  hal  itu  efisiensi  meningkat  antara  2%  -23%  dibandingkan  dengan  yang diperbaiki sistem. Sedangkan pelacak aktif terdiri dari satu pelacak sumbu dan pelacak sumbu ganda umumnya menggunakan motor listrik sebagai aktuator, berdasarkan beberapa penelitian mengungkapkan  pelacak  aktif  dapat  meningkatkan  konversi  energi  matahari  dibandingkan dengan sistem tetap dengan peningkatan rata – rata 29,37%.[2]
Pada tahun 2016  I. W. Sutaya dan K. U. Ariawan melakukan penelitian untuk  meneliti, merancang  dan  membuat  sebuah  solar  tracker  cerdas  dengan  anggaran  biaya  yang  sedikit. Algoritma  kendali  cerdas  dengan  menggunakan  microcontroller  8bit  ATMega  8535 diimplementasikan untuk menciptakan penjejak sinar matahari yang cerdas dengan biaya yang murah. Bahasa assembly adalah bahasa yang digunakan dalam penelitian ini, sehingga untuk memfilter digital dalam memprogram pada tingkat perangkat keras dan dapat memperpendek siklus  waktu  dengan  cara  memanipulasi  register-register  pada  perangkat  keras.  Dengan demikian filter digital yang yang telah diprogram ini dapat dipasang pada microcontroller 8bit ATMega 8535. Penulis pada penelitian tersebut menyarankan pengembangan alatnya dengan cara penambahan jumlah sumbu putarnya, yang kemudian alat itu menjadi 2 sumbu untuk lebih memaksimalkan manfaatnya.[3]
Sebelumnya pada beberapa tulisan ilmiah dan penelitian yang membahas metode atau cara yang dipakai dalam membuat rancangan sistem penjejak sinar matahari sudah banyak dijumpai, salah  satunya  yaitu  dengan  pemanfaatan  sensor  LDR(Light  Dependent  Resistor)  sebagai pelacak  sinar  matahari  yang  berikutnya  akan  membuat  panel  surya  dapat  mengikuti  secara otomatis arah pergerakan dari sinar matahari.
Pada alat ini penulis akan membuat rancang bangun sistem penjejak sinar matahari dengan menggunakan microcontroller Arduino nano yang memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan teknologi lainnya, salah satunya yaitu bahasa pemrograman yang digunakan merupakan bahasa C yang lebih mudah dimengerti dan dipahami jika dibandingkan dengan pemrograman bahasa assembler.

## METODE
Pada  penelitian  ini  ada  beberapa  komponen  yang  akan  digunakan  diantaranya microcontroller Arduino nano , motor servo dan sensor ldr (light dependent resistor) . Kemudian dilakukan  perancangan software yang  meliputi  IDE  Arduino Flowchart  system dan  pada perancangan hardware yang meliputi  perancangan mekanik  alat  dan perancangan  elektronik dari  alat  ini.  Setelah  perancangan hardware dan software untuk  tiap-tiap  perangkat  maka selanjutnya adalah melakukan pengujian sesuai dengan parameter.
Flowchart merupakan  tahapan  awal  sebelum  melakukan  pembuatan  program  secara keseluruhan. Flowchart berisikan setiap langkah atau kemungkinan-kemungkinan yang terjadi, yang intinya adalah menjelaskan urutan proses kerja dari alat yang dibuat. Selain itu, flowchart
juga  berfungsi  sebagai  acuan  membuat  listing  program  dan  instruksi-instruksi  dari  program yang dibuat.[4]
Berdasarkan flowchart yang sudah dibuat pada gambar 1 diawali dengan inisialisasi port oleh  Arduino  nano  dan  kemudian  akan  langsung  masuk  pada  program  percabangan  untuk menentukan posisi tegak lurus terhadap sinar matahari. Program akan membandingkan 3 sensor LDR yang ada pada permukaan panel. Jika sensor 1 nilainya lebih besar dari nilai sensor 2 maka pada  saat  itu  motor  servo  sumbu  Y  akan  bergerak  memutar  ke  arah  kiri,  begitu  juga sebaliknya.Jika sensor 1 nilainya lebih besar dari nilai sensor 3 akibatnya motor servo sumbu X akan memutar ke arah atas, begitu juga sebaliknya.
Gambar 1. Flow chart sistem alat
Pada  bagian  blok  diagram  menjelaskan  tentang  penggunaan  sensor  dan  alat  yang digunakan serta proses kerja dari sistem yang dibangun.[5]

