SISTEM PENGENDALI PAPAN SEL SURYA

Kebutuhan  masyarakat  Indonesia  akan  energi  listrik  saat  ini  semakin tinggi. Hal ini seiring dengan pertambahan jumlah penduduk dan juga kemajuan teknologi. Saat ini sumber energi yang digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik hanya menggunakan bantuan air dan angin. Sebenarnya, ada sumber energi lain yang dapat digunakan, yaitu menggunakan energi cahaya matahari  (Solar Energy).

Energi matahari dapat dimanfaatkan dengan cara merangkai suatu alat yang dapat digunakan untuk mengubah energi matahari menjadi energi listrik. Alat yang dapat digunakan adalah sel surya (solar cell). Teknologi dengan menggunakan sel surya telah lama dikenal oleh manusia.

Pada umumnya, sel surya merupakan sebuah hamparan semikonduktor yang  dapat  menyerap  photon  dari  sinar  matahari  dan  mengubahnya  menjadi listrik. Setiap jenis semikonduktor yang berbeda hanya dapat menyerap photons pada tingkat energi tertentu saja yang dikenal dengan istilah bandgap.

Sel surya sebagai penangkap energi matahari kemudian dirangkai menjadi sistem pengendali sel surya (solar tracker). Energi listrik yang dihasilkan dari solar tracker akan maksimal apabila sel surya selalu tegak lurus terhadap arah fokus datangnya sinar matahari. Dengan kata lain, sel surya harus mengikuti arah pergerakan cahaya matahari.

Kesulitan  yang  timbul  untuk  memaksimalkan  penyerapan  intensitas maksimum cahaya matahari adalah dalam hal pembentukan sudut tegak lurus antara  sel surya dengan  arah  datangnya  sinar  matahari.  Oleh  karena  itu, diperlukan suatu sistem yang dapat mengendalikan sel surya secara otomatis agar tetap fokus terhadap arah datangnya sinar matahari. Untuk mengatasi hal tersebut, peneliti menggunakan mikrokontroler AVR ATtiny2313.  Mikrokontroler  AVR  ATtiny2313  memiliki  beberapa  kelebihan, diantaranya dapat menggunakan pemrograman bahasa C yang lebih mudah di pahami bila dibandingkan dengan pemrograman bahasa assembler.

Berdasarkan  latar  belakang  tersebut,  maka  rumusan  masalah  yang diambil   yaitu “Apakah   sistem   pengendali  solar   tracker   berbasis mikrokontroler  AVR  ATtiny2313  dapat  bekerja  optimal  mendeteksi  arah datangnya sinar matahari yang memiliki intensitas tinggi?”
          Sistem ini bekerja optimal dapat didefinisikan ketika salah satu LDR baik belakang, depan, kiri, atau kanan terkena cahaya dengan intensitas tinggi, maka solar tracker akan bergerak hingga cahaya yang memiliki intensitas tinggi mengenai LDR yang berada ditengah Dalam  penelitian  ini  akan  dirancang  rangkaian  pemodelan  solar tracker  dengan  menggunakan  mikrokontroler  AVR  ATtiny2313  sebagai pengendali. Ruang lingkup penelitian ini dibatasi pada cara kerja rangkaian solar tracker.

 

Pada alat ini menggunakan empat buah sensor peka cahaya LDR yang dipasang sebagai pelacak arah fokus datangnya sinar matahari, dimana ke empat sensor tersebut membentuk formasi layang-layang sama sisi dan di tengahnya terdapat sebuah LDR lagi yang berfungsi sebagai pembanding kuat cahaya yang diterima oleh masing-masing sensor pada kondisi terfokusnya.

Pada kondisi sebuah sensor mempunyai kepekaan terkuat maka tracker akan bergerak menuju arah tersebut hingga didapatkan suatu kondisi kepekaan sensor terkuat tersebut sama dengan kepekaan yang diterima oleh sensor yang ditengah sebagai pembandingnya.

Pada aplikasinya keempat sensor tersebut masing-masing dihubungkan dengan komparator pada input inverting, sementara sensor yang di tengah dihubungkan pada keempat komparator tersebut pada input non invertingnya. 

Berdasarkan prinsip kerja LDR dimana pada kondisi mendapatkan cahaya maka tahanannya turun, sehingga dengan metode rangkaian diatas pada LDR yang mendapatkan kuat cahaya terbesar maka tegangan yang dihasilkan adalah tertinggi.

Masing-masing tegangan keluaran LDR terhubung dengan terminal inverting rangkaian komparator. Sehingga dengan sistem rangkaian diatas, komparator akan menghasilkan logika tinggi jika salah satu dari ke empat LDR mempunyai tegangan keluaran lebih besar dari tegangan keluaran pembadingnya.

Logika keluaran rangkaian komparator inilah yang digunakan sebagai sinyal informasi bagi rangkaian pemrograman untuk menggerakkan motor DC menuju arah LDR dengan tegangan terbesar tersebut. Dengan demikian tracker akan mencari sumber cahaya terkuat hingga didapatkan kondisi tegangan keluaran LDR pembanding sama atau bahkan lebih besar dari keempat LDR yang dituju tersebut.

Pada kondisi ini keluaran komparator berlogika rendah sehingga melalui pemrograman pada mikrokontroler putaran motor DC akan dihentikan.

Aplikasi mikrokontroler ATtiny2313 pada alat ini berfungsi sebagai penerjemah data konduksi komparator pada rangkaian LDR untuk mengatur arah putaran motor DC penggerak solar tracker. Untuk aplikasi ini menggunakan port D sebagai data masukan dan port B sebagai alamat keluarannya.

Proses kerja mikrokontroler ini ditentukan berdasarkan pulsa komparator 1,2,3,4 yang masuk pada port D2 hingga D5. Dimana jika salah satu tegangan pada LDR 1,2,3,4 lebih besar dari tegangan referensi komparator pada LDR tersebut akan berlogika tinggi, pulsa masukan dari salah satu komparator 1,2,3,4 ini berfungsi untuk menggerakkan motor solar tracker sesuai arah posisi LDR, jika tegangan referensi lebih besar dari semua tegangan LDR, semua komparator berlogika rendah sehingga tidak ada logika untuk menyulut data masukan pada port D. 

Rangkaian driver dirancang untuk mengaktifkan motor DC sebagai penggerak solar tracker. Kombinasi rangkaian driver ini dirancang supaya motor DC dapat berputar forward-reverse, menyesuaikan input program yang bekerja berdasarkan pembacaan sinyal dari LDR.

Rangkaian driver ini diperlukan untuk memberikan pemisahan tegangan kontrol sebesar 5 volt yang dihasilkan dari keluaran mikrokontroler menjadi tegangan sesuai yang dibutuhkan oleh motor DC tersebut.

Perancangan ini menggunakan IC driver L293D yang memiliki kemampuan menggerakkan motor DC sampai arus 2A dan tegangan maksimum 40 VoltDC untuk satu kanalnya. Pin Enable A dan B untuk mengendalikan jalan atau kecepatan motor, pin Input 1 sampai 4 untuk mengendalikan arah putaran. Pin Enable diberi VCC 5 Volt untuk kecepatan penuh dan PWM (Pulse Width Modulation) untuk kecepatan rotasi yang bervariasi tergantung dari level highnya. Didalam chip L293D, untuk mengendalikan arah putaran motor digunakan metode bridge-H dari kombinasi transistor, jadi dengan metode demikian arus yang mengalir kemotor polaritasnya dapat diatur dengan memberikan logika ke transistor Q1 sampai Q4.