2. bab i-v.doc

Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 1 | P a g e

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Energi listrik merupakan salah kebutuhan utama di Bandar udara

sebagai catu daya peralatan untuk melayani operasional keamanan dan

keselamatan penerbangan antara lain adalah peralatan telekomunikasi dan

navigasi udara, peralatan visual aids, gedung terminal, peralatan pendingin

ruangan dan sebagainya. Pada umumnya kebutuhan energi listrik dipasok

oleh Perusahaan Listrik Negara (PLN) sebagai catu daya utama, namun

untuk operasional Bandar Udara membutuhkan ketersediaan sumber energi

cadangan karena listrik yang tidak boleh terhenti untuk menjamin keamanan

dan keselamatan penerbangan.

Untuk menjamin tersedianya pasokan listrik yang kontinyu atau terus

menerus, setiap bandar udara menggunakan Generator Set (Genset) maupun

catu daya yang lain seperti panel surya yang difungsikan sebagai sebagai

sumber tenaga cadangan yang cukup efektif dan efisien. Panel surya

memiliki banyak keunggulan diantaranya adalah ramah lingkungan, sumber

enegi ini sangat melimpah di Indonesia yang dilintasi oleh garis khatulistiwa.

Banyak bandar udara perintis yang belum terdapat jaringan listrik dari

PLN, panel surya digunakan sebagai catu daya utama untuk penunjang

kegiatan operasional keamanan dan keselamatan penerbangan. Untuk

menghasilkan daya listrik yang maksimal dari panel surya dapat digunakan


beberapa cara, salah satunya adalah dengan sebuah sistem tracking mekanik

yang digunakan untuk mengubah posisi modul panel surya terhadap posisi

matahari sehingga mendapatkan energi maksimum matahari.

Pembangkit listrik tenaga surya merupakan salah satu pembangkit

tenaga listrik alternatif yang banyak dikembangkan, panel surya (solar

phovovoltaic) sebagai jenis pembangkit listrik terbaharukan di masa depan

akan semakin memiliki peranan penting sebagai pengganti energi fosil atau

energi tak terbaharukan. Dalam aplikasinya secara konvensional panel surya

memiliki banyak kekurangan terutama pada sisi efisensi keluaran yang

terbilang rendah, hal tersebut dikarenakan perbedaan karakteristik antara

panel surya dengan beban.

Dengan realita tersebut maka pengembangan listrik tenaga surya

yang berbasis kepada efek photovoltaicdari piranti panel surya sebagai salah

satu sumber tenaga listrik yang murah, bebas polusi, dan alami menjadi

suatu pilihan yang tepat. Namun realita yang ada sekarang ini penggunaan

panel surya sebagai sumber listrik masih sangat minim dan belum bisa

diandalkan sebagai suatu sumber tenaga alternatif yang dapat mengganti

tenaga listrik.

Maximum power point tracking (MPPT) adalah suatu metode untuk

mencari point (titik) maksimum dari kurva karakteristik daya dan tegangan

input (P-V) pada aplikasi panel surya. Sistem Maximum Power Point

Tracking (MPPT) dengan bantuan konverter dc-dc digunakan untuk

mengatur besarnya tegangan keluaran pada panel surya, agar dapat memaksa


panel surya memperoleh daya maksimum pada berbagai tingkat intensitas

cahaya.

Dari bahasan diatas, peneliti mengadakan penelitian ilmiah untuk

mendapatkan suatu alat kontrol dimana panel surya dapat menghasilkan daya

listrik yang maksimal dengan metode Maksimum Power Point Tracking

(MPPT).

1.2 POKOK MASALAH

Dari latar belakang tersebut diatas, maka adapun pokok masalah

dalam pembuatan alat tersebut adalah :

1. Bagaimana cara agar mendapatkan daya yang maksimal pada panel

surya?

2. Apakah metode maximum power point tracking dapat digunakan untuk

mendapatkan energy yang maksimal ?

