ISSN(p): 2338-8323  | ISSN(e): 2459-9638 | Vol. 8 | No. 2 | Halaman 240 - 251
DOI : http://dx.doi.org/10.26760/elkomika.v8i2.240

## Desain dan Implementasi Data Logger untuk Pengukuran Daya Keluaran Panel Surya dan Iradiasi Matahari

## APIP PUDIN, IGNATIUS RIYADI MARDIYANTO
Jurusan Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Bandung Email: apipp055@gmail.com
Received 29 November 2019 | Revised 1 Februari 2020 | Accepted 2 April 2020

## ABSTRAK
Informasi  mengenai  daya  keluaran  panel  surya  dan  intensitas  radiasi  matahari diperlukan dalam sistem PLTS guna mengetahui karakteristik potensi daya yang dibangkitkan panel dan estimasi besarnya beban yang terpasang. Dalam penelitian ini,  telah  dirancang  perangkat  data  logger  berbasis  Arduino  Uno  dengan  media penyimpan data berupa kartu MicroSD dan format data MS Excel. Parameter daya diperoleh menggunakan modul sensor tegangan dengan prinsip pembagi tegangan dan  sensor  arus  dengan  resistor  shunt.  Intensitas  radiasi  diperoleh  dari  sensor Solar Power Meter menggunakan interface kabel RS232 to TTL. Hasil menunjukan nilai rata-rata error tegangan sebesar 36 mV atau inakurasi 0,41% untuk rentang pengukuran dari 0,7 V sampai 24 V, sedangkan rata-rata error arus sebesar 10 mA atau inakurasi 0,42% untuk pengukuran dari 0,3 A sampai 7,5 A. Nilai inakurasi ini masih dibawah nilai rata-rata alat ukur standar yang ada di pasaran sekitar 1%, sehingga hasil rancangan ini bisa digunakan untuk keperluan pengukuran.
Kata kunci : tegangan, arus, daya, iradiasi matahari, Arduino

## ABSTRACT
Information  about  the  output  power  of  solar  panels  and  the  intensity  of  solar radiation  are  needed  in  the  PV  system  to  determine  the  characteristics  of  the power generated by the panel and the estimated amount of installed load. In this research, an Arduino-based data logger has been designed with a MicroSD card data storage media and a MS Excel data format. Power parameters are obtained using a voltage sensor module with the principle of a voltage divider and a current sensor  with  a  shunt  resistor.  The  radiation  intensity  is  obtained  from  the  Solar Power Meter sensor using a RS232 to TTL cable interface. The results show the average of voltage error is 36 mV or inaccuracy is 0.41% for the measurement range from 0.7 V to 24 V, while the average of current error is 10 mA or inaccuracy is 0.42% for the measurement from 0.3 A to 7.5 A. This inaccuracy value is still below the average value of standard measurement tools on the market about 1%, so the results of this design can be used for the purpose of measurements.
Keywords : voltage, current, power, solar irradiation, Arduino