## Gambar 2. Blok Diagram alat
Berdasarkan  blok  diagram  gambar  2,  Arduino  Nano  adalah  unit  pengontrolan  dan pemrosesan data pada system, sensor ldr disini berfungsi sebagai pemberi sinyal masukan atau input yang akan diteruskan dan diolah oleh Arduino nano, dan terakhir motor servo pada alat ini berfungsi sebagai penggerak untuk menggerakkan solar tracker tersebut.

## A. Perancangan Hardware
Gambar 3. Tampilan skematis solar tracker keseluruhan
1. Arduino nano
Arduino  Nano  ialah  salah  satu microcontroller yang  ukurannya  sangat  kecil, cukup lengkap dan dapat digunakan pada breadboard. Arduino Nano diciptakan dengan basis microcontroller ATmega  328  untuk  Arduino  Nano  dengan  versi  3.x  atau ATmega168  untuk  Arduino  pada  versi  2.x.  pada  sistem  ini  Arduino  nano  berfungsi sebagai processor yang mengolah sinyal input dari sensor ldr.[6]
2. Sensor LDR (Light Dependent Resistor)
Sensor Light Dependent Resistor atau dengan singkatan ldr ini berfungsi untuk mengetahui  besaran  kuat  pencahayaan  matahari  dengan  metode  mengirimkan  sinyal- sinyal pada contoller yang akan dapat mengatur arah dan putan pada motor servo.
3. Motor servo
Motor servo disini digunakan sebagai penggerak utama dari solar tracker ini, ketika motor menerima sinyal masukan dari sensor ldr  yang sebelumnya telah diolah pada microcontroller maka motor akan bergerak sebagaimana yang telah diprogramkan sebelumnya.
Gambar 5 . Rangkaian motor servo

## B. Perancangan software
1. Arduino IDE
Arduino IDE pada penelitian ini digunakan untuk melakukan konfigurasi sebuah program  yang nantinya akan dimasukkan ke Arduino. Program tersebut bersifat open - source dalam lingkup Bahasa pemrograman Bahasa Arduino dapat bekerja pada sistem operasi Windows 10 x64 yang digunakan dalam penelitian ini.[6]

## HASIL DAN PEMBAHASAN (12pt, bold)
Pembahasan dan hasil ini terdiri dari beberapa pengujian yang telah dilakukan diantaranya pengujian  sistem  kerja  alat  yang  telah  dibuat,  tujuannya  yaitu  untuk  dapat  membuktikan kesesuaian antara perancangan yang telah dibuat sebelumnya dengan data hasil yang didapat pada  saat  pengujian  alat.  Hasil  dari  pengujian  yang  telah  dilakukan  akan  di  pakai  untuk penganalisaan data dan untuk contoh yang dipakai pada sistem berikutnya.
A. Bentuk alat
Bentuk alat ini adalah berupa prototype solar tracker dan bahan yang digunakan adalah karton padi dengan ukuran 26x10cm. Rangka dari alat ini menggunakan bahan karton padi yang ketebalannya yaitu 3 mm dan untuk Arduino nano nya di solder kan pada pcb bolong, dan pada alat ini juga dipakaikan 3 buah sensor Light Dependent Resistor dan 2 buah motor servo.
Gambar 7. Tampak depan alat
Gambar 8. Tampak samping alat

