RANCANG BANGUN EMBEDDED SYSTEM PADA SIMULATOR …

1

RANCANG BANGUN EMBEDDED SYSTEM PADA SIMULATOR SURYA BERBASIS MIKROKONTROLLER PIC18F2553

Pradipta Mahatidana dan Retno Wigajatri P.1

1. Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok, 16424, Indonesia

[email protected]

Abstrak

Pada skripsi ini dilakukan rancang bangun sistem embedded simulator surya yang dapat menguji kinerja sel surya berupa tegangan rangkaian terbuka (!!"), arus hubung singkat (!!"), fill factor (!!), karakteristik kurva I-V, daya keluaran (!!"#) dan efisiensi. Sistem ini memiliki modul pengukur tegangan, arus, intensitas cahaya, dan temperatur yang dibangun dengan memanfaatkan komponen yang ekonomis. Sistem ini memiliki resolusi pengukuran !!" , !!" , intensitas cahaya, dan temperatur berturut-turut sebesar 0,244 mV, 1,21 µA, 1 lux, dan 0,1 °C. Sistem ini dilengkapi dengan perangkat lunak untuk pengendali simulator surya dan sebagai datalogger.

Kata Kunci: Simulator surya, karakterisasi sel surya, sistem embedded, portabel, mikrokontroller PIC18F2553,

akuisisi data, Visual Basic 6

Design and Construction of the Embedded System of Solar Simulator Based on

PIC18F2553 Microcontroller

Abstract

This thesis presents a design and construction of the embedded system of solar simulator to test the performance of solar cell such as open circuit voltage (!!"), short-circuit current (!!"), fill factor (!!), I-V curve characteristic, output power (!!"#) and efficiency. This system has a measurement module of voltage, current, light intensity, and temperature built with cost effective materials. This system has a measurement resolution of 0,244 mV, 1,21 µA, 1 lux, and 0,1 °C for !!" , !!" , light intensity, and temperature, respectively. This embedded system has an included software for controlling solar simulator and datalogging.

Keyword: Solar simulator, solar cell characterization, embedded system, portable, microcontroller PIC18F2553, data acquisition, Visual Basic 6

1. Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

Indonesia sebagai negara tropis yang terpapar oleh sinar matahari dengan intensitas

yang relatif sama sepanjang tahun memiliki potensi yang besar dalam pemanfaatan sumber

energi matahari dengan menggunakan sel surya.

Rancang bangun..., Pradipta Mahatidana, FT UI, 2013

2

Saat ini riset dan pengembangan sel surya di Indonesia masih mengandalkan

pengujian melalui sinar matahari langsung, hal ini tidak selalu dapat diandalkan karena cuaca

dan keadaan langit yang tertutup awan dapat menyebabkan pengukuran kinerja sel surya tidak

akurat. Oleh karena itu, diperlukan sebuah perangkat simulator surya untuk menguji kinerja

sel surya dengan mensimulasikan matahari secara indoor.

Kinerja sel surya ditentukan oleh parameter-parameter sel surya. Parameter tersebut

adalah tegangan rangkaian terbuka (!!"), arus hubung singkat (!!"), fill factor (!!),

karakteristik kurva I-V, daya (!!"#) dan efisiensi sel surya tersebut [1].

Saat ini simulator surya yang beredar di pasaran terdapat dalam berbagai jenis, tetapi

simulator surya tersebut tersedia dengan harga yang relatif tinggi. Termotivasi oleh kondisi

tersebut, dalam riset ini dirancang dan dibangun sistem embedded simulator surya dengan

memanfaatkan bahan-bahan yang tersedia di pasaran, mudah didapat, serta ekonomis.

Perancangan sistem embedded simulator surya ini merupakan bagian dari perancangan sistem

simulator surya utuh. Dengan pengembangan lebih lanjut, diharapkan perangkat ini dapat

dimanfaatkan untuk pengujian kualitas sel surya di Indonesia.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan riset ini adalah merancang dan membangun sebuah sistem embedded

simulator surya, meliputi perangkat keras, firmware dan perangkat lunak. Sistem embedded

simulator surya yang dirancang pada riset ini merupakan bagian dari rancang bangun

simulator surya.

