PEMANFAATAN MIKROKONTROLER SEBAGAI PENGENDALI SOLAR TRACKER UNTUK MENDAPATKAN ENERGI MAKSIMAL12/04/2011 11:03 

P erancangan ini bertujuan untuk membuat suatu alat penyimpan energi listrik melalui solar cell yang dapat seoptimal mungkin mendapatkan panas dari sinar matahari. Kondisi ini dapat dilakukan jika solar cell tersebut selalu tegak lurus terhadap arah fokus datangnya sinar matahari, dengan demikian solar cell harus selalu mengikuti arah pergerakan matahari.

Untuk dapat merealisasi sistem tersebut dibutuhkan beberapa sensor peka cahaya yang membaca arah datangnyacahaya dari beberapa sudut. Sudut yang paling kuat dari sensor peka cahayatersebut diasumsikan sebagai sudut fokus arah datangnya sinar matahari, sehinggasudut dengan fokus terkuat tersebutlah yang akan diikuti oleh pergerakan solartracker ini.Sebagai sensor peka cahaya digunakan 5 buah sensor peka cahaya (LDR),empat buah diantaranya diletakkan pada kondisi keempat penjuru mata-angin dansebuah lagi ditempatkan ditengah-tengahnya sebagai pembanding dari masingmasingfokus yang diterima oleh LDR terkuat tersebut. Kepekaan paling kuat dariLDR tersebut akan diikuti oleh pergerakan solar cell hingga terdapat nilaikepekaan yang sama antara salah satu LDR yang diikuti tersebut dengan LDRyang ditengah sebagai pembandingnya. Dengan kondisi ini maka solar cell akanselalu mendapatkan sinar matahari secara optimal disepanjang hari.Selain memanfaatkan sensor peka cahaya realisasi alat ini juga didukungdengan beberapa rangkaian terkombinasi yang masing-masing berfungsi sebagaipenyimpan energi listrik yang diterima oleh solar cel tersebut dalam hal inidiaplikasikan kedalam accumulator 12 volt. Selain ini juga terdapat unit penampildata daya yang dihasilkan oleh penerimaan energi pada solar cel. Sedangkansebagai penggerak / tracker solar cell ini menggunakan motor DC terkopel gearboxyang masing-masing track-nya digerakkan melalui sistem pemrograman padamikrokontroller AT 89S52. Secara keseluruhan realisasi sistem ini ditunjukkanseperti pada diagram blok berikut ini:

Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Kerja Solar Ttracker

3.2 Sistem Rangkaian Sensor Peka CahayaPada alat ini menggunakan empat buah sensor peka cahaya LDR yangdipasang sebagai pelacak arah fokus datangnya sinar matahari, di mana ke empatsensor tersebut membentuk formasi layang-layang sama sisi dan di tengahnyaterdapat sebuah LDR lagi yang berfungsi sebagai pembanding kuat cahaya yangditerima oleh masing-masing sensor pada kondisi terfokusnya. Pada kondisisebuah sensor mempunyai kepekaan terkuat maka tracker akan bergerak menuju

arah tersebut hingga didapatkan suatu kondisi kepekaan sensor terkuat tersebutsama dengan kepekaan yang diterima oleh sensor yang ditengah sebagaipembandingnya. Pada aplikasinya keempat sensor tersebut masing-masingdihubungkan dengan komparator pada input inverting, sementara sensor yang ditengah dihubungkan pada keempat komparator tersebut pada input non invertingnya.

Gambar 3.2 Skematik Posisi dan Sistem Rangkaian Sensor

Berdasar prinsip kerja LDR dimana pada kondisi mendapatkan cahayamaka tahanannya turun, sehingga dengan metode rangkaian diatas pada LDR yangmendapatkan kuat cahaya terbesar maka tegangan yang dihasilkan adalahtertinggi. Masing-masing tegangan keluaran LDR terhubung dengan terminalinverting rangkaian komparator. Sehingga dengan sistem rangkaian diatas,komparator akan menghasilkan logika tinggi jika salah satu dari ke empat LDRmempunyai tegangan keluaran lebih besar dari tegangan keluaran pembadingnya.Logika keluaran rangkaian komparator inilah yang digunakan sebagai sinyalinformasi bagi rangkaian pemrograman untuk menggerakkan motor DC menujuarah LDR dengan tegangan terbesar tersebut. Dengan demikian Tracker akanmencari sumber cahaya terkuat hingga didapatkan kondisi tegangan keluaran LDRpembanding sama atau bahkan lebih besar dari keempat LDR yang dituju tersebut.Pada kondisi ini keluaran komparator berlogika rendah sehingga melaluipemrograman pada mikrokontroller putaran motor DC akan dihentikan.