## Gambar 9. Tampak atas alat

## B. Pengujian sensor
Sensor  LDR  pada  alat  ini  diuji  dengan  tujuan  agar  dapat  mengetahui  bagaimana kinerja  sensor  apakah  sudah  sama  dengan  sistem  kerja  nya.  Pengujian  nya  dapat dilakukan dengan mencari tahu nilai ADC keluaran dari masing-masing sensor.
Table 1. Hasil pengujian sensor LDR
No.  Waktu/Jam  Sudut  LDR
1 LDR 2 LDR 3 1 09.00 45° 408 204 390 2 10.00 60° 290 275 390 3 11.00 70° 271 258 360 4 12.00 90° 304 310 302 5 13.00 95° 280 302 381 6 14.00 100° 321 290 401 7 15.00 120° 470 471 404 8 16.00 125° 475 408 525 9 17.00 135° 761 840 625 10 18.00 140° 1012  1018  1015

## C. Pengujian motor servo
Tujuan dari di ujinya motor servo ini adalah untuk mencari tahu apakah motor servo  bisa  bereaksi  saat  keluaran  nilai  ADC  pada  sensor Light  Dependent  Resistor terdeteksi , sehingga motor dapat bekerja sesuai keluaran nilai ADC yang terdeteksi. Di saat sinar matahari mengenai sensor LDR maka sensor LDR tersebut dapat mengeluarkan nilai ADC, nilai ADC dari sensor tersebut selanjutnya akan mengirimkan sinyal ke motor servo. Untuk servo pada bagian atas saat nilai sensor LDR 3 kecil dari sensor LDR 1 dan LDR 2 maka motor akan menggerakkan solar cell ke arah atas begitu
juga sebaliknya. Untuk servo bagian bawah jika nilai sensor LDR 1 besar dari LDR 2 maka motor akan menggerakkan solar cell ke arah kiri dan jika nilai sensor LDR 2 yang lebih besar dari LDR 1 maka motor akan menggerakkan solar cell ke arah kanan.
D. Pengujian panel Surya
Pengujian papan Surya ini akan mencari tahu perbandingan antara papan surya pada solar tracker dengan  papan  surya  yang  tetap  atau  statis,  dengan  itu  maka digunakan  lah  dua  buah solar cell dengan  nilai  keluaran  yang  serupa  saat  menerima cahaya  dengan  intensitas  nya  juga  sama.  Kemudian  panel  ini  di  uji  dengan menempatkan  keduanya  di  tempat  terbuka  yang  akan  mendapatkan  pancaran  sinar matahari.  Kemudian  panel  ini  keduanya  di  arahkan  ke  arah  atas  dengan  posisi  yang sejajar,  untuk  mencari  tahu  berapa  nilai  intensitas  cahaya  matahari  yang  juga  sama. Panel surya yang di gunakan dalam penelitian ini memiliki ukuran dimensi11 cm x 6 cm,  selanjutnya  alat  ukur  yang  digunakan  yaitu  voltmeter  untuk  mengukur  tegangan keluaran dari solar cell. Pada gambar 10 merupakan rangkaian pengukuran voltmeter.
Gambar 10. Rangkaian pengukuran tegangan dengan voltmeter
Panel  surya  tersebut  di  ukur  nilai  keluarannya  dengan voltmeter. Selanjutnya nilai  tegangan  yang  dihasilkan  dari solar  cell tersebut  akan  didapat  dari  pengukuran tersebut .
Gambar 11. Proses pengambilan data
Table 2. Hasil pengujian solar cell statis No Waktu Sudut Panel solar tracker V (Volt) 1 09.00 45° 5 2 10.00 60° 5,2 3 11.00 70° 5,79 4 12.00 90° 5,85 5 13.00 95° 5,79 6 14.00 100° 5,6 7 15.00 120° 5,1 8 16.00 125° 4,98 9 17.00 135° 4,5 10 18.00 140° 4 Table 3. Hasil pengujian solar cell pada solar tracker No Waktu Sudut Panel solar tracker V (Volt) 1 09.00 45° 5,25 2 10.00 60° 5,45 3 11.00 70° 5,75 4 12.00 90° 5,81 5 13.00 95° 5,87 6 14.00 100° 5,81 7 15.00 120° 5,81 8 16.00 125° 5,45 9 17.00 135° 5,25 10 18.00 140° 5,25
Dari tabel 2 dan tabel 3 bisa dilihat perbedaan tegangan yang didapat dari solar cell yang ditempatkan pada solar tracker lebih konstan dari pada tegangan yang didapat dari solar cell yang ditempatkan statis atau diam.