1.3 BATASAN MASALAH

Dari pokok masalah yang telah dipaparkan pada diatas, maka penulis

akan membatasi masalah berdasarkan pokok masalah yang ada dalam

penelitian ini yaitu : Bagaimana implementasi metode maximum power point

tracking sebagai upaya mendapatkan energi listrik maksimal ?

1.4 PERUMUSAN MASALAH

Maximum Power Point Tracking (MPPT) adalah sebuah sistem

elektronik yang bisa menelusuri titik daya maksimum power yang bisa


dikeluarkan oleh sebuah panel surya. Sistem MPPT bekerja dengan cara

memaksa panel surya agar bekerja pada titik daya maksimumnya, sehingga

daya yang mengalir ke beban adalah daya maksimal.

1.5 TUJUAN PENELITIAN

Mendapatkan suatu rancangan peralatan yang dapat memaksimalkan

daya sebuah panel surya dengan metode MPPT sehingga didapatkan energi

yang maksimal untuk menunjang kegiatan Bandar udara di Indonesia

terutama Bandar udara perintis dalam mencukupi kebutuhan energi untuk

operasional penerbangan.

1.6 METODE PENELITIAN

Dalam penyusunan penelitian ini,metode yang digunakan berupa:

1. Studi Kepustakaan

2. Konsultasi

3. Observasi

4. Media internet

5. Percobaan yaitu dengan merancang rangkaian yang diinginkan dan

melakukan pengujian pada hasil rancangan.

1.7 SISTEMATIKA PENULISAN

Sistematika dari penulisan ini terdiri dari lima bab,masing-masing bab

isinya saling berkaitan, berurutan, dan merupakan satu kesatuan. Didalam

setiap bab akan dijelaskan hal-hal sebagai berikut:


BAB I PENDAHULUAN

Membahas tentang latar belakang masalah, pokok masalah, batasan

masalah,rumusan masalah, tujuan penulisan, metode penulisan,dan

sistematika penulisan.

BAB II TEORI PENUNJANG

Berisi tentang semua teori-teori yang mendukung pembuatan

penelitian ini yaitu menguraikan tentang teori-teori dasar komponen yang

akan dibuat.

BAB III PERANCANGAN SISTEM

Membahas tentang perencanaan dan rancangan alat yang akan

dibuat lengkap dengan penjelasanya beserta dengan cara kerja alat tersebut.

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA

Berisi analisa tentang cara kerja alat dan data – data hasil dari

pengukuran dan analisa pada alat.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Berisi tentang kesimpulan penganalisaan kerja alat serta harapan

dan saran yang berhubungan dengan penelitian ini.


BAB II

TEORI PENUNJANG

Pada bab II ini dibahas mengenai beberapa dasar teori yang menunjang

perancangan metode Maximum Power Point Tracking (MPPT). Beberapa teori

tersebut antara lain mengenai Panel Surya, cara kerja sistem MPPT,

Mikrokontroller ATMega32 dan rangkaian pendukungnya, serta prinsip kerja dari

DC to DC Converter dengan konfigurasi Buck.

4) Panel Surya

Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya

menjadi listrik. Mereka disebut surya atas matahari atau "sol" karena matahari

merupakan sumber cahaya terkuat yang dapat dimanfaatkan. Panel surya sering

kali disebut sel photovoltaic, photovoltaic dapat diartikan sebagai "cahaya-listrik".

