http://ejournal.unp.ac.id/index.php/jtev/index
Volume 06  Number 02  2020 ISSN: 2302-3309
Received May 28, 2020; Revised May 31, 2020; Accepted May 31, 2020
Optimalisasi Penyerapan Energi Matahari Menggunakan Sistem Solar Tracking Dua Sumbu

## Aldian Dwi Putra, Ali Basrah Pulungan, Ichwan Yelfianhar
Teknik Elektro Universitas Negeri Padang aldiandwiputraa@gmail.com

## Abstrak
Solar  cell merupakan  salah  satu  energi  terbarukan  dengan  memanfaatkan  energi  matahari  untuk menghasilkan  energi  listrik.  Namun solar  cell yang  telah  terpasang  saat  sekarang  ini  masih  bersifat statis.  Untuk  memaksimalkan  konversi  energi  yang  dihasilkan  panel  surya  diperlukan  actuator,  yakni sebuah  tuas  penggerak  dengan  tenaga  motor  DC.  Proses  pengambilan  data  dilakukan  di  Lantai  5 Gedung Praktik bersama Universitas Negeri Padang. Terdapat dua buah panel surya dengan spesifikasi daya yang sama. Dimana salah satunya digunakan sistem tracking dan yang lainya dalam keadaan tetap. Pengambilan  data  dilakukan  tanggal  22  Januari  2020  mulai  pukul  08.30  WIB  sampai  dengan  pukul 16.00 WIB. Hasil dari pengujian solar cell rata – rata tegangan tanpa dan dengan sistem tracking yaitu 19,4 volt dan 21,5 volt. Rata-rata arus tanpa dan dengan sistem tracking yaitu 0,58 A dan 1,05 A serta tegangan  maksimal  tanpa  dan  dengan  sistem tracking yaitu  19,6  V  dan  22,1  V.  Selisih  energi  listrik yang  dihasilkan  dengan  sistem tracking dan  tanpa  sistem tracking yaitu  180,62  Wh  dan  361,75  Wh. Dapat disimpulkan solar cell yang terpasang menggunakan tracker menghasilkan daya yang lebih besar dibandingkan tanpa menggunakan tracker.

## Abstract
A solar cell is a renewable energy by utilizing solar energy to produce electricity. However, solar cells that have been installed today are still static. To maximize the  conversion of energy produced by solar panels an actuator is needed, which is a driving lever with DC motor power. The data collection process was carried out on the 5th Floor of the Practice Building together with Padang State University. There are 2 solar panels with the same power specifications. Where one of them is used a tracking system and the other is in a fixed state. Data was collected on January 22, 2020 starting at 08.30 WIB until 16.00 WIB. The results of solar cell testing average voltage without and with a tracking system are 19.4 volts and 21.5 volts. And the average current without and with a tracking system that is 0.58 A and 1.05 A and the maximum voltage without and with a tracking system that is 19.6 V and 22.1 V. The difference in electrical energy generated by tracking the system and without tracking the system is 180.62 Wh and 361.75  Wh.  It  can  be  concluded  that  solar  cells  installed  using  a  tracker  produce  more  power  than without using a tracker.
Keywords: Solar cell, dual axis, solar tracker, increased energy conversion