1.3 Metodologi Penelitian

Metode yang dipakai dalam riset ini dijelaskan pada butir-butir berikut:

1. Mempelajari sifat-sifat fisis sel surya, khususnya parameter-parameter yang digunakan

dalam pengukuran kinerja sel surya.

2. Berdasarkan butir satu, dilakukan perancangan rangkaian untuk mengukur parameter-

parameter sel surya.

3. Setelah perancangan rangkaian, akan dilakukan ujicoba karakteristik keluaran dari

setiap modul pengukuran maupun komponen utama yang dipakai.

4. Selanjutnya akan dibuat firmware dan perangkat lunak untuk mengintegrasikan

rangkaian embedded dan komputer.


3

2. Dasar Teori

2.1 Simulator Surya

Simulator surya atau matahari buatan adalah divais yang bekerja sebagai sumber

cahaya, dimana cahaya yang dibangkitkan oleh simulator surya karakteristiknya mirip dengan

cahaya matahari. Kegunaan dari simulator surya ini adalah sebagai sumber cahaya matahari

secara indoor yang dapat dengan mudah dikontrol dibawah kondisi laboratorium, simulator

surya digunakan untuk menguji kinerja dari divais sel surya, sun screen, plastik, dan material

lainnya. Gambar 1 menunjukkan simulator surya yang dibuat oleh Newport. Simulator surya

tersebut adalah jenis simulator surya dengan sumber cahaya yang dipantulkan. Simulator

surya dibagi menjadi kelas A, B, dan C sesuai dengan spesifikasi standar internasional [3].

Gambar 1. Simulator surya [2]

2.2 Sel Surya

Sel surya merupakan divais yang mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Sel

surya terdiri dari P-N junction, prinsip kerjanya adalah sebagai berikut, cahaya matahari

(foton) dengan energi tertentu mengenai permukaan sel surya, lalu jika energi foton lebih

besar dari energi band gap bahan sel surya tersebut, maka energi foton tersebut akan

mengeksitasi elektron sehingga dihasilkan pasangan elektron-hole. Jika energi foton cukup

besar, maka akan dihasilkan banyak pasangan elektron-hole, sehingga akan terjadi

pengumpulan muatan sejenis yang apabila divais dihubungkan dengan beban, maka akan

mengalir arus listrik. Struktur sel surya dapat dilihat pada Gambar 2.


4

Gambar 2. Struktur sel surya [1]

2.2.1 Parameter Sel Surya

Parameter sel surya merupakan acuan kinerja sel surya, parameter ini terdiri dari kurva

karakteristik I-V, arus hubung singkat, tegangan rangkaian terbuka, fill factor, dan efisiensi,

seperti dijelaskan berikut ini.

a) Kurva Karakteristik I-V

Dalam sel surya, kurva I-V merupakan kurva karakteristik arus-tegangan yang

menggambarkan kinerja dari sel surya. Kurva I-V merupakan superposisi kurva I-V

dioda sel surya pada keadaan gelap dengan arus yang dibangkitkan oleh cahaya [4].

b) Arus Hubung Singkat (!!")

Arus hubung singkat atau arus hubung singkat (!!") adalah arus yang dihasilkan oleh

sel surya ketika tegangan pada sel surya bernilai nol, atau dengan kata lain, pada saat

sel surya terhubung singkat. Arus hubung singkat berbanding lurus terhadap intensitas

cahaya matahari yang terpapar pada permukaan sel surya. Faktor-faktor yang

mempengaruhi arus hubung singkat yaitu luas permukaan sel surya, jumlah foton yang

terpapar, spektrum cahaya yang terpapar, karakteristik optik meliputi pantulan dan

penyerapan.

c) Tegangan Rangkaian Terbuka (!!")

Tegangan rangkaian terbuka atau tegangan rangkaian terbuka (!!") adalah tegangan

maksimum yang dapat dihasilkan oleh sel surya dan terjadi ketika beban yang

tersambung pada sel surya bernilai tak hingga atau ketika keadaan rangkaian terbuka.

