## PERANCANGAN ALAT DIGITAL PENGUKUR INTENSITAS RADIASI MATAHARI DAN LAMA PENYINARAN MATAHARI
( Prototype of Digital Radiation Intensity and the duration of visible sunshine
measurement )
Yulia Fitri 1* , Bibin Sulianto 1 , Neneng Fitrya 1 , Sri Fitria Retnowati 1
1 Program Studi Fisika, Fakultas MIPA dan Kesehatan, Universitas Muhammadiyah,
Pekanbaru (28124), Riau, Indonesia *Yulia Fitri, 081373664405, yuliafitri@umri.ac.id

## Abstrak
Intensitas radiasi matahari dan lama penyinaran matahari mempunyai pengaruh yang besar  terhadap  perubahan  cuaca.  Alat  yang  digunakan  untuk  mengukur  intensitas  radiasi matahari yaitu Phyrometer sedangkan lama penyinaran matahari diukur dengan alat Campbell Stokes dengan  mengukur  panjang  jejak  bakar  di  pias  matahari. Prototype yang  dirancang bertujuan  sebagai  alat  alternatif  untuk  mengukur  intensitas  radiasi  matahari  dan  lama penyinaran  matahari. Prototype mengukur  intensitas  radiasi  matahari  dan  lama  penyinaran matahari  menggunakan  sensor  LDR.  Data  intensitas  radiasi  matahari  yang  diperoleh  dari prototype diolah menjadi data penyinaran matahari dengan metode regresi linear. Hasil data intensitas  radiasi  matahari  yang  diperoleh  dari prototype dengan Phyrometer sebagai  alat pembanding  menggambarkan trend grafik  yang  sama.  Hasil  data  lama  penyinaran  matahari dari prototype juga menggambarkan trend yang sama dengan alat pembanding Phyrometer dan pias matahari.
Kata kunci : intensitas radiasi matahari, lama penyinaran matahari, LDR, Phyrometer.

## Abstract
The  intensity  of  solar  radiation  and  the  duration  of  solar  irradiance  have  a  great influence  on  weather  changes.  The  tool  used  to  measure  the  intensity  of  solar  radiation  is Phyranometer while the duration of solar irradiance is measured by means of Campbel Stokes by measuring the length of the burn in the sun. The designed prototype aims as an alternative tool for measuring the intensity of solar radiation and the duration of solar irradiance. The prototype measures the intensity of solar radiation and the duration of solar irradiance using LDR sensors. The solar radiation intensity data obtained from the prototype is processed into solar  radiation  data  by  the  method  Linear  Regression.  The  results  of  the  solar  radiation intensity data from the prototype with pyranometer as a comparison tool illustrate the same graph trend. The results of the old solar exposure data from the prototype also illustrate the same trend with the pyranometer and the sun pias.
Keywords: The  Intensity  Of  Solar  Radiation,  The  Duration  Of  Solar  Irradiance,  LDR, Pyranometer .

## PENDAHULUAN
Matahari merupakan sumber energi utama dalam menyusun unsur-unsur cuaca, temperatur  suatu  daerah  dipengaruhi  oleh intensitas  radiasi  matahari.  Intensitas radiasi  matahari  suatu  daerah  dipengaruhi topografi,  posisi  lintang  dan  gerak  semu matahari.  Perbedaan  topografi  dan  posisi lintang suatu  daerah akan mempengaruhui Intensitas  radiasi  matahari  yang  diterima tiap  daerah.  Lama  penyinaran  matahari ( sunshine duration ) ialah lamanya matahari bersinar  cerah  sampai  permukaan  bumi dalam periode satu hari, diukur dalam jam. Periode  satu  hari  lebih  tepat  disebut panjang  hari  yakni  jangka  waktu  matahari berada  diatas  horizon.  Lama  penyinaran ditulis  dalam  satuan  jam  sampai  nilai persepuluhan, atau sering juga ditulis dalam persen terhadap panjang hari [1].
BMKG Pekanbaru khususnya yang berada di  Bandara Sultan Syarif Kasim II, mempunyai  tugas  pokok  yaitu  melakukan pengamatan dan analisis cuaca.