## PENDAHULUAN
Kebutuhan  energi  nasional  saat  ini  terus  meningkat  seiring  dengan  pertumbuhan ekonomi,  penduduk,  dan  harga  energi.  Pada  tahun  2050  Badan  Pengkajian  dan  Penerapan Teknologi  (BPPT)  memprediksi  bahwa  energi  listrik  merupakan  energi  kebutuhan  dua terbesar  yakni  sebanyak  21,3%.  Energi  listrik  sebagian  besar  dihasilkan  dari  pembakaran bahan  bakar  fosil  yang  merupakan  salah  satu  Sumber  Daya  Alam  (SDA)  yang  tidak  dapat
diperbaharui.  Batubara  masih  tetap  digunakan  untuk  pembangkit  listrik  sebanyak  64%  atau sekitar 482 juta ton [1].
Solar cell merupakan salah satu energi terbarukan dengan memanfaatkan energi matahari untuk  menghasilkan  energi  listrik.  Energi  matahari  merupakan  energi  potensial  yang  dapat dikembangkan  di  Indonesia,  mengingat  Indonesia  secara  geografis  terletak  di  garis  lintang khatulistiwa  yang  mendapatkan  sinar  matahari  sepanjang  tahun  [2]  [3]  .  Hal  tersebut  dapat digunakan    sebagai            modal      utama      pembangkitan      listrik      dengan      menggunakan photovoltaic yakni konversi energi cahaya matahari menjadi energi listrik [4][5].
Pada penelitian Wasana Saputra (2008), didapatkan hasil kurang optimal pada pengujian solar tracker di luar ruangan dikarenakan papan solar tracker tidak stabil. Namun pergerakan solar  cell kurang  dinamis  terhadap  penyesuaian  posisi  arah  datangnya  cahaya  matahari  [6]. Menurut  Mostavan  (2000:79) bila cahaya  matahari  yang menimpa modul surya  berkurang maka  hasilnya  juga  akan menurun.  Bila intensitas  cahaya berkurang,  jumlah  foton  per  detik yang menembus sel juga akan kurang, oleh sebab itu jumlah elektron  yang dilepas juga akan berkurang. Ini menyebabkan berkurangnya arus keluaran pada semua tegangan untuk sebuah modul.
Perancang  sistem  perlu  memperhatikan  sudut  kemiringan solar  cell untuk  menghadap sinar  datang  matahari  agar  penyerapan  intensistas  cahaya  matahari  dapat  memaksimalkan konversi  energi  listrik  yang  dihasilkan  panel  surya  [4].  Untuk  memaksimalkan  konversi energi  yang dihasilkan panel surya diperlukan actuator, yakni sebuah tuas penggerak dengan tenaga  motor  DC  [7].  Actuator  digunakan  untuk  menggerakkan  panel  surya (solar  tracker) menghadap  matahari  agar  energi  listrik  yang  dihasilkan  meningkat  dibandingkan solar  cell dalam keadaan statis [8][9].  Penelitian ini menggunakan empat buah LDR ( Light Dependent Resistor ) yang di posisikan pada masing-masing sudut solar cell sehingga jika sinar matahari pada  posisi  tegak  lurus  maka  output  masing-masing  sensor  memiliki  keluaran  yang  sama. Arduino  Mega  2560  digunakan  untuk  mengontrol  proses  kinerja  actuator  dan  LDR  [10]. Peneliti  berharap  selisih  daya  yang  dihasilkan  oleh solar  tracker dual  axis lebih  besar  dan optimal dibandingkan solar cell dengan posisi statis.

## A. Photovoltaic
Photovoltaic adalah teknologi yang menghasilkan tenaga listrik DC ( direct current ) dari bahan semikonduktor ketika terpapar oleh foton.  Selama  cahaya  menyinari solar  cell (nama untuk  individual  elemen photovoltaic ), maka akan menghasilkan tenaga listrik. Ketika tidak ada cahaya, energi listrik juga berhenti dihasilkan.
Solar  cell pada  perancangan solar  tracker  dual  axis ini  menggunakan  panel  dengan output 50 WP (wattpeak) berbahan monocrystalyne.
Tabel 1. Spesifikasi Solar Cell 50 Wp Spesifikasi Keterangan Max. Power Voltage (Pmax) 50 Watt Max. Power Voltage (Vmp) 17,5 V Max. Power Current (Imp) 2,86 A Open Circuit Voltage (Voc) 21 V Short Circuit Current (Isc) 3,09 A Nominal Operating Cell Temp 47±2°C Max. System Voltage 1000 VDC

## B. Arduino Mega 2560
Arduino  Mega  umumnya  dibuat  menggunakan  jenis  mikrokontroler  ATMega  2560. Sesuai  dengan namanya, Arduino  ini dibekali dengan prosesor ATMega2560  yang memiliki 54 pin digital I/O (dimana 15 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 16 pin analog input, 4  pin  UART,  2x3  pin  ICSP  (untuk  memprogram  Arduino  dengan  software  lain),  dan  kabel USB komputer yang sekaligus digunakan sebagai sumber tegangan.
Gambar 2. Arduino Mega 2560
Tabel 2. Spesifikasi Arduino Mega 2560 Spesifikasi Keterangan Tegangan Operasional 5V Tegangan Input (rekomendasi) 7-12V Tegangan Input(limit) 6-20V Pin Digital I/O 54 (15 PWM) Pin Analog Input 16 DC per Pin I/O 20mA Arus DC untuk Pin 3,3 V 50mA

## C. Linear Actuator
Pada tugas akhir ini digunakan Linear actuator parabola sebagai penggerak posisi modul solar cell . Linear actuator ini terdiri dari motor DC, sejumlah gear , dua tabung yang berfungsi sebagai lengan penggerak naik-turun.

