Electronic Theses and Dissertation

Faktor utama yang memengaruhi daya keluaran panel surya meliputi sudut datang (sudut insiden) cahaya terhadap permukaan panel, iradiasi, dan suhu lingkungan. Apabila sudut insiden tidak tegak lurus, fenomena yang dikenal sebagai efek sudut kosinus, maka daya keluaran modul surya akan menurun dari nilai maksimumnya. Untuk menjaga sudut insiden tetap tegak lurus terhadap panel, sistem pelacak surya (solar tracker) diperlukan agar orientasi permukaan panel dapat menyesuaikan posisi matahari secara optimal. Sistem pelacakan surya berkembang menjadi berbagai jenis berdasarkan sistem kontrol, penggerak, strategi berbasis tanggal dan waktu, sensor, serta degree of freedom (DOF). Selain sudut insiden, faktor lingkungan seperti fluktuasi iradiasi dan suhu menyebabkan degradasi daya maksimum, memengaruhi karakteristik arus (I) dan tegangan (V), serta memicu dinamika pada keluaran daya (P). Ketidakstabilan daya akibat perubahan cepat iradiasi menuntut pengembangan algoritma Maximum Power Point Tracking (MPPT) yang efisien untuk memastikan ekstraksi daya optimal. Penelitian ini bertujuan mengendalikan sudut aktuator servo pada sistem pelacak surya berbasis 3-DOF, meningkatkan daya keluaran dengan menyesuaikan orientasi kemiringan panel terhadap sumber cahaya, serta mengekstrak daya maksimum ke beban melalui boost Konverter berbasis kontrol ANN-MPPT. Metode pengendalian sudut aktuator servo 3-DOF menggunakan pembacaan enam keadaan pada sensor tetrahedron untuk menentukan respon aktuator dalam melacak perubahan sudut insiden. Panel surya dipasang pada platform bergerak dengan beberapa modul, sementara sinyal dari sensor tetrahedron diproses dalam mikrokontroler menggunakan algoritma heuristik. Pengujian dilakukan untuk mengatur orientasi kemiringan panel pada dua sumbu utama, azimut dan elevasi. Kriteria panel dikatakan tegak lurus tercapai bila nilai rata-rata deviasi absolut (Mean Absolute Deviation, MAD) dari sensor tetrahedron ≤ 1, sehingga output daya dioptimalkan. Hasil pengujian enam kondisi sudut insiden menunjukkan sistem pelacak 3-DOF menurunkan MAD dari 2–3.7 Lux menjadi ≤ 1 Lux, dengan rentang perubahan sudut servo (ΔθS) ±1° hingga ±7°. Pada sumbu azimut, rata-rata daya PV pada state = 1 mencapai 330.34 mW dibandingkan 324.99 mW pada state = 0, dengan nilai minimum yang signifikan lebih tinggi. Pada sumbu elevasi, daya rata-rata PV pada state = 1 sebesar 360.37 mW melebihi 353.57 mW pada state = 0, dengan nilai minimum pada state = 1 tidak pernah di bawah 192.03 mW sementara state = 0 mencapai 0 mW. Simulasi menggunakan boost konverter berbasis ANN-MPPT menunjukkan keunggulan signifikan dibandingkan metode Perturb & Observation (P&O), dengan kecepatan pelacakan lebih baik, pengurangan kesalahan pelacakan hingga 50%, serta osilasi, overshoot, dan undershoot steady-state lebih rendah 37– 43%. ANN-MPPT juga mencapai efisiensi ekstraksi daya lebih dari 98% dalam kondisi steady-state, melampaui metode konvensional pada perubahan iradiasi dan suhu secara dinamis.
Kata kunci: Sistem pelacak, 3-DOF, Sudut Servo, Daya Maksimum, ANN, MPPT

The primary factors affecting the power output of solar panels include the angle of incidence of light on the panel surface, irradiance, and ambient temperature. When the angle of incidence is not perpendicular, a phenomenon known as the cosine effect, the output power of the solar module decreases from its maximum value. A solar tracking system is required to optimally adjust the panel’s orientation relative to the sun’s position to maintain the incident angle perpendicular to the panel. Solar tracking systems have evolved into various types based on control systems, drive mechanisms, date- and time-based strategies, sensors, and degrees of freedom (DOF). In addition to the angle of incidence, environmental factors such as irradiance and temperature fluctuations cause maximum power degradation, affecting current (I) and voltage (V) characteristics and introducing dynamic variations in power output (P). Power instability resulting from rapid irradiance changes necessitates the development of efficient Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithms to ensure optimal power extraction. This research aims to control the servo actuator angles of a 3-DOF solar tracking system, increase the output power by adjusting the panel’s tilt orientation relative to the light source, and extract maximum power to the load using a boost converter controlled by an ANNMPPT algorithm. The 3-DOF servo actuator angle control method utilizes six-state readings from a tetrahedral sensor to determine actuator response in tracking changes in the angle of incidence. The solar panel is mounted on a movable platform comprising multiple modules, with signals from the tetrahedral sensor processed in a microcontroller using a heuristic algorithm. Testing was conducted to adjust the panel’s tilt orientation along two primary axes, azimuth and elevation. The criterion for achieving perpendicular orientation is defined by a Mean Absolute Deviation (MAD) value from the tetrahedral sensor of ≤ 1, thereby optimizing power output. Tests under six incident angle conditions demonstrated that the 3- DOF tracking system reduced MAD from 2–3.7 Lux to ≤ 1 Lux, with the servo angle change range (ΔθS) between ±1° and ±7°. Along the azimuth axis, the average PV power in state = 1 reached 330.34 mW compared to 324.99 mW in state = 0, with a significantly higher minimum value. Along the elevation axis, the average PV power in state = 1 was 360.37 mW, exceeding 353.57 mW in state = 0, with the minimum power in state = 1 never falling below 192.03 mW, while in state = 0 it reached 0 mW. Simulations using an ANN-MPPT-controlled boost converter demonstrated significant advantages over the Perturb & Observation (P&O) method, with improved tracking speed, tracking error reductions of up to 50%, and steady-state oscillations, overshoot, and undershoot lower by 37–43%. ANNMPPT also achieved power extraction efficiency above 98% under steady-state conditions, outperforming the conventional method under dynamic irradiance and temperature variations. Keywords: Tracking System, 3-DOF, Servo Angle, Maximum Power, ANN, MPPT