## Sistem Tracking Panel Surya Untuk Pengoptimalan Daya Menggunakan Metode Kendali Logika Fuzzy
Alfin Imadul Haq, Sumardi, Munawar A Riyadi Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Sudharto, SH, Kampus UNDIP Tembalang, Semarang 50275, Indonesia Email: alfinimadulhaq@gmail.com
Abstrak —  Salah  satu  jenis  energi  alternatif  yang  berkembang  pesat  dan  banyak  digunakan adalah  energi  matahari  yang  digunakan  sebagai  pembangkit  listrik,  dalam  bentuk  panel  surya. Dalam  rangka  mengoptimalkan  penggunaan  panel  surya  tersebut,  diperlukan  sebuah  sistem pengendali  yang  dapat  mengontrol  posisi  panel  surya  agar  selalu  mengikuti  arah  dan  posisi  dari matahari  secara  otomatis.  Sistem  yang  digunakan  untuk  pengaturan  tersebut  dinamakan  sistem tracking  matahari  dengan  dua  derajat  kebebasan.  Sistem  ini  bekerja  menggunakan  perubahan daya  yang  terbaca  oleh  panel  surya.  Kelebihan  dari  sistem  ini  dapat  mengikuti  posisi  matahari. Dalam sistem ini digunakan perbandingan daya yang terbaca oleh sistem dan mencari yang paling optimal diantara daya tersebut. Berdasarkan perbedaan daya yang diterima, Kendali Logika Fuzzy akan  menggerakkan  motor  servo  untuk  melakukan  aksi  kendali  terhadap  posisi  panel  surya supaya  selalu    tegak  lurus  terhadap  posisi  matahari.  Perbandingan  respon  unjuk  kerja  antara sistem yang tanpa menggunakan kontroler fuzzy yaitu tegangan =15,40 V, arus = 0,46 A, dan daya =  7.17  W  ,  sedangkan  untuk  sistem  yang  menggunakan  kontroler  fuzzy  2  DOF  (Degree  Of Freedom)  menghasilkan  tegangan  =  15,54  V,  arus  =  0,51  A,  dan  daya  =  7.94    W.  Sistem  yang dibuat sudah mengikuti matahari untuk mencapai daya yang maksimal.
Kata Kunci : Dua Derajat Kebebasan, Kendali Logika Fuzzy, Motor Servo, Panel Surya, Tracking
Abstract — Type  of  alternative  energy  is  rapidly  growing  and  widely  used  is  the  use  of  solar energy as a power plant, in the form of solar panels. In order to optimize the use of solar panels, it needs  a control system  that can control the position  of the solar panels to always follow direction and position of the sun automatically. The system used this settings is called solar tracking system with  two  degrees  of  freedom.  The  system  works  using  power  changes  readable  by  solar  panels. The advantages of this system can follow the sun's position. In this system the ratio of the power is used  by  the  system  to  read  and  search  for  the  most  optimal  power  among  them.  Based  on  the received power difference, Fuzzy  Logic  Controller will  drive the servo motors to control  the  action on the position of the solar panel that is always perpendicular to the sun's position. Comparison of response between system performance without the use of the fuzzy controller is voltage = 15.40 V, current = 0.46 A, and power = 7.17 W, while for systems using fuzzy controller 2 DOF (Degrees Of Freedom ) produces a voltage = 15 ,54 V , current = 0.51 A, and power = 7.94 W. The system has to follow the sun to achieve maximum power.