Tegangan rangkaian terbuka berhubungan langsung dengan besarnya forward bias


5

pada sel surya yang dihasilkan oleh bias dari junction sel surya dengan arus yang

dihasilkan oleh cahaya.

d) Fill factor

Fill factor atau disingkat !! adalah parameter yang menentukan daya keluaran

maksimum suatu sel surya. Fill factor dapat didefinisikan sebagai rasio dari daya

maksimum sel surya terhadap perkalian dari !!" dan !!" . Dengan mengetahui fill

factor maka selanjutnya dapat diketahui efisiensi sel surya

Gambar 3 Kurva I-V menunjukkan fill factor [1]

Pada Gambar 3 dapat dilihat titik !!" yang merupakan tegangan kerja puncak dan !!"

yang merupakan arus kerja puncak. Daerah yang dibentuk oleh !!"!!" lebih kecil

dibandingkan dengan daerah yang dibentuk oleh !!"!!". Namun demikian !!"!!"

merupakan daya keluaran terbesar dari sel surya, sehingga perbandingan antara

!!"!!" dengan !!"!!" adalah fill factor.

!! =!!"!!"!!"!!"

e) Efisiensi

Efisiensi adalah parameter yang utama untuk membandingkan kinerja suatu divais

terhadap divais lainnya. Efisiensi sel surya dapat didefinisikan sebagai rasio daya

keluaran sel surya (yaitu tegangan dan arus yang dibangkitkan) terhadap daya

masukan yaitu energi dari paparan cahaya matahari. Efisiensi sel surya bergantung

pada intensitas dan spektrum cahaya matahari yang terpapar pada sel surya, serta

temperatur sel surya. Sel surya terrestrial atau sel surya yang dipakai pada permukaan

bumi diukur efisiensinya dalam kondisi AM1.5G pada temperatur 25℃. Oleh karena


6

efisiensi ditentukan dari rasio daya keluaran dengan energi masukan, maka dapat

ditulis sebagai

! =!!"#!!"

!!"# = !!"!!"!!

Sehingga efisiensi dapat ditulis menjadi

! =!!"!!"!!!!"

2.3 Komponen Utama Penyusun Rangkaian Embedded Simulator Surya

Berikut akan dijelaskan komponen utama dalam rangkaian sistem embedded simulator

surya. Seluruh komponen ini dapat diperoleh di pasaran dalam negeri.

2.3.1 LM35 Sebagai Sensor Temperatur

LM35 digunakan sebagai sensor temperatur, dipilih karena merupakan divais yang

ekonomis dan mudah diperoleh. Sensor ini memiliki resolusi sebesar 10 mV/℃ [5].

2.3.2 Light Dependent Resistor (LDR) Sebagai Sensor Intensitas Cahaya

Intensitas cahaya matahari diukur dengan menggunakan Light dependent resistor atau

disingkat LDR. LDR merupakan divais yang konduktivitas atau resistansinya akan berubah-

ubah tergantung oleh intensitas cahaya yang terpapar. LDR yang terdapat di pasaran dengan

harga murah terbuat dari cadmium sulfida (CdS) [6].

2.3.3 LM317T Sebagai Tegangan Referensi

LM317T adalah adjustable voltage regulator yang dapat menyuplai keluaran dari 1,2

V sampai 37 V dengan arus melebihi 1,5 A [7]. Pada sistem embedded simulator surya ini,

keluaran dari LM317T berfungsi sebagai tegangan referensi bagi konversi analog ke digital

atau disingkat ADC pada mikrokontroller. Tegangan referensi dari LM317T diperlukan

karena untuk konvevrsi ADC pada pengukuran arus dibutuhkan tegangan referensi yang kecil

(0,5 V) agar pembacaan tegangan pada shunt resistor memiliki resolusi yang baik. Terlebih

lagi, stabilitas tegangan referensi terhadap temperatur pada LM317T cukup baik.