## 1. PENDAHULUAN
Pencatatan  data  ( data  logging)  merupakan  aspek  penting  dalam  sistem  pengukuran  dan instrumentasi  modern. Data Logger   menyediakan fungsi pengukuran  dan  pencatatan data dengan menggunakan transduser, komputer dan sensor (Singh, dkk, 2019) . Data logger sering  digunakan  untuk  menyimpan  informasi  dalam  waktu  yang  lama  dan  mengumpulkan data  yang  berhubungan  dengan parameter listrik dan  meteorologi (Mahzan, dkk, 2017) . Dalam sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS), energi listrik yang dibangkitkan oleh panel  surya  (PV)  dipengaruhi  oleh  kondisi  lingkungan  seperti  temperatur,  radiasi  matahari, arah dan spektrum sinar matahari (Singh, 2013) . Pengukuran sistem PLTS bekerja selama periode waktu yang lama dan menghasilkan banyak data, sehingga penggunaan perangkat konvensional seperti multimeter tidak akan efektif untuk mendapatkan data yang benar apalagi ketika terjadi perubahan cepat dari kondisi lingkungan (Sugiartha, dkk, 2018) . Untuk itu diperlukan suatu perangkat digital berupa data logger yang bisa bekerja secara otomatis dan bisa menjawab kekurangan-kekurangan yang ada pada penggunaan perangkat konvensional. Sebagian besar alat ukur ini sudah tersedia di pasaran dengan berbagai macam fitur, harga dan  spesifikasinya.  Tetapi  pada  kondisi  tertentu  diperlukan suatu  sistem  perangkat  akuisisi tersendiri yang sesuai dengan kebutuhan objek pengukuran seperti rentang nilai pengukuran, akurasi  dan  aksesibilitas  data (Raj,  2018) .  Selain  itu,  diperlukan  data  terukur  yang  bisa terintegrasi  pada  sistem  cerdas  yang  tidak  bisa  dilakukan  oleh  perangkat  konvensional, misalnya akuisisi data secara real time atau data bisa disimpan dalam  data logger  serta bisa dikirim ke perangkat lain baik melalui kabel maupun tanpa kabel seperti pada Internet of Thing (IoT).
Berbagai  penelitian  yang  berhubungan  dengan  sistem  akuisisi  data  parameter  panel  surya telah diusulkan dalam literatur, misalnya penelitian tentang akuisisi data parameter PV dalam bentuk  perangkat  virtual  berbiaya  murah  menggunakan  program  Excel  dan  Arduino,  serta menampilkan data dalam bentuk kurva arus-tegangan (I-V) dan kurva daya-tegangan (P-V) (El Hammoumi, dkk , 2018) . Sugiartha (Sugiartha, dkk, 2018) membuat sistem akuisisi data  (DAQ)  berbasis  Arduino  untuk  menyimpan  data  tegangan,  arus,  temperatur,  dan kelembaban  dalam SD  Card  dan  menampilkannya  dalam  bentuk  kurva  grafik  parameter- parameter  tersebut  terhadap  waktu.  Teli (Teli,  dkk,  2015) mengembangkan data  logger berbasis  Arduino  secara real  time  untuk  pengukuran  indoor  dan  outdoor.  Penggunaan perangkat lunak komersial dalam sistem monitoring PV secara real time juga digunakan seperti yang  dilakukan  oleh  Touati  ( Touati,  dkk,  2016) yang  menggunakan  LabView  dalam penelitiannya untuk monitoring pengaruh paparan debu terhadap keluaran daya maksimum dari modul PV. Suryavanshi (Suryavanshi, dkk, 2016) mengembangkan sistem pemantauan online  dan  simulasi  kontrol  beban  panel  surya  berbasis  mikrokontroler  AVR  Atmega  16 menggunakan Matlab. Mandal (Mandal, dkk, 2017) mengembangkan sistem akuisisi data berbasis  Labview  untuk monitoring  tegangan  PV  dengan  penjejak  arah  sinar  matahari. Selanjutnya,  Painjane (Painjane,  dkk,  2014) telah  merancang  detektor  dan data  logger untuk  level  insolasi  matahari    menggunakan  mikrokontroler  dan  sensor  fotodioda,  dimana keluarannya  sudah  berupa  parameter  level  insolasi  dalam  satuan  watt  per  meter  persegi. Hanya saja dari penelitian-penelitian yang telah dipaparkan di atas belum dibahas mengenai sistem akuisisi yang menghubungkan daya keluaran panel surya dengan suatu parameter yang paling  penting dan  utama, yaitu intensitas  radiasi  matahari. Informasi  ini  diperlukan dalam sistem PLTS guna mengetahui karakteristik potensi daya yang dibangkitkan panel dan estimasi besarnya  beban  yang  terpasang.  Oleh  karena  itu,  pada  penelitian  ini  akan  dibahas perancangan  perangkat  sistem  akuisisi  daya  keluaran  panel  surya  dan  intensitas  radiasi matahari  secara  bersamaan  atau  paralel  berbasis  mikrokontroler  Arduino  Uno.  Perangkat akuisisi dirancang dalam bentuk data logger dengan menggunakan media penyimpanan data
berupa  kartu  MicroSD  dan  format  data  MS  Excel.  Rancangan  sensor  tegangan  dan  arus disesuaikan untuk implementasi pengukuran daya panel surya dengan tegangan 24 V dan arus di bawah 10 A, sedangkan intensitas radiasi diperoleh dari Solar Power Meter SPM 1116SD melalui komunikasi kabel Serial to TTL.