Keywords : Two Degrees of Freedom, Fuzzy Logic Controller, Servo Motor, Sonar Panel, Tracking
1. PENDAHULUAN
Masalah energi merupakan topik penelitian  yang  menarik  sepanjang  peradaban umat  manusia.  Upaya  mencari  sumber  energi alternatif  sebagai  pengganti  bahan  bakar  fosil masih  tetap  ramai  dibicarakan.  Terdapat beberapa  sumber  energi  alam  yang  tersedia sebagai  energi  alternatif  yang  bersih,  tidak berpolusi,  aman  dan  dengan  persediaan  yang tidak  terbatas  (Fishbane,  1996).  Salah  satunya energi alternatif  yang hampir mencakup kriteria aman  bagi  lingkungan  adalah  energi  matahari. Energi  matahari  merupakan  energi  yang berjumlah  sangatlah  besar  dan  masih  sangat sedikit  digunakan.  Jumlah  rata-rata  panas
matahari  yang  dapat  terpancarkan  ke  bumi sekitar  1KW/m 2 atau  setara  dengan  1000  kali konsumsi  energi  di  seluruh  dunia  saat  ini (Fishbane,  1996).  Atau  dengan  kata  lain, dengan  menutup  0,1  %  saja  permukaan  bumi dengan solar  cell yang  memiliki  efisiensi  10 persen sudah mampu untuk menutupi kebutuhan  energi  di  seluruh  dunia  saat  ini (Fishbane,  1996).  Jadi  energi  matahari  telah menarik  minat  sebagian  besar  para  peneliti sepanjang  dua  dekade  terakhir  ini  (Babatunde, 1995).
Penggunaan  energi  matahari  tidak dapat  digunakan  secara  langsung.  Melainkan, Perlu  adanya  suatu  alat  tambahan  yang
dinamakan panel surya. Pada dasarnya prinsip dasar  dari  memanfaatkan  energi  matahari adalah mengkonversi dari panas matahari yang diserap oleh panel surya diubah menjadi listrik. Permasalahaanya  saat  ini  adalah  bagaimana menggunakan  panel  surya  untuk  mendapatkan keluaran  listrik  yang  optimal.  Pemakaian  panel surya  umumnya  diletakkan  dengan  posisi tertentu dengan tanpa perubahan (Takun et al., 2011), sebagai contohnya panel surya hanya di hadapkan ke titik atas, padahal untuk mendapatkan  keluaran  listrik  yang  optimal panel  diposisikan  dengan  sudut  90 0 dengan matahari  (Gambar  1).  Untuk  itu  dibutuhkan pengontrolan  agar  panel  surya  tetap  dalam kondisi yang optimal.
Dalam  mengubah  energi  pada  solar  cell ada  beberapa  faktor  yang  mempengaruhi dalam    pengotimalan    perubahan  energi. Diantaranya  adalah  faktor  orientasi  terhadap matahari yang selalu berubah-ubah yang dapat mengurangi  optimalisasi solar  cell dalam perubahan  energi  matahari  menjadi  energi listrik (Lorenzo, 1994).
Panel surya dapat optimal ketika berhadapan    langsung  dengan  pancaran  sinar matahari, dalam artian posisi panel surya harus tegak  lurus  dengan  cahaya  yang  datang, seperti  ditunjukkan  pada  Gambar  1  (Lorenzo, 1994).  Dari  kondisi  normal  position,  efektivitas solar  cell dalam menghasilkan  daya  yang  lebih besar  lebih  mudah  didapat  (Lorenzo,  1994). Karena  karakteristik  dari  panel  surya  sendiri, panel  surya  akan  mendapatkan  daya  optimal ketika di posisi 90 derajat.
Gambar 1. Posisi Solar Cell dalam menerima cahaya matahari (Lorenzo, 1994)
Sudut Datang Sinar Matahari A ru s R e la ti f
Gambar 2. Kurva pada Solar Cell dengan sudut tangkap antara 0º - 90º (Lorenzo, 1994)
Dari  Gambar  2  dapat  dilihat  ketika cahaya matahari yang diterima solar cell dalam berbagai  posisi  mulai  dari  0º  -  90º. Solar  cell menghasilkan  daya  maksimal  ketika  posisinya saling  tegak  lurus  dengan  cahaya  matahari. Dengan memperhatikan perilaku bunga matahari  yang  selalu  mengikuti  arah  matahari, solar  cell perlu  didesain  seperti  tersebut  agar efektivitas  kerja solar  cell lebih  maksimal (Lorenzo, 1994).