## Gambar 3. Linear Actuator

## D. Battery
Aki  bekerja  atas  dasar  pengisian  dan  pengosongan  energi  listrik  yang  terdapat  di dalamnya. Pada saat aki dipakai, maka terjadi pengosongan, dimana kedua elektrodenya akan menjadi  timbal  sulfat.  Hal  ini  disebabkan  kedua  elektrode  bereaksi  terhadap  larutan  asam sulfat.  Pada  reaksi  tersebut  elektode  timbal  melepaskan  banyak  elektron,  akibatnya  terjadi aliran listrik dari timbal dioksidanya.
Pada  tugas  akhir  ini  digunakan battery atau  aki  kering  dengan  tipe  Quantum  dengan output 12 V/7,2 Ah.

## Gambar 4. Accumulator

## METODE PENELITIAN
Proses  pengambilan  data  dilakukan  di  Lantai  5  Gedung  Praktek  bersama  Universitas Negeri  Padang.  Terdapat  dua  buah  panel  surya  dengan  spesifikasi  daya  yang  sama.  Dimana salah satunya digunakan sistem tracking dan  yang lainya dalam keadaan tetap. Pengambilan data dilakukan tanggal  22 Januari 2020 mulai  pukul  08.30 WIB sampai  dengan pukul 16.00 WIB.
Data  yang  dihasilkan  berupa  V  (Tegangan)  dan  I  (arus)  dari  kedua  panel  surya  yang dibandingkan.  Dari  data  tersebut  kemudian  dilakukan  perhitungan  energi  yang  dihasilkan serta dilakukan perbandingan tingkat efisiensinya.

## A. Blok Diagram
Gambar 5. Blok diagram sistem tracker dual axis
Berdasarkan blok diagram pada gambar di atas, sistem diawali dengan pengaktifkan alat dengan melakukan penekanan tombol ON/OFF. Dengan aktifnya sistem maka secara otomatis mikrokontroller akan  mendeteksi  waktu  melalui  sensor  RTC.  Setelah  terdeteksi buzzer akan berbunyi  sesuai  dengan  waktu  saat  diaktifkannya  alat.  Setelah  terdeteksinya  waktu  maka linear  actuator akan  bergerak  sesuai  arah  yang  telah  ditentukan  dibantu  dengan  sensor kemiringan.
Kemudian  sensor  LDR  akan  mendeteksi  tegangan  puncak  dari  keluaran  LDR.  Cahaya matahari  yang  mengenai  sensor  LDR  membuat  resistansinya  berubah  sehingga mempengaruhi  nilai  tegangan  yang  akan  diinformasikan  ke analog  input  mikrokontroller . Mikrokontroller mengolah    informasi  yang  diterima  dari  sensor  LDR  dan  memberi  perintah untuk menggerakkan linear actuator yang mana akan menggerakkan posisi permukaan modul solar cell dengan dua sumbu. Pergerakan linear actuator 1 bertujuan dalam menentukan arah dan posisi horizontal solar tracker dan linear actuator 2 berfungsi untuk menentukan arah dan posisi vertical solar tracker. Setelah posisi solar cell sesuai dengan posisi maksimal tegangan maksimal maka solar cell akan mengalirkan arus ke battery untuk dilakukan pengecasan. Jika  pada  kondisi  malam  hari solar  cell akan  tetap  mengarah  dimana  posisi  terakhirnya solar cell dengan posisi switch OFF.

## B. Perancangan Mekanik Alat

## C. Flowchart Sistem

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  pengujian  ini  dimaksudkan  untuk  membandingkan  antara  tegangan  dan  arus  pada posisi statis dan dinamis. Hal ini untuk mengetahui lebih efektif manakah untuk diaplikasikan untuk penerangan rumah.
A. Pengujian Solar Cell Terhadap Sinar Matahari
1. Pengujian tanpa tracker (statis)
Tabel 3. Hasil pengujian alat tanpa tracker ( flat )
No Jam Tegangan ( Volt) Arus (Ampere) 1 8:30 18,9 0,3 2 9:00 19,4 0,3 3 9:30 19,4 0,3 4 10:00 19,4 0,5 5 10:30 19,5 0,5 6 11:00 19,5 0,6 7 11:30 19,5 0,6 8 12:00 19,6 0,7 9 12:30 19,6 0,7 10 13:00 19,6 0,9 11 13:30 19,5 0,9 12 14:00 19,3 1,1 13 14:30 19,3 0,6
14 15:00 19,3 0,6 15 15:30 19,2 0,4 16 16:00 19,2 0,3 Rata - rata 19,4 0,58