## 2. METODE PENELITIAN

## 2.1 Karakterisasi Sensor Tegangan dan Arus
Sistem akuisisi daya keluaran panel surya memerlukan dua parameter yaitu  tegangan (V) dan arus (I). Daya (P) yang diterima beban listrik  DC merupakan perkalian antara tegangan dan arus yang melewatinya, dirumuskan dengan Persamaan (1).
𝑃 = 𝑉 𝑥 𝐼 (satuan Watt) (1)
Karena keluaran dari panel surya masih berupa  sinyal analog maka  perlu dirancang suatu pengkondisi sinyal yang tepat agar kedua parameter itu bisa diolah oleh mikrokontroler yang bekerja secara digital. Dalam penelitian ini daya keluaran panel surya diperoleh menggunakan modul sensor tegangan dengan prinsip rangkaian pembagi tegangan dan  modul sensor arus dengan resistor shunt seperti diperlihatkan pada Gambar 1 (Raj, 2018) .
Gambar 1. Rangkaian Sensor Arus dan Tegangan
Modul sensor tegangan dan arus dirancang dengan input tegangan maksimum 30 V dan  arus maksimum 8 A. Nilai keluaran sensor diatur supaya sinyal tegangan tidak lebih dari 5 V sebagai masukan  untuk  ADC  mikrokontroler.  Spesifikasi  komponen  resistor  disesuaikan  dengan fungsinya untuk kebutuhan alat ukur yang memerlukan tingkat kepresisian yang tinggi, yaitu nilai tahanan resistor yang stabil dengan toleransi 1% dan rating daya yang sesuai (Knight, 2016) . R1 39k R2 6.8k R3 0.01R R4 43K R5 4.7k R6 2k C1 100nF +5V D1 3 2 1 8 4 U2:A 1 2 J1 Beban 0-30 VDC LM 358 ADC0 ADC1 R Shunt

## 2.2 Akuisisi Data Sensor Radiasi
Intensitas radiasi matahari diperoleh dari sensor Solar Power Meter  SPM1116SD (Gambar 2).

## Gambar 2. Solar Power Meter SPM1116SD
Radiasi matahari diterima dan dibaca oleh sensor Solar Power Meter  dalam bentuk sinyal serial dan  terbaca  di software  serial    Hterm  berupa  data  ASCII,  hexadesimal,  desimal  dan  biner seperti diperlihatkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Data Serial Desimal di Hterm
Sinyal  desimal  merupakan  sinyal  yang  dapat  dikonversi  secara  langsung  karena  dapat menentukan besaran nilai radiasinya. Tabel pembacaan nilai radiasi yang dihasilkan melalui Hterm adalah sebagai berikut:

## Tabel 1. Pembacaan Nilai Serial Radiasi
No Pembacaan Serial Pembacaan Nilai Radiasi 1 159 0 2 157 1 3 155 2 4 153 3 5 151 4 6 149 5 7 147 6 8 145 7 9 143 8 10 141 9
Nilai serial desimal tersebut dipasing dari setiap bit yang menunjukkan nilai radiasinya yaitu bit 10, 11, 12, 13, 14. Pembacaan nilai radiasi menggunakan format 9600, 8N,1; yang mana format tersebut diperoleh dari datasheet  sensor tersebut.
Data serial dikirim dan dibaca oleh mikrokontroler Arduino via interface kabel RS232 to TTL dan  data  desimal  dikonversikan  menjadi  nilai  iradiasi  matahari  menggunakan  algoritma program pada Gambar 4.