2.3.4 Op-Amp LTC1050 Sebagai Amplifier Pembaca Arus

LTC1050 merupakan Op-Amp buatan Linear Technology yang digunakan untuk

melipatgandakan pembacaan tegangan pada shunt resistor, sehingga arus yang sangat kecil

dalam skala mikroampere dapat terukur. LTC1050 memiliki tegangan offset yang sangat kecil

yaitu 0,5 µV serta drift yang kecil sebesar 0,01 µV/ºC [8]. Dalam pemanfaatannya, Op-Amp


7

ini akan dijadikan penguat tegangan non-inverting dengan gain sebesar seratus kali

(mendekati). Penggunaan Op-Amp ini sebagai penguat non-inverting dapat dilihat pada

Gambar 4.

Gambar 4 Skema penguat non-inverting

Gain Op-Amp non-inverting seperti Gambar 4 diatas ditentukan oleh R2 dan R1. Gain

dapat ditulis sebagai berikut:

! = 1+!2!1

2.3.5 MAX1044 Sebagai Suplai Tegangan Negatif

MAX1044 merupakan konverter negatif monolitik berbasis switched-capacitor buatan

Maxim Integrated yang dapat membalik membagi, atau melipatgandakan tegangan masukan

positif yang dapat menyuplai sebesar 10 mA dengan turunnya tegangan keluaran hanya

sebesar 0,5 V [9]

2.3.6 Mikrokontroller PIC18F2553

Mikrokontroller (atau disingkat MCU) yang dipilih untuk sistem embedded simulator

surya ini adalah PIC18F2553 yang diproduksi oleh Microchip Technology Inc. Dibandingkan

MCU lainnya yang memakai serial to com port atau RS232 dan driver untuk berkomunikasi

antara MCU dan komputer, MCU ini dapat langsung terintegrasi dengan perangkat komputer

melalui USB dan terdeteksi sebagai HID atau human interface device yang bekerja secara

“plug n play” atau PnP sehingga pengguna tidak perlu repot menginstall driver.

a) Konfigurasi pin PIC18F2553

MCU PIC18F2553 memiliki jumlah pin sebanyak 28 pin, yang terdiri dari 24 pin

input/output, dua pin VSS, satu pin VDD, serta pin VUSB. PIC18F2553 memiliki empat


8

port, yaitu port A, B, C, dan E. Masing-masing port memiliki fungsi yang berbeda-

beda, konfigurasi port dapat dilihat pada Gambar 5. Fungsi dari setiap pin dapat

dipilih melalui register, dimana register-register tersebut dimanipulasi pada kode atau

syntax di program yang telah dicompile oleh compiler C, dimana compiler yang

dipakai adalah HI-TECH C Compiler

b) Analog to Digital Converter

ADC merupakan fitur yang sangat penting pada MCU PIC18F2553 dalam pembuatan

sistem embedded simulator surya. Fungsi modul ADC adalah mengubah sinyal analog

menjadi sinyal digital. PIC18F2553 dilengkapi dengan 10 channel internal ADC

dengan resolusi 12 bit. Dalam operasinya, ADC pada MCU ini dapat dikonfigurasi

agar sesuai dengan kebutuhan, seperti pemilihan channel mana saja yang membaca

tegangan dan rentang waktu pengambilan data (akuisisi). ADC pada MCU ini dapat

bekerja dengan tegangan referensi VDD (sama dengan suplai MCU sendiri) serta dapat

juga dengan tegangan referensi eksternal, dalam hal ini, keluaran dari LM317T yang

masuk pada pin 5 MCU (RA3/AN3/VREF+). Tegangan referensi dan resolusi modul

ADC menentukan resolusi dari tegangan yang diukur, jadi jika memakai tegangan

referensi VDD (5 V) dengan resolusi ADC sebesar 12 bit, diperoleh resolusi sebesar: !!"#

(2!" − 1)

Sehingga resolusi pembacaan tegangan untuk VREF 5 V adalah sebesar ! !"#$

(!"#$!!)= 0,00122 volt

3. Perancangan

3.1 Perancangan Rangkaian Embedded Sel Surya

Rangkaian sistem embedded sel surya merupakan sebuah rangkaian yang berfungsi

untuk mengendalikan kerja simulator surya melalui komputer. Pada rangkaian ini terdapat

sistem data akuisisi serta perangkat lunak datalogger yang sekaligus sebagai pengendali

rangkaian melalui komputer. Gambar 5 menunjukkan blok diagram serta sistem kerja dari

rangkaian sistem embedded simulator surya yang dirancang.