Pengamatan unsur cuaca meliputi pengamatan  arah  dan  kecepatan  angin, jarak  pandang  ( visibility ),  tekanan  udara, suhu  udara,  perawanan  dan  kondisi  cuaca dilakukan  setiap  jam  dan  melaporkan kondisi  cuaca  ke  BMKG  Pusat  Jakarta setiap 3 jam. Pengamatan yang dilakukan 1 kali  dalam  sehari  meliputi  pengamatan penguapan  air,  curah  hujan  dan  lama penyinaran  matahari.  BMKG  mempunyai program mendigitalisasi peralatan operasional,  maka  diharapkan  semua  alat operasional yang digunakan sudah bersifat digital.  BMKG  Pekanbaru  melakukan pengamatan  intensitas  radiasi  matahari dengan  mengukur  kekuatan  intensitas radiasi  matahari  dan  lama  penyinaran matahari 12 jam dalam sehari. Pengukuran tersebut  dilakukan  saat  setelah  matahari terbenam  dan  dilaporkan  ke  BMKG  Pusat
Jakarta  pada  jam  07.00  wib  pada  hari berikutnya [2].
Lama  penyinaran  matahari  diukur dengan  menghitung  panjang  noda  bakar dipias  matahari  dengan  satuan  jam. Terbakarnya  pias  matahari  ini  disebabkan oleh  intensitas  radiasi  matahari  yang difokuskan  oleh  bola  kaca  di campbell stokes .  Pias  matahari  terbuat  dari  kertas dengan bahan khusus mempunyai ketebalan 0.4 mm dan hanya akan terbakar pada  intensitas  radiasi  matahari  ≥  0.3 cal/cm/menit atau 120 W/m 2 [3]. Pembacaan  pias  matahari  secara  visual mempunyai  tingkat  akurasiyang  rendah, dikarenakan setiap pengamat akan mempunyai representasi terhadap pembacaan  pias  matahari  berbeda  dari pengamat  satu  dengan  pengamat  lainnya. Kesalahan  pembacaan  lama  penyinaran matahari dapat dihindari apabila data lama penyinaran  matahari  didapatkan  secara digital [1].
Lama  Penyinaran  Matahari  secara digital dapat diperoleh dengan menggunakan data intensitas radiasi matahari  dan  alat  pencacah  waktu  digital yang biasa disebut dengan RTC ( Real Time Clock ).  Pencacahan  data  intensitas  radiasi matahari  setiap  menit  menggunakan RTC , dimana tingkat  akurasi  dan ketelitian RTC lebih  baik  dibanding  dengan  pencacahan waktu  yang  dimiliki  oleh  mikrokontroler. Fungsi  dari RTC dalam  rancangan  ini sebagai  pencacah  waktu  data  intensitas radiasi matahari yang diperoleh dari sensor [4]
Data  intensitas  radiasi  matahari dengan  satuan  w/m 2 diperoleh  secara digital menggunakan pyranometer . Pyranometer yang  saat  ini  digunakan BMKG Pekanbaru, harganya relatif mahal.
Alternatif  alat  yang  lebih  murah  dari pyranometer dan  menghindari  kesalahan
pembacaan data lama penyinaran matahari, maka  dalam  penelitian  ini  akan  dibuat sebuah prototype alat  pengukur  intensitas radiasi  matahari  dan  lama  penyinaran matahari secara digital dengan menggunakan  sensor Photovoltaic dan pencacah  waktu RTC  (Real  Time  Clock) dengan mikrokontroler ATMega 328 .
Dari  penelitian  sebelumnya,  sensor Photovoltaic mempunyai  kekunggulan cukup  sensitif  dalam  menerima  radiasi matahari,  cukup  tahan  terhadap  beberapa kondisi  cuaca  dan  ketersedian  sensor Photovoltaic yang cukup banyak [1]. Hasil
pembacaan  sensor Photovoltaic dalam rancang  bangun  sistem  akuisisi  data Wireless Photovoltaic Pyranometer memiliki  kinerja  yang  cukup  baik  [5]. Penggunaakan  sensor  Photovoltaic  dalam bidang lain yang ditulis dalam jurnal Studi Fotobioreaktor untuk  produksi  Mikroalga [6]  berdasarkan  data  yang  diperoleh performa Photovoltaic cukup baik.

## METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian  ini  dilakukan  dengan  tahapan seperti yang terlihat pada Gambar 1.
Merancang Hardware Alat Pengujian Alat No Y  e s Merancang Software Alat Sensor Mikrokontroler R T  C Modul SD Card LCD PC Arduino IDE Labview Data Intensitas Radiasi Matahari Data Lama Penyinaran Matahari Analisis Penelitian Kesimpulan Persiapan
Flowchart akuisisi data pada Gambar 3, pada saat proses mulai program, jika power supply bersumber dari DC Volt maka  proses  akan  dilanjutkan.  Jika “no” , maka  akan  menggunakan  baterai  lalu menuju  proses  perikutnya  melakukan inisialisasi.  Kemudian  data  akan  diambil oleh  sensor  atau  proses  pengambilan  data, jika  data  atau  perubahan  yang  ditangkap sensor telah diperoleh maka proses akan di lanjutkan.  Jika “no” ,  akan  kembali  pada proses  pengambilan  data  atau  pengukuran perubahan  yang  dilakukan  sensor  karena terdapat  kemungkinan  terjadi  kesalahan.
Data yang terbaca terbaca oleh sensor akan ditampilkan  pada  dua  media,  media pertama  apakah  akan  ditampilkan  di LCD atau  tidak.  Jika “no” maka  data  akan tersimpan di SD Card. Jika “ yes ” maka data akan  ditampilkan  di LCD .  Selanjutnya menuju decision pengukuran. Media kedua apakah akan dikoneksikan di PC atau tidak. Jika “no” ,  maka  akan  menuju decission pengukuran. Jika “yes” maka ada dilanjutkan proses menampilkan di PC dan disimpan. Pada decission pengukuran, jika “no” maka proses akan selesai. Jika “yes” maka akan kembali dilakukan input data.
Gambar 2 Diagram Alat
Flowachart alur  program Interface
sehingga dapat menampilkan data intensitas  radiasi  matahari  dan  lama penyinaran matahari menggunakan software LabView di PC . Program dimulai pada  saat PC dalam  keadaan “On”. Jika “no” ,  maka proses akan langsung berakhir.
Melakukan  inisialisasi  komunikasi  serial UART yaitu pada baudrate 9600 bps . Dan inisialisasi PORT sesuai nomor PORT yang
terdeteksi  pada PC .  Setelah  itu  proses menekan  tombol connect/start untuk memulai  program.  Jika  belum  terkoneksi maka  periksa device  manager untuk melihat PORT yang  telah  terhubung.
Selanjutnya  lakukan  Proses  koneksi.  Jika “no” maka  proses  akan  berakhir  dan  jika
“yes” maka  kembali  akan  melakukan inisialiasi. Jika sudah terkoneksi maka akan dilakukan proses mengambil data intensitas
radiasi  oleh  sensor  setiap  1  menit.  Data intensitas radiasi matahari ≥120 W/m 2 akan dipisahkan  dan  dihitung  berapa  banyak jumlah  data  intensitas  radiasi  matahari ≥120  W/m 2 .  Banyaknya  Jumlah  data intensitas radiasi matahari ≥120 W/m 2 yang terekan setiap 1 menit, dikonversi menjadi
satuan  jam,  yang  selanjutnya  disebut  data lama  penyinaran  matahari  dan  akan ditampilkan  di  layar PC menggunakan software LabView  2011 .  Selanjutnya  akan dilakukan  pembacaan.  Jika “no” maka proses akan berakhir.
Gambar 3 Flowchart Akuisisi Data
START Ada sumber DC? baterai Inisialisasi Proses Data? Input Data Konversi Tampil Data Radiasi LCD Tampil LCD? Koneksi ke PC? Data Radiasi Simpan Data di SD Card Tampil Data Radiasi di PC Simpan Data di PC Pengukuran FINISH Yes Yes Yes Yes No No No Yes No No

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  Gambar  4  meperlihatkan grafik  data  intensitas  radiasi  matahari  dari Prototype dengan  sensor Solar  Cell dan Pyranometer . Pada gambar 4 data intensitas
radiasi  matahari  yang  diperoleh Prototype dengan  sensor Photovoltaic ( Solar  Cell) tidak  menggambarkan trend data  yang dinamis  seperti  data  intensitas  radiasi matahari yang diperoleh dari Pyranometer .