Pada  penelitian  sebelumnya  (Anderson, et  al. ,  2003),  dijelaskan  bagaimana  pengon- trolan  pada solar  tracking  system masih menggunakan  simulasi  Matlab  dengan  metode kontrol  Fuzzy  yang  dibandingkan  dengan kontrol PI. Hasil dari penelitian ini adalah Fuzzy Logic  Controller  (FLC) mempunyai  hasil  yang lebih  baik  dibandingkan  dengan  kontrol  PI. Keduanya mendapatkan nilai settling time yang hampir  sama,  tetapi  FLC  menunjukkan  nilai overshot yang lebih kecil (Dkk, 2011).
Maka  dari  latar  belakang  dan  penelitian yang telah  diungkapkan diatas, pada  penelitian ini penulis merancang sebuah sistem pelacakan fotovoltaik (PV) dengan
menggunakan  Logika  Kendali Fuzzy (KLF) yang  dapat  mengatur  posisi  dari  panel  surya sedemikian  rupa  sehingga  diharapkan  akan posisi  panel  surya  selalu  tegak  lurus  atau dalam  kondisi optimal.

## 2. METODE
Alat  ini  merupakan  sistem Maximum Power  Point  Tracking  Photovoltaic (MPPT  PV) yang  terdiri  atas  panel  surya,  rangkaian  driver yang memuat rangkaian pembagi tegangan dan sensor  arus  ACS712,  mikrokontroler,  LCD sebagai display dan  aktuator  berupa  motor servo.  Secara  umum,  komponen-komponen tersebut dirancang agar bekerja sesuai dengan diagram blok pada Gambar 3.
Dari  Gambar  3  dapat  diketahui  bahwa keluaran  panel  surya  berupa  tegangan  (v i) dan arus  (i i ).  Pada  keluaran  tegangan  panel  surya masih  terlalu  besar  sehingga  perlu  untuk diturunkan  lebih  dahulu  dengan  menggunakan rangkaian  pembagi  tegangan  agar  dihasilkan tegangan  v vs yang  dapat  diolah  pada  ADC mikrokontroler.  Sedangkan  arus  i i diubah besarannya  menjadi  tegangan  v is oleh  sensor arus ACS712. Arus dan tegangan yang sudah disesuaikan oleh pembagi tegangan dan sensor arus, selanjutnya akan diproses dan diolah oleh mikrokontroler  ATMega  8535  yang  bekerja sebagai  kontroler.  Data  hasil  pengolahan
ditampilkan  pada display LCD  2x16.  Data  hasil pengontrolan  adalah  sinyal  PWM  ( Pulse  Width Modulation ) yang mengatur posisi servo. Sinyal-sinyal  PWM  menggerakkan  servo motor  mencari  posisi  yang  menghasilkan  daya optimal  pada  panel  surya.  Sinyal  PWM vertical akan  menggerakkan  servo vertical dan  sinyal PWM horizontal akan  menggerakkan  servo horizontal .  Servo-servo  tersebut  disusun  pada sistem  mekanik  yang  porosnya  dapat  berputar pada  sumbu  X  dan  sumbu  Z  dalam  model  tiga dimensi,  sehingga  panel  surya  dapat  bergerak dengan dua derajat kebebasan.
Penelitian  ini  menggunakan  logika  fuzzy untuk  kendali  dari  motor  servo.  Fuzzy  yang digunakan  adalah  fuzzy  sugeno  serta    dengan menggunakan  mikrokontroller  ATMEGA8535. Pemrograman  fuzzy  dapat  dibuat  flowchart seperti pada Gambar 4. Pada Gambar 4 terlihat proses  logika  fuzzy  terdapat  3  tahap  yaitu fuzzyfikasi  (menghitung  keanggotaan  error  dan perubahan  error),  rule  base  (Mekanisme pertimbangan fuzzy) dan defuzzifikasi.