## 2. Pengujian dengan tracker (dual axis)
Tabel 4. Hasil pengujian alat dengan tracker No Jam Tegangan (Volt) Arus (Ampere) 1 8:30 21,1 0,8 2 9:00 21,2 0,8 3 9:30 21,2 0,85 4 10:00 21,4 0,8 5 10:30 21,5 0,85 6 11:00 21,7 0,95 7 11:30 21,7 1 8 12:00 21,8 1,3 9 12:30 21,8 1,5 10 13:00 21,9 2 11 13:30 22 1,4 12 14:00 22,1 1,1 13 14:30 21,4 1 14 15:00 21,4 0,9 15 15:30 21,1 0,7 16 16:00 21 0,8 Rata - rata 21,5 V 1,05 A

## 3. Perbandingan Hasil Pengujian
Tabel 5. Perbandingan Hasil Pengujian
Jam
Pengujian Solar Cell Tanpa Tracker Pengujian Solar Cell Dengan Tracker (Dual Axis) V I P V I P 8:30 18,9 0,3 5,67 21,1 0,8 16,88 9:00 19,4 0,3 5,82 21,2 0,8 16,96 9:30 19,4 0,3 5,82 21,2 0,85 18,02 10:00 19,4 0,5 9,7 21,4 0,8 17,12 10:30 19,5 0,5 9,75 21,5 0,85 18,275 11:00 19,5 0,6 11,7 21,7 0,95 20,615 11:30 19,5 0,6 11,7 21,7 1 21,7 12:00 19,6 0,7 13,72 21,8 1,3 28,34
12:30 19,6 0,7 13,72 21,8 1,5 32,7 13:00 19,6 0,9 17,64 21,9 2 43,8 13:30 19,5 0,9 17,55 22 1,4 30,8 14:00 19,3 1,1 21,23 22,1 1,1 24,31 14:30 19,3 0,6 11,58 21,4 1 21,4 15:00 19,3 0,6 11,58 21,4 0,9 19,26 15:30 19,2 0,4 7,68 21,1 0,7 14,77 16:00 19,2 0,3 5,76 21 0,8 16,8 Total Energi Listrik 180,62 Wh Total Energi Listrik 361,75 Wh

## B. Perhitungan
Dengan  didapatkannya  data  dari  hasil  pengujian,  maka  langkah  selanjutnya  dilakukan perhitungan  daya  serta  persentase  peningkatan  arus  dan  daya  listrik  yang  dihasilkan  antara panel surya dinamis dan panel surya statis.
Untuk mencari daya yang dihasilkan yaitu :
 Solar cell dengan menggunakan tracker (dinamis)
P   = V x I = 21,5 x 1,05
= 22,57 Watt
 Solar cell tanpa tracker (statis)
P  = V x I = 19,4 x 0,58
= 11,25 Watt
Untuk mencari persentase arus dan daya listrik :
 Arus
= 𝑎𝑟𝑢𝑠 𝑑𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑠−𝑎𝑟𝑢𝑠 𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑠 𝑎𝑟𝑢𝑠 𝑑𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑠 𝑥100%
= 1,05−0,58
1,05 𝑥100%
=  49,76%
 Daya
= 𝑑𝑎𝑦𝑎 𝑑𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑠−𝑑𝑎𝑦𝑎 𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑠 𝑑𝑎𝑦𝑎 𝑑𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑠
𝑥100%
= 22,57−11,25
22,57 𝑥100% =  50,15 %
Grafik 1. Selisih daya solar cell statis dan menggunakan tracker

## PENUTUP
A. Kesimpulan
Hasil dari pengujian solar cell rata – rata tegangan tanpa dan dengan sistem tracking yaitu 19,4 volt dan 21,5 volt. Dan  rata-rata arus tanpa dan dengan sistem tracking yaitu 0,58 A dan 1,05 A serta tegangan maksimal tanpa dan dengan sistem tracking yaitu 19,6
V dan 22,1 V. Jadi dengan ini dapat disimpulkan bahwa :
1. Perbedaan  keluaran  energi  listrik  yang  sangat  signifikan,  dari  hasil  rata  rata perhitungan  energi  listrik  didapat  selisih  perbedaan  energinya  hingga  mencapai 50,15% per hari dengan pengujian selama 7 jam 30menit.
2. Selisih  energi  listrik  yang  dihasilkan  dengan  sistem tracking dan  tanpa  sistem tracking yaitu  180,62  Wh  dan  361,75  Wh  selama  7jam  30menit  dengan  16  kali pengujian  dan  mendapat  daya  perharinya  22,57  watt  dengan  sistem tracking dan 11,25 watt tanpa sistem tracking .
3. Dengan  menggunakan  sistem tracking pada solar  cell akan  dapat  membatu solar cell melakukan penyerapan sinar matahari secara maksimal dan lebih efisien.