3.3 Sistem Minimum Mikrokontroler AT89S52Dalam menjalankan chip IC mikrokontroler MCS-51 memerlukankomponen elektronika pendukung lainnya. Suatu rangkaian yang paling sederhanadan minim komponen pendukungnya disebut sebagai suatu rangkaian sistemminimum. Dalam perancangan Tugas Akhir ini, sistem minimum mikrokontrolerAT89S52 terdiri dari:1. Chip IC mikrokontroler AT89S52 keluarga MCS-512. Kristal 12 MHz3. Kapasitor4. Resistor

Gambar 3.3 Sistem Minimum Mikrokontroler AT89S52

Aplikasi mikrokontroller AT89S52 pada alat ini berfungsi sebagaipenerjemah data konduksi komparator pada rangkaian LDR untuk mengatur arahputaran motor DC penggerak solar tracker. Untuk aplikasi ini menggunakan port 2sebagai data masukan dan port 1 sebagai alamat keluarannya. Proses kerjamikrokontroller ini ditentukan berdasar pulsa komparator 1,2,3,4 yang masukpada port 2.0 hingga 2.3. Dimana jika salah satu tegangan pada LDR 1,2,3,4 lebihbesar dari tegangan referensi komparator pada LDR tersebut akan berlogikatinggi, pulsa masukan dari salah satu komparator 1,2,3,4 ini berfungsi untukmenggerakkan motor solar tracker sesuai arah posisi LDR, jika tegangan referensilebih besar dari semua tegangan LDR, semua komparator berlogika rendahsehingga tidak ada logika untuk menyulut data maskan pada port 2. Kondisi inimenyebabkan semua alamat pada port 1 juga berlogika rendah sehingga motorpenggerak solar tracker berhenti. Untuk proses ini dirancang suatu diagram alirsebagai berikut :

Gambar 3.4 Diagram Alir Mikrokontroller sebagai Penggerak Solar Tracker

Berdasar diagram alir yang disusun diatas maka dapat dirancang suatumetode pemrograman berbahasa assembler sebagai proses pengalamatan datakomparator.

3.4 Perancangan Rangkaian Driver

Rangkaian driver dirancang untuk mengaktifkan motor DC sebagaipenggerak solar tracker. Kombinasi rangkaian driver ini dirancang supaya motorDC dapat berputar forward-reverse, menyesuaikan input program yang bekerjaberdasar pembacaan sinyal dari LDR. Rangkaian driver ini diperlukan untukmemberikan pemisahan tegangan kontrol sebesar 5 volt yang dihasilkan darikeluaran mikrokontroller menjadi tegangan sesuai yang dibutuhkan oleh motorDC tersebut. Untuk merealisasi ide ini dilakukan dengan menggunakan transistoryang memanfaatkan tegangan kecil dari mikrokontroller sebagai pemicu diodamasukannya dan memberikan tegangan yang relatif lebih besar pada transistorkeluarannya.Metode reverse-foreward pada cara kerja motor DC dilakukan denganmembalik arah arus yang melalui motor, hal ini direalisasikan denganmenempatkan empat buah relay sebagai pembentuk arah arus dimana relaydigerakkan dari sebuah driver BD 139 yang memicu transistor D 313.