9

Gambar 5 Blok diagram sistem embedded sel surya

Rangkaian sistem embedded ini terdiri dari lima modul utama, yaitu pengukur

tegangan, pengukur arus, pengukur intensitas cahaya, pengukur temperatur serta modul MCU.

Rangkaian MCU merupakan jembatan antara sistem embedded dan perangkat lunak

pengendali pada komputer, jadi rangkaian MCU harus terhubung dengan perangkat lunak di

komputer agar dapat dikendalikan dan diperintah untuk melakukan pengendalian simulator

surya serta akuisisi data.

3.1.1 Modul Pengukur Tegangan

Pengukuran tegangan dilakukan dengan memanfaatkan prinsip voltmeter dengan

voltage divider. Resistor yang digunakan dipilih dengan nilai yang besar agar arus yang

melewati resistor pengukuran sangat kecil.

Gambar 6 Voltage divider untuk pengukuran tegangan


10

3.1.2 Modul Pengukur Arus

Pengukuran arus dilakukan dengan memanfaatkan prinsip amperemeter dengan

menggunakan shunt resistor. Nilai shunt resistor dipilih sekecil mungkin mendekati nol

selama tegangan pada shunt tersebut masih dapat dibaca dengan baik. Selanjutnya tegangan

pada shunt resistor akan dilipatgandakan dengan menggunakan Op-Amp LTC1050 sebesar

seratus kali penguatan (mendekati).

Gambar 7 Susunan shunt resistor dan Op-Amp untuk mengukur arus

3.1.3 Modul Pengukur Intensitas Cahaya

Pengukuran intensitas cahaya dilakukan dengan prinsip voltage divider, dimana salah

satu resistornya menggunakan light dependent resistor (LDR). Nilai hambatan LDR akan

berubah-ubah bergantung pada intensitas cahaya yang terpapar padanya. LDR berada pada

high side atau sebagai pull-up resistor, yaitu langsung terhubung dengan VCC sebesar 5 V,

kemudian pada pull-down diberi resistor sebesar 1 KΩ. Susunan ini menghasilkan Voutput

yang berbanding lurus terhadap intensitas yang terpapar pada LDR. Rangkaian LDR dapat

dilihat pada Gambar 8. Konversi dari satuan lux ke satuan ! !! merujuk kepada [11],

bahwa luminous efficacy global pada kondisi langit cerah adalah sebesar 107 !" !

Gambar 8 Susunan LDR untuk mengukur intensitas cahaya


11

3.1.4 Modul Pengukur Temperatur

Pengukuran temperatur dilakukan dengan menggunakan divais LM35, dengan

konfigurasi seperti Gambar 9. LM35 dihubungkan dengan sumber 5 V kemudian tegangan

keluarannya akan dibaca oleh MCU.

Gambar 9 Konfigurasi LM35

3.1.5 Sistem Minimum Mikrokontroller

Modul ini berisi rangkaian sistem minimum MCU PIC18F2553 beserta konfigurasi

port dan relay yang digunakan untuk switching pada pengukuran tegangan rangkaian terbuka

(!!"), arus hubung singkat (!!"), dan karakteristik kurva I-V.

Gambar 10 menunjukkan konfigurasi minimum yang dibutuhkan agar MCU

PIC18F2553 dapat digunakan sebagai alat akuisisi dan terdeteksi sebagai HID jika

dihubungkan ke komputer. MCU ini bekerja dengan clock 48 MHz, kecepatan clock ini dapat

diperoleh dengan memakai eksternal crystal oscillator dengan nilai 20 MHz dan kemudian

discale-up menjadi 48 MHz. Penggunaan crystal oscillator sebesar 20 MHz memerlukan

kapasitor dengan nilai 22 pF yang disusun seperti Gambar 10 [10]. Penggunaan kapasitor

sebesar 470 nF diperlukan pada pin VUSB untuk USB voltage regulator internal [10]. Antara

VCC dan ground dari diberi kapasitor sebesar 100 nF dan 1000 µF sebagai bypass dan

reservoir untuk menanggulangi ripple yang berasal dari sumber VCC.


