Array fotovoltaik surya (PV) adalah bagian dari pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) sebagai unit pembangkit. PV array yang biasanya diletakkan di atas bangunan atau di atas tanah akan sangat rentan terhadap kotoran dan debu. Dengan demikian, kotoran dan debu ini akan mampu menurunkan kinerja dan efisiensi kerja unit pembangkitan. Pembersihan rangkaian PV dengan tenaga kerja memerlukan upaya, biaya, dan risiko yang tinggi, terutama di lokasi yang lebih tinggi. Penelitian ini menyajikan desain robot bergerak yang digunakan untuk menggantikan tenaga manusia dalam membersihkan array PV. Dengan begitu, langkah pemeliharaan array PV dapat mengurangi biaya dan risiko operasional. Robot bergerak yang dikendalikan secara cerdas ini dapat bermanuver dengan aman dan efisien melalui rangkaian PV. giroskop dan sensor jarak digunakan untuk mendeteksi dan mengikuti jalur sapuan di seluruh area array PV. Uji kendali PID membuat robot dapat stabil dalam waktu sekitar 5,72 detik untuk tetap berada pada jalurnya. Robot pembersih PV pintar memiliki waktu pengoperasian rata-rata sekitar 13 menit dalam mode otonom, dan 20-24 menit dalam mode manual. Pengoperasian robot ini efektif untuk memberikan efisiensi lebih pada penggunaan energi, waktu, dan biaya pemeliharaan sistem array PV.

Metode Analisa

Penelitian ini mengembangkan sistem robot bergerak dengan empat roda penggerak independen yang dikendalikan oleh algoritma proportional integral differential (PID). Sistem dirancang dalam dua mode, seperti otonom dan manual. Dalam mode manual, menggunakan remote kontrol dengan protokol nirkabel dan kamera FPV yang dapat digunakan oleh operator untuk membersihkan susunan PV surya. Memiliki 2 buah rol penyapu di bagian depan dan belakang untuk menyapu kotoran dan debu. Perancangan ini dibangun dengan menerapkan desain mekanikal, elektrikal, dan firmware. Sistem mekanis berkaitan dengan analisis struktur rangka terhadap kerusakan atau cacat fisik. Sedangkan pada bagian kelistrikan, perakitan dilakukan pada bagian wiring, performa sistem penggerak, dan kontrol posisi yaw.

Implementasi dan Hasil

Robot ini mempunyai desain mekanik berupa rangka, badan atau penutup, roller penyapu, dan letak motor dengan roda mecanum. Pada bagian depan dan belakang sistem mobile robot dipasang rumbai nilon berukuran 32 cm yang bergerak berkeliling untuk menyapu debu dan kotoran. Menempatkan rol penyapu pada posisi tersebut akan meningkatkan efektivitas pembersihan susunan surya. Robot beroda ini menggunakan motor tipe PG28 sebagai penggerak roda mecanum. Motor bertipe PG28 yang dipasang pada keempat rodanya memiliki RPM 1000 dan torsi 7 kg-cm. Motor dilengkapi dengan rotary encoder 7 ppr dan dapat disuplai dengan tegangan maksimum 24 V.

Sistem robot Arvos menggunakan Arduino Mega 2560 sebagai pengontrol sistem utama dan unit pengolah data untuk semua sensor. Sensor-sensor ini dan modul RX ELRS akan dihubungkan melalui soket onboard. Aktuator terdiri dari relai 2 saluran untuk mengontrol mode penggerak manual atau otomatis. Manuvernya menggunakan 4 buah penggerak motor untuk mengatur arah dan kecepatan masing-masing motor kanan dan kiri. Sebuah baterai li-po, yang terdiri dari baterai 4 sel 10.000 mAh dan step-down 5V, akan menyuplai motor pengemudi Semua komponen onboard pada robot.

Dari hasil pengujian akurasi posisi yaw diatas didapatkan rata-rata error yang dihasilkan oleh sensor IMU sebesar 2,5%. Kemudian, pengujian pada solar PV array dengan ketinggian 13 derajat, robot dapat berjalan lurus mengikuti rute dengan kecepatan rata-rata 0,43 m/s. Kedua ditunjukkan pada Gambar 9, pengujian nilai PID pada sumbu yaw dilakukan dengan Ziegler-Nichols untuk mendapatkan nilai gain. Pengujian pada kendali PID untuk sumbu yaw mempunyai settling time sebesar 5,72 detik, rise time sebesar 0,83 detik, dan error stable state sebesar 0,32.

Dengan solar PV array seluas 56 meter persegi yang terletak di rooftop UNAIR C Gedung Kuliah Bersama Lantai 10, robot ini mampu membersihkan seluruh area secara mandiri dalam waktu sekitar 13 menit. Sedangkan pada mode manual, proses pembersihan memakan waktu sekitar 20 – 24 menit. Sistem mobile robot didukung dengan rangka berbahan profil alumunium dan bodi berbahan akrilik 2 mm. Ukuran badan keseluruhan adalah panjang 49 cm dan lebar 32 cm dengan berat 4,8 kg. Setiap motor dapat berjalan sekitar 1100 RPM pada maksimum 15,8 V. Setiap roller penyapu memiliki motor yang dapat bekerja 1000 RPM pada 12V. Dengan baterai LiPo 4 sel 10000 mAh, mobile robot dapat beroperasi sekitar 42 menit. Ketinggian maksimum susunan PV surya yang dapat ditangani robot ini adalah 15 derajat. Penggunaan roda mecanum pada robot mempunyai kelebihan yaitu robot dapat bermanuver 6 DOF, robot dapat bergerak maju mundur, menggesek ke kanan dan ke kiri tanpa menghabiskan ruang dan waktu untuk berbelok. Namun kekurangan dari penggunaan roda mecanum adalah mudah tergelincir terutama pada permukaan panel surya yang licin. Sedangkan uji kontrol PID menunjukkan bahwa robot dapat menstabilkan dirinya dalam waktu sekitar 5,72 detik untuk tetap berada pada jalurnya. Kesimpulannya, penggunaan robot ini terbukti lebih efektif dalam membantu operator sistem PV surya membersihkan susunan PV surya dari kotoran dan debu. Robot-robot ini dapat berkontribusi pada penggunaan energi, waktu, dan biaya pemeliharaan sistem tenaga surya yang lebih efisien.

Penulis: Prisma Megantoro, ST. MEng.

Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:

https://beei.org/index.php/EEI/article/view/5950/3445 atau https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-85174604377&origin=resultslist

[1]      P. Megantoro et al., “Autonomous and smart cleaning mobile robot system to improve the maintenance efficiency of solar photovoltaic array,” Bull. Electr. Eng. Informatics, vol. 12, no. 6, pp. 3288–3297, 2023, doi: 10.11591/eei.v12i6.5950.