Gambar 3.5 Rangkaian Driver

Driver pada rangkaian diatas menggunakan BD 139 untuk memicutransistor D 313 pada rangkaian daya penggerak motor DC. Untuk setiap motordengan arah gerakan referse forward digerakkan dengan menggunakan empatbuah relay (C1, C2, C3, C4) sebagai saklar daya yang membentuk kuadrant araharus yang masuk pada polaritas motor. Dimana C1 dan C2 aktif bersama sebagaipemicu forward motor DC, dan C3 dan C4 aktif bersama sebagai pemicu reversemotor DC. Dengan konfigurasi rangkaian seperti pada gambar diatas maka dapatdaiuraikan prinsip kerja aliran arus sebagai penggerak motor sebagai berikut,saklar C1 dan C2 mengalami kondisi ON – OFF secara bersama-sama demikianjuga saklar C3 dan C4 karena keduanya dipicu dari sebuah transistor. Pada saattransistor S1 mendapatkan pulsa maka relay C1 dan C2 ON menyebabkanmasing-masing kontak nya terhubung ke NO sehingga motor pada sisi “a” menujuC1 terhubung ground dan motor pada sisi “b” menuju C2 terhubung teganganVCC. Kondisi ini menyebabkan motor berputar pada arah tertentu (sebut sajakanan). Pada saat transistor S2 mendapatkan pulsa maka relay C3 dan C4 ONmenyebabkan masing-masing kontaknya terhubung ke NO sehingga motor padasisi “a” menuju C4 terhubung tegangan VCC dan motor pada sisi “b” menuju C3terhubung ground. Kondisi ini menyebabkan motor berputar pada arah sebaliknya.Dengan demikian berdasarkan pemicuan pulsa pada transistor 1 dan 2 akanmengaktifkan ke empat relay tersebut untuk membuat suatu kondisi motorberputar pada dua arah yang saling berlawanan.Sedangkan pada BD 139 sendiri memiliki cara kerja dimana ketikategangan dari output mikrokontroller memicu dioda led pada pin 1, dioda tersebutakan memancarkan sinar yang diterima oleh fototransistor sehingga transistorpada sisi keluaran BD 139 menutup, hal ini menyebabkan arus pada sumber

(VCC) mengalir dari Kolektor menuju Emitor dan memicu transistor padarangkaian daya.

3.5 Pengukur Daya Solar CellDengan memberikan sinar yang jatuh pada permukaan solar cell makaboard solar cell tersebut akan menghasilkan besaran listrik pada sisi keluarannya.Pada aplikasi sistem ini besaran listrik tersebut diumpan balikkan untukmenjalankan sistem kontrol pada pengendali solar tracker ini. Untuk menjalankansistem ini diperlukan sebuah accumulator untuk menyimpan besaran listrik darisoler cell tersebut sehingga ketika solar cell melemah karena tidak adanya cahaya,maka masih ada cadangan suplly yang bisa dimanfaatkan dari accumulatortersebut. Untuk menunjang hal tersebut maka perlu diketahui pula besarnya dayalistrik yang dihasilkan oleh sollar cell tersebut, untuk itu pada sistem ini jugadibuat suatu display daya listrik solar cell yang akan memantau secara realtimebesarnya daya yang dihasilkan oleh solar cell. Untuk keperluan ini pada keluaransolar cell dipasang sensor arus dan sensor tegangan untuk mencuplik daya darisolar cell tersebut. Untuk mencuplik arus digunakan sensor arus yang terpasangseri terhadap solar cell. Dengan sistem ini maka didapatkan arus yang dihasilkanoleh solar cell, yang dibaca pada skala tegangan. Sedangkan pencuplikantegangan dilakukan dengan menempatkan dua buah resistor simetris pada sisikeluaran solar cell sehingga didapatkan sebuah nilai tegangan pada titik bagikedua resistor simetris tersebut. Dari kedua parameter ini kemudiandikembangkan suatu sistem rangkaian sehingga didapatkan daya dari perkaliankedua sensor tersebut. Berikut gambar sensor arus dan sensor tegangan :

Gambar 3.6 Sensor Tegangan dan Sensor Arus

3.6 Perancangan Rangkaian Multiplyer MC 1495MC 1495 merupakan sebuah chip monolitik yang didesain untukmenghasilkan sebuah output linier dari dua buah sinyal masukan yang berbeda.Pada alat ini MC1495 difungsikan sebagai pengali dua buah sinyal yangdihasilkan dari keluaran sensor rus dan sensor tegangan pada solar sell. IC inibekerja dengan mengolah dua tegangan masukan sebagai X input dan Y input.Untuk menghasilkan sebuah tegangan analog yang linier IC ini dikombinasikandengan beberapa komponen eksternal sebagai ofset adjuster dari kedua sinyalmasukan tersebut.

Gambar 3.7 Skematik Rangkaian Multiplyer MC 1495

Pada rangkaian diatas tegangan dan arus yang dihasilkan oleh masingmasingsensornya dihubungkan pada input pin 4 dan pin 9. Untuk menghasilkansebuah tegangan keluaran yang linier pada MC 1495 ini dipoerlukan sutu prosedurkerja sebagai berikut :1. Memberikan gelombang sinus 1 KHz sebesar 5 Vpp pada pin 4 danmenghubungkan pin 9 dengan ground. Kemudian atur potensio P2 hinggagelombang AC tersebut mempunyai offset nol pada keluarannya.2. Memberikan gelombang sinus 1 KHz sebesar 5 Vpp pada pin 9 danmenghubungkan pin 4 dengan ground. Kemudian atur potensio P1 hinggagelombang AC tersebut mempunyai offset nol pada keluarannya.3. Memberikan tegangan senilai nol volt pada kedua input X dan Y kemudianatur potensio P4 hingga keluarannya juga bernilai nol volt.4. Memberikan tegangan positif (lebih baik sekitar 10 volt) pada kedua input Xdan Y kemudian atur potensio P3 hingga keluarannya juga bernilai 10 volt.Jika keempat prosedur tersebut telah berhasil maka proses kalibrasimultiplyer MC1495 berhasil dan IC ini telah siap untuk diberi sinyal apapunkarena keluarnnya telah menjadi sebuah sinyal linier hasil perkalian dari keduamasukan tersebut.