## Gambar 4. Algoritma Pemrograman Pembacaan Sensor Radiasi Matahari

## 2.3 Implementasi Pengukuran
Perangkat data logger diimplementasikan untuk mengakuisisi daya keluaran panel surya dan iradiasi  matahari  secara  bersamaan  sehingga  data  yang  terekam  bisa  diolah  untuk menampilkan hubungan keduanya. Data terukur berupa parameter tegangan, arus dan iradiasi matahari  yang  disimpan  dalam  kartu  MicroSD  dengan  komunikasi Serial 1 Peripheral Interface 1 ( SPI) melalui pin MOSI 1 dan MISO. Data juga bisa direkam menggunakan aplikasi MS  Excel  di  komputer  melalui  aplikasi  PLX-Daq  serta  ditampilkan  di  layar  LCD  melalui komunikasi I2C. Konstruksi alat data logger diperlihatkan pada Gambar 5.

## Gambar 5.  Konstruksi Alat Data Logger
Panel surya yang digunakan pada pengujian menggunakan merk  “bp solar” dengan kapasitas per modul sebesar 50 Wp (Voc 21,8 V; Isc 3,2 A) sebanyak 10 buah dan terpasang paralel. Sedangkan untuk sampel beban (resistif) menggunakan rheostat dengan tahanan sebesar 28 Ohm.  Realisasi perangkat pengukuran diperlihatkan pada Gambar 6.
Gambar 6.  Realisasi Perangkat Pengukuran

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Pengujian Sensor Tegangan
Berdasarkan  pengujian nilai tegangan sensor dan  nilai  ADC yang  terukur  Arduino, didapat data hasil pengukuran seperti tampak pada Tabel 2. Hasil pengukuran menunjukkan adanya
I2C & LCD 16x2 Modul Sensor Tegangan dan Arus Arduino Serial Port Converter RS232 to TTL RTC MicroSD Card Terminal Input Beban Terminal Input Sumber/ PV Terminal Catu Daya Tombol Power
linearitas antara tegangan sumber dengan nilai ADC seperti diperlihatkan pada Gambar 7. Dari hubungan linier ini  diperoleh persamaan linier untuk mendapatkan nilai tegangan yang akan terbaca  di  monitor  Arduino.  Akurasi  hasil  pengukuran  menunjukkan  nilai  rata-rata error tegangan    sebesar  36  mV  atau  inakurasi  sebesar  0,41%    untuk  rentang  pengukuran  dari 0,7 V sampai 24 V. Nilai inakurasi ini masih di bawah nilai beberapa alat ukur standar yang ada di pasaran pada rentang pengukuran yang sesuai, misalnya multimeter merk Fluke 115 dengan inakurasi pengukuran tegangan DC sebesar 0,5% (Fluke Corp, 2009) .
Tabel 2. Hasil Pengujian Sensor Tegangan
No ADC V Sumber (V) V Arduno (V) Error (V)  Inakurasi 1 18 0,701 0,697 0,004 0,51% 2 44 1,529 1,532 0,003 0,20% 3 91 3,012 3,041 0,029 0,95% 4 122 4,006 4,036 0,030 0,74% 5 153 5,053 5,031 0,022 0,44% 6 187 6,091 6,122 0,031 0,51% 7 248 8,070 8,080 0,010 0,13% 8 309 10,020 10,039 0,018 0,18% 9 375 12,080 12,157 0,077 0,64% 10 436 14,060 14,115 0,055 0,39% 11 498 16,060 16,105 0,045 0,28% 12 562 18,130 18,160 0,030 0,16% 13 622 20,060 20,086 0,026 0,13% 14 743 24,090 23,970 0,120 0,50% Rata-rata 0,036 V 0,41%
Gambar 7.  Grafik Linearitas Tegangan Sumber dan ADC
y = 0.0321x + 0.0911 R² = 1 0.000 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Te ga ng an (V ol t) Nilai ADC