Gambar 3. Blok Diagram Sistem Tracking Panel Surya
Gambar 4. Flowchart kendali logika fuzzy pada sistem tracking panel surya
Gambar 5 fungsi keanggotaan error daya
Gambar 6. Fungsi keanggotaan Perubahan error daya
Gambar 7. Fungsi keanggotaan output
Pada  proses  fuzzyfikasi  (menghitung keanggotaan error dan perubahan error), untuk membership  function dari  error  terdapat  3 anggota  dan  perubahan  error  terdapat  3 anggota.  Dan  pembagian  anggota  error  dan perubahan error dapat direpresentasikan dengan  Gambar  5  dan  Gambar  6.  Sedangkan untuk output dari logika fuzzy dapat dilihat pada Gambar 7.
Setelah mendapatkan membership function dari  proses  fuzzyfikasi  selanjutnya proses  rule  base  (mekanisme  pertimabangan fuzzy).  Pada  mekanisme  ini  menggunakan metode  MIN  of  Product,  yaitu  mengambil  nilai minimal dari perbandingan error dan perubahan error.
Proses selanjutnya adalah proses pengambilan  keputusan  atau  defuzzyfikasi, pada  penelitian  ini menggunakan fuzzy sugeno dengan metode rata-rata berbobot.

## 3. HASIL DAN ANALISIS
Pengujian  perangkat  lunak  ini  bertujuan untuk mengetahui apakah program dan algoritma yang telah dirancang dapat mengendalikan  motor  servo  pada  sistem tracking  Solar  Panel.  Pengujian  tersebut meliputi  pengujian  sistem  tanpa  kendali  dan pengujian  sistem  dengan  kendali  fuzzy.  Hal  ini ditujukan  untuk  mengetahui  apakah  sistem
dengan kendali fuzzy dapat meningkatkan hasil kinerja dari sebuah solar cell yang statis (tanpa menggunakan kontroler) atau tidak.
Agar  perbandingan  memiliki  data  yang sebanding,  maka  pengambilan  data  dilakukan pada  jam  yang  sama  namun  pada  hari  yang berbeda,  yakni  mulai  pukul  09.00  WIB  hingga pukul  03.00  WIB  pada  bulan  agustus  2014 pada 5 derajat lintang selatan.

## 3.1.  Pengujian Sistem Tanpa Kendali
Pengujian  sistem  kendali  tanpa  kontroler dilakukan  tanpa  menggunakan  kontroler  atau statis  menghadap  suatu  arah  tertentu,  dalam percobaan  ini  penulis  mengarahkan  solar  cell tegak lurus kearah atas.
Gambar  8,  9,  10  adalah  grafik  hasil pengujian sistem tanpa kontroler yang dilakukan  mulai  pukul  09.00  WIB  hingga  pukul 03.00  WIB  dan  diambil  data  setiap  satu  menit sekali.  Berdasarkan  data  hasil  pengujian  yang yang  dilakukan  selama  satu  hari  (ditunjukkan pada Gambar 8,9,10) dengan data yang diambil per-menit,  dapat  diketahui  bahwa  sistem  yang dengan tanpa menggunakan kontroler menghasilkan  rata-rata  tegangan  yaitu    15,40 V,  arus  rata-rata    0,46  A,  dan  daya  rata-rata sebesar  7,15 W.  Pada  data  pengujian  tersebut data  arus  (Gambar  8)  mempunyai  arus  besar pada jam 11 sampai jam 13 hal  itu disebabkan karena posisi matahari terletak hampir membentuk  sudut  90  derajat  pada  panel  surya yang  mengarah  ke  atas  (tanpa  kontroler).  Dan grafik  arus  membentuk  parabola  (Gambar  2) karena  besarnya  intensitas  dan  sudut  datang matahari berbeda-beda (pagi-siang-sore).