Gambar 4 Grafik Data Prototype sensor Photovoltaic dengan Pyranometer Prototype alat  ukur  intensitas radiasi matahari dengan
sensor Photovoltaic ( Solar  Cell) tidak  dapat memberikan  gambaran  data  intensitas radiasi  matahari  yang  dinamis,  oleh
karenanya dilakukan perubahan
penggunaan  Sensor Photovoltaic ( Solar Cell) menjadi sensor LDR ( Light Dependent  Resistor )  sebagai  penerima intensitas cahaya matahari.
Gambar 5 Grafik data Prototype dengan pyranometer Data yang diperoleh dari Prototype dengan menggunakan sensor LDR merupakan data intensitas radiasi matahari (Lampiran III). Perubahan intensitas radiasi matahari  dipengaruhi  oleh  besar  kecilnya cahaya  yang  diterima  sensor.  Keakuratan
data dari Prototype dapat diketahui dengan membandingkan  data Prototype dengan data  dari  alat  standar  pengukur  intensitas radiasi matahari secara digital. Pyranometer merupakan alat standar untuk mengukur intensitas radiasi matahari secara
450 550 650 750 850 950 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 7:4 2:48 8:2 3:54 9:0 4:00 9:4 5:06 10: 26:12 11: 07:18 11: 48:24 12: 29:30 13: 10:36 13: 51:42 14: 32:47 15: 13:53 15: 54:59 16: 35:05 17: 16:10 17: 57:16 18: 38:22 19: 19:27 Grafik Data Prototype Sensor Photovoltaic dengan Pyranometer pyranometer ldr 990 1000 1010 1020 0 500 1000 1500 7 :1 8 :2 1 7 :4 8 :2 5 8 :1 8 :3 0 8 :4 8 :3 5 9 :1 8 :4 0 9 :4 8 :4 4 1 0 :1 8 :4 9 1 0 :4 8 :5 4 1 1 :1 8 :5 8 1 1 :4 8 :0 3 1 2 :1 8 :0 8 1 2 :4 8 :1 3 1 3 :1 8 :1 7 1 3 :4 8 :2 2 1 4 :1 8 :2 7 1 4 :4 8 :3 2 1 5 :1 8 :3 4 1 5 :4 8 :3 4 1 6 :1 8 :4 5 1 6 :4 8 :5 0 1 7 :1 8 :5 4 Grafik perbandingan data Prototype s ensor LDR dengan Pyranometer
Pyranometer
digital.  Keakuratan  data Prototype diukur dengan perbandingan gambar grafik antara
data Prototype dengan Pyranometer (Gambar 5).
Gambar 6 Normalisasi data Prototype terhadap waktu
Pergeseran  waktu  antara  data Prototype dengan  data Pyranometer pada kisaraan  2  menit  (Gambar  4.4),  setelah dilakukan  normalisasi  waktu  yaitu  dengan menggeser  data Prototype selama  2  menit
maka grafik data Prototype dan Pyranometer yang  diperoleh  mempunyai skema pergerakan/trend data yang seragam (Gambar 6).
Gambar 7 Grafik lama penyinaran matahari dari masing-masing alat ukur
Gambar 7 merupakan grafik perbandiangan  pembacaan  data  lama penyinaran matahari dari Prototype ,
Pyranometer dan Pias matahari. Data lama penyinaran matahari Prototype dibandingkan
dengan
Pyranometer
mempunyai tingkat kesalahan sebesar 3%. Perbandingan data lama penyinaran matahari Hasil dari Prototype dengan Pias matahari  mempunyai  tingkat  kesalahan
sebesar  40.3%.  perbandingan  data  lama penyinaran  matahari  antara Pyranometer dengan  Pias  matahari  mempunyai  tingakt kesalahan  sebesar  42%  (Lampiran  IX). Data  lama  penyianaran  matahari  yang diperoleh  dari prototype mempunyai tingkat  kesaragaman  sebesar  97%  dengan data  lama  penyinaran  matahari  dari Pyranometer .