## Gambar 8.  Grafik Nilai Error Tegangan

## 3.2 Pengujian Sensor Arus
Berdasarkan hasil pengujian nilai arus beban dan nilai ADC yang  terukur Arduino didapat data hasil pengukuran seperti diperlihatkan pada Tabel 3. Hasil pengukuran menunjukkan adanya linearitas  antara  arus  beban  dengan  nilai  ADC  seperti  diperlihatkan  pada  Gambar  9.  Dari hubungan  linier  ini    diperoleh  persamaan  linier  untuk  mendapatkan  nilai  arus  yang  akan terbaca di monitor Arduino. Akurasi hasil pengukuran menunjukkan nilai rata-rata error arus sebesar 10 mA atau inakurasi sebesar 0,42% untuk rentang pengukuran dari 0,3 A sampai 7,5 A. Nilai inakurasi ini juga masih di bawah nilai beberapa alat ukur standar yang ada di pasaran pada rentang pengukuran yang sesuai, misalnya multimeter merk Fluke 115 dengan inakurasi pengukuran arus DC sebesar 1,0% (Fluke Corp, 2009) .

## Tabel 3. Hasil Pengujian Sensor Arus
No ADC I Beban (A)  I Arduino (A)  Error (A)  Inakurasi 1 4 0,323 0,326 0,003 0,80% 2 23 0,508 0,510 0,002 0,37% 3 44 0,707 0,714 0,007 0,93% 4 75 1,008 1,014 0,006 0,62% 5 126 1,513 1,509 0,004 0,26% 6 178 2,001 2,013 0,012 0,62% 7 228 2,52 2,498 0,022 0,86% 8 293 3,137 3,129 0,008 0,26% 9 338 3,564 3,565 0,001 0,04% 10 381 4,005 3,983 0,023 0,56% 11 440 4,574 4,555 0,019 0,42% 12 498 5,12 5,117 0,003 0,05% 13 592 6,043 6,029 0,014 0,23% 14 669 6,76 6,776 0,016 0,24% 15 743 7,5 7,494 0,006 0,08% Rata-rata 0,010 A 0,42%
0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 0.000 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 Er ro r ( Vo lt)
Tegangan (Volt)
Gambar 9.  Grafik Linearitas Arus Beban dan ADC
Gambar 10.  Grafik Nilai Error Arus Beban

## 3.3 Akuisisi Daya Panel Surya dan Intensitas Radiasi Matahari
Pengujian dilakukan tanggal 21 Oktober 2019 selama 3 jam dari pukul 11.00 sampai 14.00 di Laboratorium Pembangkit Energi Terbarukan, Politeknik Negeri Bandung. Pengambilan sampel data  dilakukan tiap  2  detik  dan  disimpan  dalam data  logger  yang  menampilkan  parameter waktu (tanggal/bulan/tahun dan jam) tegangan, arus, daya dan iradiasi matahari. Selanjutnya data diolah dalam bentuk grafik untuk melihat hubungan nilai iradiasi dan daya keluaran panel surya terhadap waktu seperti diperlihatkan pada Gambar 11 dan Gambar 12.
y = 0.0097x + 0.2868 R² = 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Ar us B eb an (A ) Nilai ADC 0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.000 1.000 2.000 3.000
4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 Er ro r A ru s (A )
Arus Beban (A)
Gambar 11.  Grafik Nilai Iradiasi Matahari terhadap Waktu

## Gambar 12. Grafik Nilai Daya terhadap Waktu
Gambar 11 menunjukan grafik nilai iradiasi matahari per 2 detik berubah dari sekitar 930 W/m 2 di pukul pukul 11.00 menjadi sekitar 480 W/m 2 di pukul 14.00 dan Gambar 12 menunjukkan grafik  nilai  daya  rata-rata  yang  disuplai  ke  beban  (beban  resistif  28  Ohm)  per  menit    ikut berubah dari sekitar 15 W sampai 13,5 W.  Profil daya dan iradisi ini bermamfaat untuk untuk mengestimasi secara akurat antara besarnya beban yang terpasang dan daya  yang disuplai panel surya.