12

Gambar 10 Konfigurasi minimum PIC18F2553 sebagai USB device

Gambar 11 Konfigurasi relay untuk switching pembacaan !!" dan !!".


13

Pada Gambar 11 di atas dapat dilihat konfigurasi relay yang digunakan untuk

switching pembacaan !!" dan !!" .

3.2 Perancangan Rangkaian Catu Daya

Pada Gambar 12 dapat dilihat skematik rangkaian catu daya. Rangkaian ini

memanfaatkan voltage regulator LM7805 untuk catu rangkaian embedded dan LM7812 untuk

catu perangkat lainnya yang membutuhkan sumber lebih dari 5 V.

Gambar 12 Skematik rangkaian catu daya.

Tegangan masukan dari transformator yang berupa AC sebesar 15-32 V terlebih

dahulu masuk ke penyearah gelombang penuh berupa jembatan dioda 1N4007, kemudian

keluaran berupa DC berdenyut dari jembatan dioda disaring menggunakan kapasitor elektrolit

2200 µF untuk menghaluskan sinyal AC yang telah disearahkan sebelum masuk ke regulator.

Kemudian keluaran dari masing-masing regulator disaring kembali dengan menggunakan

kapasitor elektrolit sebesar 1000 µF dan kapasitor tantalum sebesar 33 µF. Penggunaan

kapasitor dengan kapasitas besar tujuannya adalah untuk menekan ripple yang terjadi serta

untuk stabilitas sistem.

3.3 Perancangan Firmware dan Perangkat Lunak

Firmware adalah perangkat lunak yang diprogram pada chip, berfungsi untuk

mengontrol kerja chip tersebut. Firmware dibuat dengan menggunakan MPLAB IDE dan HI-

TECH C Compiler. Algoritma dan prinsip kerja dari firmware ini dapat dilihat pada

Gambar 13a berikut yang merupakan flowchart dari firmware MCU.


14

Perancangan perangkat lunak datalogger dilakukan dengan menggunakan IDE

Microsoft Visual Basic 6.0 atau disingkat VB6. Perangkat lunak dibuat user friendly agar

pengguna dapat dengan mudah mengoperasikan simulator surya. Algoritma dan prinsip kerja

perangkat lunak datalogger dapat dilihat pada Gambar 13b yang merupakan flowchart dari

perangkat lunak.

(a)

(b)

Gambar 13 Algoritma dalam bentuk flowchart. (a) Firmware, (b) Software datalogger

3.4 Perancangan Papan Sirkuit (PCB)

Perancangan papan sirkuit atau PCB (Printed Circuit Board) dilakukan dengan

menggunakan perangkat lunak Proteus ARES PCB Layout dan memiliki banyak aturan-

aturan penting, terlebih lagi jika berhubungan dengan pembacaan ADC resolusi tinggi Board

rangkaian embedded ini menggunakan PCB dua sisi, kedua sisi PCB dipenuhi oleh ground

plane untuk meminimalisir crosstalk antara dua jalur dan meminimalisir. Ground ring atau

shield disertakan melingkupi kristal resonator untuk mengurangi emisi EMI dari kristal.

Kapasitor bypass dipakai pada pin ADC serta VCC dan ground seluruh divais IC untuk

meminimalisir ripple yang masuk ke divais, serta sebagai penyaring sinyal frekuensi tinggi.


15

4. Pengujian Rangkaian

Pengujian rangkaian dilakukan dengan cara mengukur keluaran dari modul dan

komponen-komponen yang dipakai pada pembuatan rangkaian embedded ini dengan

menggunakan multimeter digital Sanwa PC510a dan oscilloscope. Pengukuran modul

dilakukan secara individual yaitu dengan hanya menghidupkan modul yang akan diukur tanpa

menghidupkan modul lain yang dapat dimatikan tanpa mengurangi fungsionalitas dari modul

yang sedang diukur. Setelah dilakukan ujicoba untuk masing-masing modul pengukuran, lalu

dilakukan uji integrasi semua modul menjadi satu kesatuan rangkaian embedded dan

diintegrasikan pula dengan perangkat lunak pada PC.

