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
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.
Rancang bangun..., Pradipta Mahatidana, FT UI, 2013
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.
Rancang bangun..., Pradipta Mahatidana, FT UI, 2013
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
Rancang bangun..., Pradipta Mahatidana, FT UI, 2013
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
Rancang bangun..., Pradipta Mahatidana, FT UI, 2013
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
Rancang bangun..., Pradipta Mahatidana, FT UI, 2013
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
Rancang bangun..., Pradipta Mahatidana, FT UI, 2013
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.
Rancang bangun..., Pradipta Mahatidana, FT UI, 2013
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
Rancang bangun..., Pradipta Mahatidana, FT UI, 2013
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
Rancang bangun..., Pradipta Mahatidana, FT UI, 2013
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.
Rancang bangun..., Pradipta Mahatidana, FT UI, 2013
12
Gambar 10 Konfigurasi minimum PIC18F2553 sebagai USB device
Gambar 11 Konfigurasi relay untuk switching pembacaan !!" dan !!".
Rancang bangun..., Pradipta Mahatidana, FT UI, 2013
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.
Rancang bangun..., Pradipta Mahatidana, FT UI, 2013
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.
Rancang bangun..., Pradipta Mahatidana, FT UI, 2013
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
Rancang bangun..., Pradipta Mahatidana, FT UI, 2013
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
Rancang bangun..., Pradipta Mahatidana, FT UI, 2013
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%.
Rancang bangun..., Pradipta Mahatidana, FT UI, 2013
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.
Rancang bangun..., Pradipta Mahatidana, FT UI, 2013
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..., Pradipta Mahatidana, FT UI, 2013
Top Related