3.7 Perancangan Rangkaian ICL 7107ICL 7107 merupakan sebuah chip dengan kemampuan kerja yang baikdengan supply daya yang rendah. ICL 7107 merupakan sebuah chip yang bisaberfungsi sekaligus sebagai A/D Converter dan dekoder seven segment sekaligusdengan pin keluarannya yang masing-masing dilengkapi dengan clock danpengaturan referensi didalamnya. Sehingga dengan chip ini sebuah tegangananalog pada sisi masukannya dapat langsung diolah menjadi digital sekaligusdialamatkan kedalam keluaran untuk menjalankan seven segment. IC jenis inibiasa digunakan dalam display multimeter digital dengan 3 ½ digit tampilan.Dimana tiga digit diperlukan untuk menampilkan bilangan seven segment secarapenuh dan ½ digit untuk menampilkan angka 1/-1 .

Gambar 3.8 Skematik Rangkaian ICL 7107 sebagai Display Daya

Pada aplikasi alat ini ICL 7107 berfungsi untuk menampilkan daya yangdihasilkan oleh solar cell setelah melalui pengolahan analog pada multiplyer1495. Untuk menampilkan besarnya daya solar cell secara presisi ICL 7107dilengkapi dengan pengatur referensi melalui resistor ekstern pada pin 36.Dengan mengatur besarnya tegangan yang masuk pada pin ini hingga displayseven segment akan menghasilkan blangan “000” pada kondisi openload.

3.8 Catu Daya Penggerak Solar TrackerSistem solar tracker ini diharapkan bisa berfungsi secara mandiri sebagaialat yang mampu menghasilkan catu daya sendiri untuk menjalankan sistempenggerak baik motornya atau pun sistem kontrol pada alat ini. Hal ini dapatdirealisasi dengan menggabungkan sistem converter DC-DC yang meregulasikantegangan plate yang dihasilkan pada solar cell menjadi tegangan kerja yangdibutuhkan oleh komponen kontrol dan motor penggerak solar tracker ini.Proses diatas tentunya bukan suatu proses yang sederhana dan memerlukanriset yang lebih berkelanjutan untuk itu sebagai catu daya pada sistem inisementara menggunakan catu catu daya dari listrik yang disediakan oleh jala-jaladengan sistem regulasi konvensional sebagai tegangan kerja masing-masingsistem penggerak dan sistem kontrol sollar tracker ini. Ada beberapa kebutuhantegangan yang dibutuhkan pada alat ini diantaranya catu daya 5 volt yangdibutuhkan sebagai catu mikrokontroller dan catu ADC ICL7107. Catu daya 15volt simetris yang berfungsi sebagai pencatu rangkaian opersional amplifier dansebagai pensuplay tegangan pada rangkaian multiplyer analog 1495. Sedangkanuntuk penggerak motor menggunakan accumulator 12 volt yang suplytegangannya dihasilkan dari sistem carge pada tegangan keluaran solar cell. Untukkebutuhan masing-masing catu daya tersebut dirancang suatu sistem rangkaianperegulasi tegangan sebagai berikut :

Gambar 3.9 Rangkaian Power SupplySedangkan pada tegangan simetris menggunakan regulator pembentuktegangan 7805 untuk membentuk tegangan positif 5 volt dan regulator 7905 untukmenghasilkan tegangan negatif 5 volt. Pada perancangan sistem tegangan simetrisini tidak disertai dengan transistor sebab regulator tersebut telah dilengkapidengan sistem penstabil sehingga untuk diaplikasikan pada beban yang tidak

terlalu besar seperti pada alat ini kemampuan penstabilan regulator ini masihmencukupi.

Read more: http://4by.webnode.com/news/pemanfaatan-mikrokontroler-sebagai-pengendali-solar-tracker-untuk-mendapatkan-energi-maksimal/Create your own website for free: http://www.webnode.com