4.1 Uji Integrasi Modul Pengukur Tegangan

Pengujian ini dilakukan dengan cara membandingkan pengukuran tegangan Vinput pada

modul pengukur tegangan dengan tengangan yang ditampilkan oleh perangkat lunak.

Gambar 14a dan 14b berikut secara berurutan adalah Grafik uji integrasi modul pengukur

tegangan dengan VREF = 0,5 V dan VREF = 5 V. Rata-rata error yang pada Gambar 14a dan

14b secara berurutan adalah sebesar 0,83% dan 0,35%.

(a)

(b)

Gambar 14 Grafik uji integrasi modul pengukur tegangan. (a) VREF = 0,5 V, (b) VREF = 5 V

4.2 Uji Integrasi Modul Pengukur Arus

Pengujian ini dilakukan dengan cara membandingkan pengukuran arus dari modul

pengukur arus dengan arus yang ditampilkan oleh perangkat lunak. Perangkat lunak

menggunakan VREF 0,5 V ketika arus dibawah atau sama dengan 4945,12 µA dan ketika arus

berada diatas 4945,12 µA maka perangkat lunak akan menggunakan VREF 5 V. Gambar 15b

adalah grafik pengujian dengan nilai 1 mA kebawah untuk memperjelas error pengukuran


16

pada gambar 15a. Rata-rata error pada pengukuran dibawah 1 mA adalah sebesar 35,91% dan

pada pengukuran antara 1 mA sampai 40 mA adalah sebesar 1,24%.

(a)

(b)

Gambar 15 Grafik uji integrasi modul pengukur arus.

4.3 Uji Integrasi Modul Pengukur Intensitas Cahaya

Pengujian ini dilakukan dengan membandingkan pengukuran intensitas menggunakan

luxmeter dengan intensitas yang ditampilkan oleh perangkat lunak. Pengukuran oleh luxmeter

dibandingkan dengan perangkat lunak dilakukan, sedemikian sehingga diketahui bahwa rata-

rata error yang terjadi adalah sebesar 19,79%

4.4 Uji Integrasi Modul Pengukur Temperatur

Pengujian ini dilakukan dengan membandingkan pengukuran temperatur

menggunakan multimeter dengan temperatur yang ditampilkan oleh perangkat lunak.

Pengukuran oleh multimeter dibandingkan dengan perangkat lunak dilakukan, sedemikian

sehingga diketahui bahwa rata-rata error yang terjadi adalah sebesar 3,42%.

4.5 Pengujian Rangkaian Catu Daya

Keluaran pada terminal 5 V dan 12 V diukur menggunakan multimeter dan

oscilloscope. Catu 5 V diukur dan menunjukkan keluaran 5 V. Kemudian catu 12 V diukur

dan menunjukkan keluaran 11,82 V. Tidak ada ripple di pembacaan oscilloscope pada pada

semua skala horizontal di kedua catu tersebut.

4.6 Hasil Ekstraksi Parameter Sel Surya

Ekstraksi parameter sel surya dilakukan dengan menggunakan pembacaan oleh

perangkat lunak. Lampu halogen dengan daya 500 W digunakan sebagai sumber cahaya

pengganti matahari. Data dicuplik setiap detik untuk simulasi matahari dalam satu hari, dan


17

pencuplikan data saat memplot kurva karakteristik I-V dilakukan tiap 20 ms. Resistor variabel

yang digunakan untuk membuat kurva I-V ini adalah sebesar 5 kΩ, resistor variabel dengan

nilai lain dapat pula digunakan secara fleksibel. Gambar 16a dan 16b berikut menunjukkan

plot kurva I-V tanpa dan dengan metode moving average.

(a)

(b)

Gambar 16 Plot Kurva I-V.