Sel surya atau sel PV bergantung pada efek photovoltaic untuk menyerap energi

matahari dan menyebabkan arus mengalir antara dua lapisan bermuatan yang

berlawanan. Ilustrasi prinsip kerja sel surya seperti pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 Panel Surya


Adapun beberapa faktor yang mempengaruhi kerja dari sel surya agar

pengoperasianya dapat mencapai nilai maksimum adalah sebagai berikut :

a. Suhu permukaan panel surya

Sebuah sel surya dapat beroperasi secara maximum jika temperature sel tetap

normal (pada 25 derajat celcius), kenaikan temperatur lebih tinggi dari

temperature normal pada PV sel akan melemahkan voltage ( . Setiap

kenaikan temperatur sel surya 1 derajat celcius (dari 25 derajat) akan berkurang

sekitar 0.4 % pada total tenaga yang dihasilkan, dengan kata lain total tenaga

yang dihasilkan, dengan kata lain total tenaga yang dihasilkan akan melemah 2

kali lipat untuk kenaikkan temperatur sel per 10 derajat C.

b. Radiasi solar matahari (iradiasi)

Radiasi solar matahari di bumi dan berbagai lokasi bervariable, dan sangat

tergantung keadaan spectrum solar ke bumi. Insolation solar matahari akan

banyak berpengaruh pada arus (I) dan sedikit pada tegangan (V). Efek dari

level iradiasi matahari sangat berpengaruh pada besarnya nilai dan

c. Kecepatan angin bertiup

Hembusan angin disekitar lokasi PV array dapat membantu mendinginkan

permukaan temperatur kaca-kaca PV array

d. Keadaan atmosfir bumi

Cuaca berawan, mendung, jenis partikel debu udara, asap, uap air udara (Rh),

kabut dan polusi sangat menentukan hasil maximum arus listrik dari deretan

PV


e. Orientasi panel atau array PV

Ke arah matahari secara optimum adalah penting agar panel/deretan PV dapat

menghasilkan energy maximum. Selain arah orientasi, sudut orientasi (tilt

angle) dari panel/deretan PV juga sangat mempengaruhi hasil energy

maximum (lihat penjelasan tilt angle).

Sebagai guideline: untuk lokasi yang terletak di belahan Utara latitude, maka

panel/deretan PV sebaiknya diorientasikan ke Selatan, orientasi ke Timur -

Barat walaupun juga dapat menghasilkan sejumlah energy dari panel-

panel/deretan PV, tetapi tidak akan mendapatkan energy matahari optimum.

f. Posisi letak sel surya (array) terhadap matahari (tilt angle)

Mempertahankan sinar matahari jatuh ke sebuah permukaan panel PV secara

tegak lurus akan mendapatkan energy maximum ± 1000 W/ atau 1 kW/ .

Kalau tidak dapat mempertahankan ketegak lurusan antara sinar matahari

dengan bidang PV , maka extra luasan bidang panel PV dibutuhkan (bidang

panel PV terhadap sun latitude yang berubah setiap jam dalam sehari). Solar

panel PV pada Equator (latitude 0 derajat) yang diletakkan mendatar (tilt angle

= 0) akan menghasilkan energy maximum, sedangkan untuk lokasi dengan

latitude berbeda harus dicarikan “titl angle” yang optimum. Perusahaan BP

solar telah mengembangkan sebuah software untuk menghitung &

memperkirakan energy optimum dengan letak latitude, longitude, dan optimum

tilt angle untuk setiap lokasi diseluruh dunia.


2.1.1 Karakteristik Panel Surya

Untuk mendekati kinerja dari sel surya, suatu model matematik

dikembangkan untuk menirukan solar sel. Gambar 2.2 menunjukkan rangkaian

persamaan solar sel, dimana I dan V adalah arus dan tegangan solar sel, kemudian,

IL adalah cell’s photocurrent. Rp dan Rs adalah tahanan shunt dan tahanan seri

dari solar sel.

Gambar 2.2 Rangkaian persamaan sel surya. [2]

Persamaan dari rangkaian diatas adalah :

............................... (2.1)

Dimana :

Io = arus saturasi reverse (Ampere)

n = faktor ideal dioda (bernilai 1 untuk dioda ideal)

q = pengisian electron (1.602·10-19 C)

k = konstanta Boltzman (1.3806.10-23 J.K-1)

T = temperatur solar sel (oK)


Persamaan diatas digunakan dalam simulasi menggunakan komputer untuk

mendapatkan karakteristik keluaran solar sel, seperti pada gambar 2.3 dan 2.4.