## KESIMPULAN
Data  yang  didapat  dari Prototype
alat  pengukur  intensitas  radiasi  matahari
dan lama penyinaran matahari menghasilkan  kesimpulan,  diantaranya yaitu  grafik  intensitas  radiasi  matahari antara Prototype menggunakan sensor LDR
995 1000 1005 1010 1015 0 200 400 600 7 :1 8 :2 1 7 :2 2 :2 1 7 :2 6 :2 2 7 :3 0 :2 3 7 :3 4 :2 3 7 :3 8 :2 4 7 :4 2 :2 4 7 :4 6 :2 5 7 :5 0 :2 6 7 :5 4 :2 6 7 :5 8 :2 7 8 :0 2 :2 8 8 :0 6 :2 8 8 :1 0 :2 9 8 :1 4 :3 0 8 :1 8 :3 0 Normalisasi data Prototype terhadap waktu Pyranometer 0 5 10 Day 1 Day 2 Grafik Lama Penyinaran Matahari LDR Pyranometer
dengan Pyranometer memperlihatkan trend yang  sama,  Perbandingan  data  lama penyinaran  matahari  antara Prototype menggunakan  sensor LDR dengan  data Pyranometer mempunyai tingkat kesalahan rata-rata  sebesar  3%.  Perbandingan  data
lama  penyinaran  antara Prototype dan Pyranometer terhadap  Pias  Matahari,  data Prototype menunjuk  tingkat  kesalahan lebih kecil dibanding dengan data Pyranometer .

## DAFTAR PUSTAKA
Dyah,Prihartini  Djenal.  2016, Skripsi Sistem Monitoring Intensitas Radiasi Matahari , Sekolah Tinggi Meteorologi Klimatologi dan
Geofisika,Jakarta.
Peraturan  Kepala  Badan  Meteorologi,
Klimatologi  dan  Geofisika  Nomor  4 Tahun  2016, Tentang  Pengamatan Dan  Pengolahan  Data  Iklim  Di Lingkungan Badan Meteorologi, Klimatologi Dan Geofisika . Cimo-x Through Recommendation
16.1989 , Commision for Instruments and  Methods  of  Observation  at  its tenth session
Hendi  Handian  Rachmat,  Adhe  Ninu
Indrawan  &  Niken  Syafitri  2011,  --
Pengembangan Sistem
Remote
Control untuk Setting Waktu  pada Sistem Automatic Time Switch (ATS) Berbasis Real  Time  Clock  (RTC) DS1307 untuk Saklar Lampu.

## Laporan Penelitian.
Aulia  Ullah  dan  Edy  Syahputra.  2017,  -- Pengembangan Sistem Akuisisi Data
Radiasi Matahari menggunakan Phyranometer Memfaatkan  Sensor Photovoltaic , Laporan Penelitian .
Nilam  Fitri  Widyaningrum.,  Bambang
Susilo, & M. Bagus Hermanto. 2013, --Studi Eksperimental Fotobioreaktor  Photovoltaic untuk Produksi Mikroalga (Nannochloropsis  oculata). Laporan Penelitian. Prawirowardoyo Susilo. 1996, Meteorologi , Bandung: Penerbit ITB . Sutiknjo, Tutut D. 2005, Petunjuk Praktikum Klimatologi , Fak. Pertanian, Universitas Kediri: Kediri Sahala, Hutabarat 1999, Penyinaran Matahari , Bandung : Pakar raya Peraturan  Kepala  Badan  Meteorologi,
Klimatologi  dan  Geofisika  Nomor 4Tahun  2016, Tentang  Pengamatan Dan  Pengolahan  Data  Iklim  Di
Lingkungan Badan Meteorologi,
Klimatologi Dan Geofisika.
Suryatna.  1995, Matahari  dan  Bumi ,
Jakarta: Gramedia
World Meteorological Organization.
(2008). Guide  to  Meteorological Instruments and Methods of Observation .  WMO-No.  8.  Seventh Edition,  Secretary  WMO,  Geneva, Switzerland.
http://repository.usu.ac.id/, Landasan Teori Mikrokontroler . Dikunjungi 1 Agustus 2017. Yoni Mochtiarsa & Bahtiar Supriadi 2016, --Rancangan Kendali Lampu Menggunakan Mikrokontroller
ATMega328  Berbasis  Sensor  Getar. Laporan Penelitian.
http://datasheets.maxim- ic.com/en/ds/DS1307 .pdf.