5. Kesimpulan

Setelah melakukan rancang bangun dan pengujian, dapat ditarik kesimpulan bahwa

telah berhasil dirancang dan dibangun sistem embedded simulator surya terintegrasi dengan

perangkat lunak untuk pengujian dan ekstraksi parameter sel surya berupa tegangan rangkaian

terbuka (!!"), arus hubung singkat (!!"), fill factor (!!), karakteristik kurva I-V, daya

keluaran (!!"#) dan efisiensi dengan spesifikasi sebagai berikut:

1. Modul pengukur tegangan memiliki resolusi pengukuran pada skala

0-500 mV sebesar 0,244 mV dengan error ± 0,83%, dan pada skala

500-5000 mV sebesar 2,44 mV dengan error ± 0,35%.

2. Modul pengukur arus memiliki resolusi pengukuran pada skala

0-4,975 mA sebesar 1,21 µA dengan error ± 26,49%, dan pada skala 4,975-49,75 mA

sebesar 12,15 µA dengan error ± 1,90%.

3. Modul pengukur intensitas cahaya memiliki resolusi 1 lux dengan error pengukuran

sebesar ± 19,79% yang didekati dengan besar kuat cahaya dalam lux.

4. Modul pengukur temperatur memiliki resolusi 0,1 °C dengan error

± 3,42%.


18

6. Referensi

1. Honsberg, Christiana and Stuart Bowden (1999). Photovoltaic: Devices, Systems, and

Application PVCDROM. Australia: University of New South Wales.

2. Oriel Product Training (2012). Solar Simulation. Newport.

http://www.newport.com/oriel

3. Solarlux (2012). Solar Simulation ASTM / IEC / JIS Testing Standards.

Http://www.eyesolarlux.com/solar-simulation-astm-iec-jis.htm. Cited 24 Desember

2012

4. Lindholm FA, Fossum JG, Burgess EL (1979). Application of the superposition

principle to solar-cell analysis. IEEE Transactions on Electron Devices.26:165–171.

5. LM35 Datasheet (2000). LM35 Precision Centigrade Temperature Sensors. National

Semiconductor.

6. CdS LDR Datasheet (2010). CdS Light-Dependent Photoresistor. Token

http://www.token.com.tw

7. LM317T Datasheet (2011). LM117/LM317A/LM317 3-Terminal Adjustable Regulator.

Texas Instruments.

8. LTC1050 Datasheet (1991). Precision Zero-Drift Operational Amplifier with Internal

Capacitors. Linear Technology Corporation.

9. MAX1044 Datasheet (1994). Switched-Capacitor Voltage Converters. Maxim

Integrated.

10. PIC18F2553 Datasheet (2007). PIC18F2458/2553/4458/4553 Data Sheet. Microchip

Technology Inc.

11. Littlefair, P (December 1988). Measurements of the luminous efficacy of daylight.

Lighting Research and Technology, vol. 20 no. 4 177-188.

http://lrt.sagepub.com/content/20/4/177.abstract

7. Daftar Pustaka

Axelson, Jan (2009). USB Complete: The Developer’s Guide, Fourth Edition. USA:

Lakeview Research.

Williams, Tim (2005). The Circuit Designer’s Companion. Great Britain: Newnes.

Application Note (2009). Design Considerations for Mixed Signal. e2v semiconductors.

http://www.e2v.com

Baker, Bonnie C. Techniques that Reduce System Noise in ADC Circuits. Analog Design

Note ADN007. Microchip Technology Inc. 2004.


19

PCB Layout Tips for High Resolution Section 9. Precision Analog Application Seminar.

Texas Instruments

Application Note (2003). Guidelines to Keep ADC Resolution within Spesification. Atmel

corporation.

Application Note SZZA009 (November 1999). PCB Design Guidelines For Reduced EMI.

Texas Instruments.

Application Note Doc8128 (2008). AVR186: Best Practices for the PCB layout of

Oscillators. Atmel Corporation.


RANCANG BANGUN EMBEDDED SYSTEM PADA SIMULATOR …

Documents

Transcript of RANCANG BANGUN EMBEDDED SYSTEM PADA SIMULATOR …