Gambar 8. Data pengujian Arus tanpa menggunakan kontroler
Gambar 9. Data pengujian tegangan tanpa
menggunakan kontroler Gambar 10. Data perhitungan daya tanpa menggunakan kontroler 3.2.  Pengujian Sistem Menggunakan

## Kendali Fuzzy dengan 2 DOF
Pada  pengujian  rangkaian  total  ini dilakukan  dengan  menggunakan  kontroler Kendali Logika Fuzzy (KLF) 2 DOF ( Degree Of Freedom ), sehingga sistem melakukan pelacakan matahari berdasarkan empat penjuru mata  angin  yaitu  utara,  selatan,  timur,  dan barat.  Pada  pengujian  dengan  menggunakan kendali  dilakukan  pada  jam  09.00  sampai 15.00.  Berdasarkan  data  hasil  pengujian  yang yang  dilakukan  selama  satu  hari  dengan  data yang diambil per-menit , dapat diketahui bahwa sistem  yang  menggunakan  kontroler  fuzzy menghasilkan rata-rata tegangan yaitu  15,54 V (pada Gambar 12), arus rata-rata  0,51 A (pada Gambar  11),  dan  daya  rata-rata  sebesar  7,93 W  (pada  Gambar  13).  Pada  pengujian menggunakan  kontroler  fuzzy  menghasilkan arus yang hampir datar (karena sistem melacak keberadaan  matahari)  dan  pada  Gambar  11 dapat  dilihat  bahwa  pada  pagi  dan  sore  hari terdapat sedikit  penurunan  arus  itu disebabkan karena  perbedaan  intensitas  matahari  pada pagi,  siang  dan  sore.  Sedangkan  untuk  daya sudah hampir  terlihat datar (Gambar 13).
Gambar 11. Data pengujian Arus menggunkan kendali Fuzzy
Gambar 12. Data pengujian Tegangan menggunkan kendali Fuzzy
Gambar 13. Data perhitungan Daya menggunkan kendali Fuzzy
Gambar 14. Data perbandingan  Tegangan menggunkan kendali Fuzzy dan tegangan tanpa menggunakan kontroler
Gambar 15.  Perbandiangan antara arus,
tegangan dan suhu pada panel surya [5]
Gambar 16.  Data perbandingan arus menggunkan kendali Fuzzy dan tegangan tanpa menggunakan kontroler
Gambar 17. Data perbandingan  Daya menggunkan kendali Fuzzy dan tegangan tanpa menggunakan kontroler
Berdasarkan  Gambar  14  dapat  diketahui bahwa  sistem  yang  dengan  menggunakan kontroler  fuzzy  2  DOF  menghasilkan  tegangan lebih  bagus  daripada  sistem  yang  tanpa menggunakan  kontroler.  Pada  sistem  yang
menggunakan  kontroler  fuzzy  menghasilkan rata-rata tegangan    yaitu   15,54 V, sedangkan sistem tanpa menggunakan kontroler mempunyai rata-rata tegangan 15,40 V. Selisih yang  dihasilkan  adalah  0,10  V,    Sehingga kenaikan  tegangan  yang  di  dapatkan  sebesar 0,64%.  Pada trendline dari  sistem  yang menggunakan kontroler sudah cenderung datar karena panel surya selalu mengikuti matahari.