## 4. KESIMPULAN
Desain data  logger  telah  berhasil  dibuat  dan  diimplementasikan  untuk  pengukuran  daya keluaran  panel  surya  dan  intensitas  radiasi  matahari.  Spesifikasi  alat  ukur  yang  diperoleh mempunyai nilai rata-rata error tegangan sebesar 36 mV atau inakurasi  0,41% untuk rentang pengukuran dari 0,7 V sampai 24 V; dan nilai rata-rata error arus  sebesar 10 mA atau inakurasi 0,42% untuk rentang pengukuran dari 0,3 A sampai 7,5 A. Nilai inakurasi ini masih di bawah
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 10:48:00 AM 11:31:12 AM 12:14:24 PM 12:57:36 PM 1:40:48 PM Ira di as i ( W /m ^2 ) Waktu 13 13.5 14 14.5 15 15.5 16 10:48:00 AM 11:31:12 AM 12:14:24 PM 12:57:36 PM 1:40:48 PM D ay a (W ) Waktu
nilai rata-rata alat ukur standar yang ada di pasaran sekitar 1%, sehingga hasil rancangan ini bisa digunakan untuk keperluan pengukuran.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian  ini  didukung  oleh  DIPA  POLBAN  2019  Skema  Penelitian  Pemula  Nomor 348.3/PL1.R7/LT/2019. Penulis ingin mengucapkan terima kasih atas dukungan yang diberikan pada karya ini.

## DAFTAR RUJUKAN
El  Hammoumi,  A.,  Motahhir,  S.,  Chalh,  A.,  El  Ghzizal,  A.,  &  Derouich,  A.  (2018).  Low‑cost virtual  instrumentation  of  PV  panel  characteristics  using  Excel  and  Arduino  in comparison with traditional instrumentation, Renewables.
Fluke Corp. (2009). Fluke 115 Multimeter Technical Data. USA.
Knight, D. (2016). Introduction to Current Shunt Monitors. Retrieved from
https://www.digikey.com.
Mahzan, N. N., Omar,A. M. ,Rimon,L.,  Mohammad Noor, S.Z.,  Rosselan, M. Z. (2017).  Design and Development of An Arduino Based Data Logger for Photovoltaic Monitoring System.
International Journal of Simulation Systems, Science, and Technology; 17(41), 1-5.
Mandal, S., Singh, D. (2017). Real Time Data Acquisation of Solar Panel Using Arduino and Further Recording Voltage of The Solar Panel. International Journal of Instrumentation and Control Systems (IJICS), 7(3).
Painjane,  P.,  Nangare,  R.,  Pardeshi,  A.  (2014).  Design  of  Solar  Insolation  Level  Detector.
International Journal of Current Engineering and Technology, 4(3).
Raj, A. (2018). Arduino Wattmeter: Measure Voltage, Current and Power Consumption.
Retrieved from https://circuitdigest.com.
Singh, G. (2013). Solar power generation by PV (photovoltaic) technology: A review. Energy,
53, 1–13.
Singh,  T.,  Thakur,  R.  (2019).  Design  and  Development  of  PV  Solar  Panel  Data  Logger. International Journal of Computer Sciences and Engineering (IJCSE), 7.
Sugiartha,  N.,  Sugina,  I.M.,  Agus,  I.D.W.  (2018).  Development  of  an  Arduino-based  Data
Acquisition  Device  for  Monitoring  Solar  PV  System  Parameters. International Conference on Science and Technology (ICST).
Suryavanshi, S., Tiwari, S., & Kumar, S. (2017). Online Monitoring and Controlling of The PV
Generated Solar Power Through AVR Microcontroller ATmega16. In 2nd International
Conference for Convergence in Technology (I2CT), (pp. 169-173).
Teli,  S., Mani (2015). Smart Real Time Embedded  Arduino  Based  Data Acquisition  System.
International Journal of Research in Engineering and Technology, 4, 258-262.
Touati,  F.,  Al-Hitmi,  M.A.,  Chowdury,  N.A.,  Hamad,  J.A.,  &  Gonzales,  A.S.P.  (2016).
Investigation  of  solar  PV  Performance  under  Doha  Weather  using  a  Customized Measurement and Monitoring System. Renewable Energy.  89, 564-577.