## PENUTUP
Setelah penelitian ini, maka didapat bahwa Prototype solar tracker ini sudah bekerja dengan sangat baik. Prototype ini mampu mendeteksi sinar matahari dengan memakai sensor Light  Dependent  Resistor ,  dimana  nilai  ADC  yang  dihasilkan  dari  sensor Light  Dependent Resistor akan diproses oleh Arduino nano untuk selanjutnya akan menggerakkan motor servo, karena hal tersebut maka dapat secara otomatis melacak arah datangnya cahaya matahari.
Pada  tegangan  yang  didapat  dari solar cell dapat  dilihat  bahwa solar  cell yang  di tempatkan pada solar tracker memiliki nilai tegangan yang cenderung tetap karena solar cell selalu mengikuti arah datangnya cahaya matahari.
Masih banyak sekali kekurangan dalam perancangan dan pembuatan alat ini, beberapa
saran sangat di butuhkan untuk memaksimalkan kinerja solar tracker agar dapat lebih baik lagi. Dibutuhkan sensor cahaya yang lebih baik dan bagus dari sensor LDR ini supaya mendapatkan hasil  yang lebih maksimal,  contohnya seperti photo  transistor, sensor  LED dan photo  diode. Selanjutnya juga dibutuhkan penampil LCD sebagai penampil nilai tegangan, arus dan daya.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] M. I. M. Fardani, “Perancangan Prototipe 2 Axis Solar Tracker Guna Optimalisasi Output Daya Solar Panel,” 2018.
[2] A. B. Pulungan, L. Son, and Syafii, “A Riview of Solar Tracking Control Strategies,” Eecsi , pp. 631– 635, 1018.
[3] I. W. Sutaya and K. Udy Ariawan, “Solar Tracker Cerdas Dan Murah Berbasis Mikrokontroler 8 Bit ATMega8535,” JST (Jurnal Sains dan Teknol. , vol. 5, no. 1, pp. 673–682, 2016, doi: 10.23887/jst- undiksha.v5i1.8272.
[4] O. Candra, “Rancang Bangun Sistem Kontrol0020Bucket Elevator Berbasis Mikrokontroler,” 2009.
[5] Z. Buana, O. Candra, and Elfizon, “Sistem Pemantauan Tanaman Sayur Dengan Media,” vol. V, no. 1, pp. 74–80, 2019.
[6] Gravitech, “Arduino nano ATmega 328,” Arduino nano ATmega 328 , vol. 168, pp. 5–21, 2008.

## Biodata Penulis
Jhefri Asmi , lahir di Balai Tangah, 10 Juli 1998. Sedang menempuh jenjang sarjana pada Program Studi Teknik Elektro Industri di jurusan Teknik Elektro FT UNP.
Oriza  Candra,  S.T,  M.T, Lahir  di  Padang,  Sarjana Teknik  Elektro  UNJANI  Bandung. Tahun  2005 memperoleh gelar Magister Teknik di FT UGM. Dari 1999 sampai sekarang bertugas sebagai Dosen Tetap pada Jurusan Teknik Elektro FTUNP.