Sedangkan  untuk  perbandingan  arus (Gambar  16)  dapat  diketahui  bahwa  sistem yang  dengan  menggunakan  kontroler  fuzzy  2 DOF  menghasilkan  Arus  lebih  bagus  dengan tanpa  kontroler  dengan    rata-rata  arus  yaitu 0,51  A,  sedangkan  tanpa  kendali  mempunyai rata-rata  arus  0.46  A.  Selisih  yang  dihasilkan adalah  0,05  A,  dari  pengujian  arus  di  dapat kenaikan arus dalam  satu  hari  sebesar 9.8%. Pada Gambar 16 trendline arus yang menggunakan  kontroler  fuzzy  cenderung  datar karena  panel  hampir  mengikuti  matahari. Untuk trendline arus  dan  tegangan  pada  pagi hari  dan  sore  hari,  perbandingan  jarak  antara arus tanpa kontroler dan dengan kontroler lebih besar  daripada  tegangan  yang  menggunakan kontroler dengan tanpa kontroler ini disebabkan Karena  karakteristik  dari  panel  surya  semakin suhunya  tinggi  maka  nilai  arus  akan  semakin besar  dan  tegangan  semakin  kecil  dan  untuk suhunya  rendah  nilai  arus  akan  semakin  kecil dan  nilai  tegangan  akan  semakin  besar (Gambar 15).
Sedangkan untuk daya merupakan perhitungan  arus  dikalikan  dengan  tegangan sehingga menghasilkan
daya
yang menggunakan  kontroler  fuzzy  lebih  bagus daripada tanpa kontroler dengan  rata-rata daya yaitu    7,94  W,  sedangkan  tanpa  kendali mempunyai rata-rata daya 7.17 W. Selisih yang dihasilkan adalah 0,77 W, terlihat pada Gambar 17),  dari  perhitungan  daya  di  dapat  kenaikan daya  dalam  satu  hari  sebesar  9.6%.  Untuk energi yang didapatkan tanpa kontroler sebesar 2581,08 Joule/menit dan menggunakan kontroler  fuzzy  sebesar  2861,17    Joule/menit. Dengan  kenaikan  sebesar  9,78%.  Untuk  daya yang  menggunakan kontroler  fuzzy  trendline sudah cenderung datar.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan  simulasi  dan  analisis  yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa perbedaan  intensitas  cahaya  matahari  yang diterima  oleh Solar  Panel dapat  menghasilkan error daya  dan perubahan error daya sehingga sistem tracking berjalan  dengan  baik.  Untuk perbandingan respon unjuk kerja antara sistem yang  tanpa  menggunakan  kontroler  fuzzy  yaitu
tegangan =15,40 V, arus = 0,46 A,  dan daya  = 7.17  W,  sedangkan  untuk  sistem  yang menggunakan  kontroler  fuzzy  2  DOF  ( Degree Of  Freedom )  menghasilkan  tegangan  =  15,54 V,  arus  =  0,51  A,  dan  daya  =  7.94   W.  Faktor- faktor yang mempengaruhi unjuk kerja pengoperasian solar  cell sangat  berpengaruh terhadap  suhu solar  cell ,  kondisi  cuaca,  dan pengaruh
rangkaian mekanis untuk mendapatkan nilai orientasi yang maksimum.

## REFERENSI
Fishbane,  P.M.,Gasirowicz,  S.,  and  Thornton,
S.T.,  1996: Physics  For  Scientists  and engineers ,  2nd  edition,  Prentice-hall,  New Jersey.
Babatunde,  E.  B. Solar  Radiation,  a  Friendly
Renewable Energy Source . Covenant University, Ota, Ogun State, Nigeria. 1995.
Takun,  Pongsakor,  Somyot  Kaitwanidvilai  and Chaiyan  Jettanasen. Maximum  Power  Point Tracking  using  Fuzzy  Logic  Control  for Photovoltaic . Hong Kong. 16-18 May 2011. Lorenzo, Eduardo. Solar Electricity, Engineering of PhotovoltaicSystems .
Madrid:  Polytechnic  University  of  Madrid. 1994
Anderson, Eric, Chris Dohan, and Aaron Sikora, “ Solar Panel Peak Power Tracking System, ” A  Major  Qualifying  Project,  Worcester Polytechnic Institute, 2003.
Dkk,  M.A.  Usta  “ Design  and  Performance  of Solar  Tracking  System  with  Fuzzy  Logic Controlle r”, 2011.