## B. Saran
Karena solar tracker dual axis ini saya buat dengan menggunakan solar cell 50 Wp, maka  kurang  bermanfaat  untuk  lingkungan  masyarakat  sebab  tegangan  yang  dihasilkan masih terbilang kecil jika seandainya digunakan di instalasi rumah tinggal, namun apabila digunakan untuk penerangan jalan atau fasilitas umum lainnya maka ini sangat tepat dan praktis.  Oleh  sebab  itu,  penulis  menyarankan  agar  menggunakan solar  cell dengan kapasitas lebih dari 50 Wp agar nantinya dapat berguna untuk instalasi rumah tinggal.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT). (2018) .  Energi Berkelanjutan  untuk Transportasi Darat. ISBN 978-602-1328-05-7
[2] Yandi,  W.,  &  Pulungan,  A.  B.  (2017). Tracker  Tiga  Posisi  Panel  Surya  Untuk  Peningkatan  Konversi Energi Dengan Catu Daya Rendah . 6(3), 159-167.
3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 8:30 9:00 9:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 Da y a Jam Tanpa Tracking Dengan Tracking
[3] Hasan, H. (2012). Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Surya. Jurnal Riset Dan Teknologi Kelautan , 10 , 169–180.
[4] Pangestuningtyas,  D.  L.,  Hermawan,  &  Karnoto.  (2013).  Analisis  Pengaruh  Sudut  Kemiringan  Panel Surya Terhadap Radiasi Matahari Yang Diterima Oleh Panel Surya Tipe Larik Tetap. Transient , 2 , 0–7.
[5] Samsurizal,  S.,  Makkulau,  A.,  &  Christiono,  C.  (2019).  Analisis  Pengaruh  Sudut  Kemiringan  Terhadap Arus  Keluaran  Pada  Photovoltaic  Dengan  Menggunakan  Regretion  Quadratic  Method. Energi  & Kelistrikan , 10 (2), 137–144.
[6] Saputra, W. (2008). Rancang Bangun Solar Tracking System Untuk Mengoptimalkan Penyerapan Energi Matahri Pada Solar Cell . Fakultas  Teknik. Universitas Indonesia. Depok
[7] Miswardi. (2015). Rancang Bangun Motor Penggerak Aktuator Pada Antena Parabola . 1 .
[8] Budi,  S.  H.  (2015). Pengembangan  Solar  Tracker  Single  Axis  Berbasis  Arduino  Untuk  Meningkatkan Perolehan . (38)
[9] Yohana, E. (2012). Uji Eksperimental Pengaruh Sudut Kemiringan Modul Surya 50 Watt Peak dengan Posisi Mengikuti Pergerakan Arah Matahri. Mekanika , 11 (September), 25–30.
[10] Benny,  I.  M.  P.  W.,  Bgs,  I.,  Swamardika,  A.,  &  Wijaya,  I.  W.  A.  (2015). Rancang  Bangun  Sistem Tracking Panel Surya Berbasis Mikrokontroler Arduino . 2 (2), 115–120.

## Biodata penulis
Aldian  Dwi  Putra, dilahirkan  di  Padang,  11  September  1996.  Menyelesaikan    DIV  Teknik Elektro Industri pada jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Padang.
Ali Basrah Pulungan, dilahirkan di  Hutanaingkan, 12  Desember 1974.   Menyelesaikan  Studi S1 di Jurusan Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara (USU). Pendidikan S2 Bidang Teknik Tenaga Listrik di Universitas Gajah Mada (UGM) tahun 2007. Sekarang menjadi staf pengajar di Jurusan Teknik Elektro Universitas Negeri Padang.
Ichwan  Yelfianhar, lahir  di  Painan,  27  Oktober  1978.  Sekarang  menjadi  staf  pengajar  di Jurusan Teknik Elektro Universitas Negeri Padang.