Teknologi Kalimantan (ITK) berhasil membuat prototipe solar tracker pergerakan satu sumbu berbasis kamera menggunakan metode pengolahan citra HSV untuk pengenalan objek matahari. Proyek ini diharapkan dapat memberikan kontribusi yang signifikan dalam peningkatan efisiensi penggunaan energi matahari, sebuah isu yang semakin penting di tengah tantangan perubahan iklim dan penurunan sumber energi fosil.
Energi memainkan peran krusial dalam pencapaian pembangunan yang berkelanjutan. Dalam beberapa tahun terakhir, penggunaan panel surya telah meningkat walau masih banyak isu yang harus diatasi untuk memaksimalkan potensi energi ini. Meskipun kinerja sel surya yang utama ditentukan oleh komponen-komponen yang ada pada sel surya tersebut, faktor-faktor luar seperti intensitas matahari, arah matahari, serta rasio tutupan awan juga berdampak pada keefektifan penerapan panel surya pada suatu daerah. Panel surya yang dipasang secara statis dengan sudut elevasi tetap bisa mengalami penyerapan radiasi matahari yang kurang optimal. Perubahan posisi matahari sepanjang tahun juga mempengaruhi sudut posisi optimal matahari yang diterima oleh panel surya.
Untuk meningkatkan penyerapan radiasi matahari, diperlukan alat yang dapat mengarahkan permukaan panel surya agar selalu menghadap langsung ke arah matahari. Solar tracker adalah merupakan perangkat yang mampu menggerakkan panel surya secara otomatis untuk mengikuti pergerakan sinar matahari. Solar tracker ini dapat didesain untuk mengikuti pergerakan matahari secara 1-D maupun 2-D. Pada wilayah ekuator seperti Kalimantan, penerapan solar tracker 1-D dirasa lebih efisien karena perubahan sudut posisi matahari setiap tahunnya tidak begitu jauh dibandingkan dengan wilayah lainnya. Pergerakan 2-D mengharuskan adanya komponen-komponen tambahan untuk mengatur arah pergerakan secara azimuth dan zenith. Dengan sistem ini, panel surya dapat meningkatkan penyerapan cahaya matahari secara signifikan dibandingkan dengan panel yang statis. Proyek ini juga memanfaatkan Raspberry Pi sebagai pengendali utama, yang menawarkan fleksibilitas dalam pengolahan data dan integrasi dengan berbagai sensor.
Komponen utama dalam sistem solar tracker 1-D terdiri dari:
Salah satu inovasi utama dalam proyek ini adalah penggunaan metode HSV (Hue, Saturation, Value) untuk mendeteksi posisi matahari. Metode ini dipilih karena kemampuannya untuk mengidentifikasi warna dengan akurasi tinggi, yang sangat berguna dalam kondisi pencahayaan yang bervariasi. Sensor kamera terpasang pada Raspberry Pi mengambil gambar dan mengolah warna menggunakan algoritma HSV. Dalam metode ini, nilai Hue digunakan untuk mengenali warna matahari, sementara nilai Saturation dan Value membantu dalam mengurangi noise dan meningkatkan akurasi deteksi.
Gambar 1. Penampakan asli solar tracker dan komponen-komponen yang digunakan
Proses implementasi dimulai dengan perakitan komponen fisik dari sistem, termasuk pemasangan panel surya dan motor servo. Setelah itu, pemrograman dilakukan pada Raspberry Pi untuk mengintegrasikan sensor cahaya dan algoritma deteksi matahari. Pengujian awal dilakukan untuk memastikan semua komponen bekerja dengan baik sebelum memasuki fase uji coba di laboratorium. Pengujian dilakukan di Laboratorium Terpadu ITK selama beberapa hari dengan variasi cuaca yang berbeda. Tujuan utama dari pengujian ini adalah untuk mengukur kinerja solar tracker dalam meningkatkan output energi dari panel surya.
Pengujian dilakukan dengan membandingkan output energi dari panel surya yang menggunakan sistem solar tracker dengan panel surya yang statis. Data diambil secara berkala untuk melihat fluktuasi energi yang dihasilkan selama periode pengujian.
Gambar 2. Hasil pendeteksian matahari menggunakan metode HSV pada saat cerah.
Gambar 3. Hasil pendeteksian matahari saat keadaan mulai berawan
Sistem dapat mendeteksi matahari dalam rentang HSV tertentu sehingga saat keadaan berawan yang tidak terlalu tebal, matahari masih dapat dikenali. Akurasi kemiringan panel surya dengan sistem solar tracker memiliki galat rata-rata sebesar 3,99˚ terhadap sudut posisi matahari.
Tabel 1. Hasil penggunaan solar tracker pada panel surya terhadap output energi listri.
Secara keseluruhan, penggunaan solar tracker memberikan keunggulan dalam memaksimalkan output rata-rata daya dan total energi dari panel surya, meskipun peningkatan tersebut relatif kecil. Hasil pengujian menunjukkan bahwa solar tracker 1-D yang dibuat oleh tim mampu meningkatkan total energi matahari yang dikonversi menjadi energi listrik sebesar 11.56% seperti terlihat pada Tabel 1.
Meskipun proyek ini menunjukkan hasil yang menggembirakan, beberapa tantangan tetap harus dihadapi selama proses pengujian. Pengaruh cuaca yang tidak menentu menjadi tantangan utama dalam penerapan solar tracker berbasis citra, dimana awan yang menutupi sinar matahari dapat mempengaruhi kemampuan pendeteksian matahari. Selain itu, kalibrasi motor servo juga menjadi tantangan tersendiri. Agar panel surya dapat berfungsi dengan optimal, motor servo harus dikalibrasi dengan tepat untuk memastikan sudut kemiringan yang benar. Proses ini memerlukan pengujian berulang dan penyesuaian pada algoritma pengendalian.
Keberhasilan penerapan solar tracker berbasis image recoginition diharapkan dapat masuk ke industri dan memberikan kontribusi signifikan terhadap peningkatan efisiensi penggunaan panel surya ke depan, terutama pada PLTS berskala besar. Melihat keberhasilan dari prototipe solar tracker 1-D berbasis image recognition, Tim Riset berkomitmen untuk melanjutkan penelitian dan pengembangan dari prototipe ini hingga layak untuk dikomersilkan, seperti pengembangan sistem pendeteksian matahari, pembuatan aplikasi pemantauan berbasis IoT, integrasi data azimuth dan elevasi secara real-time, implementasi pada panel surya berkapasitas besar, dan lain sebagainya.
Proyek ini tidak hanya menawarkan solusi praktis untuk meningkatkan penggunaan energi terbarukan, tetapi juga menjadi contoh bagaimana teknologi modern dapat dimanfaatkan untuk menjawab tantangan energi yang dihadapi oleh masyarakat. Melalui penelitian dan inovasi yang berkelanjutan, diharapkan teknologi ini dapat memberikan manfaat bagi masyarakat dan lingkungan, serta berkontribusi pada upaya global untuk mencapai keberlanjutan energi.
1. Membuat sistem solar tracker 1-D menggunakan kamera guna meningkatkan efisiensi pemanenan energi dari panel surya
2. Penggunaan kamera lebih efisien ketimbang sensor LDR yang harus ditanam pada setiap solar tracker, karena hanya menggunakan satu sistem pendeteksi matahari ini dapat mengontrol banyak panel surya sekaligus dengan keakuratan yang sangat baik.
3. Kamera hanya memerlukan energi yang sedikit, sehingga tidak perlu sistem sensor yang banyak.