Kurva ini menunjukkan sangat jelas bahwa karakteristik keluaran solar sel adalah

non-linier dan sangat dipengaruhi oleh radiasi sinar matahari dan temperatur.

Selain itu, karakteristik V-I sel surya adalah nonlinier dan berubah terhadap

radiasi dan suhu permukaan solar sel. Secara umum, terdapat titik yang unik pada

kurva V-I atau kurva V-P, yang dinamakan Maximum Power Point (MPPT). Pada

titik MPPT, solar sel bekerja pada efisiensi maksimum dan menghasilkan daya

keluaran paling besar.

Pada gambar 2.3 diperlihatkan pengaruh iradiasi terhadap daya dan

tegangan keluaran dari solar sel. sedangkan pada gambar 2.4 diperlihatkan

pengaruh dari suhu permukaan solar sel pada kurva I-V.

Gambar 2.3 Karakteristik P-V untuk level iradiasi (cahaya matahari) [2]


Gambar 2.4 Kurva I-V panel surya untuk penyinaran tetap dan suhu bervariasi [2]

5) Maximum Power Point Tracking (MPPT)

Maximum Power Point Tracking atau sering disingkat dengan MPPT

merupakan sebuah sistem elektronik yang dioperasikan pada sebuah panel surya

sehingga panel surya bisa menghasilkan daya maksimum. MPPT bukanlah sebuah

sistem tracking mekanik yang digunakan untuk mengubah posisi modul terhadap

posisi matahari sehingga mendapatkan energi maksimum matahari, tetapi MPPT

adalah sebuah sistem elektronik yang bisa menelusuri titik daya maksimum power

yang bisa dikeluarkan oleh sebuah panel PV.

Sistem MPPT bekerja dengan cara memaksa panel surya agar bekerja pada

titik daya maksimumnya, sehingga daya yang mengalir ke beban adalah daya

maksimal. Pada umumnya digunakan DC-DC Converter dalam sebuah sistem

MPPT untuk menggeser daya operasi dari panel surya menjadi titik daya

maksimalnya.


Gambar 2.5 Karakteristik PV dengan dan tanpa MPPT pada PV 70Wp [3]

Contoh hasil kerja dari MPPT dapat dilihat pada gambar 2.5 di atas. Yakni

sebuah panel surya yang dihubungkan langsung pada sebuah charger baterai / aki.

Panel surya tersebut mempunyai karakteristik seperti yang ditunjukkan pada

gambar di atas. Bisa dilihat pada grafik bahwa apabila MPPT tidak digunakan,

maka daya yang bisa diekstrak dari panel surya panel hanyalah 53Watt pada

12Volt atau dengan kata lain daya yang bisa digunakan hanyalah 70.67% dari daya

maksimum sebenarnya. Dengan menggunakan MPPT maka daya maksimum yang

bisa diambil dari PV panel bisa dicapai, yakni sebesar 75 W.

6) Buck Converter

Buck Converter merupakan salah satu jenis topologi DC-DC Converter yang

berfungsi mengkonversikan tegangan DC masukan menjadi tegangan DC lain yang

lebih rendah (konverter penurun tegangan). Rangkaian Buck Converter terdiri atas

satu saklar aktif (MOSFET) dan satu saklar pasif (dioda) untuk mengontrol aliran


energi dari sumber tegangan DC. Komponen lain yang digunakan adalah induktor

dan kapasitor.

Gambar 2.6 Rangkaian dasar Buck Converter

Gambar 2.6 diatas gambar rangkaian Buck Converter yang terdiri atas

induktor (L), kapasitor (C), diode (D), dan resistor . Resistor adalah sebagai

beban dari output tegangan Buck Converter.

Kondisi Saklar Tertutup

Ketika saklar dalam kondisi on, Dioda D akan off sehingga arus input yang

bertambah akan mengalir melewati filter L dan C, lalu menuju beban .

Gambar 2.7 Kerja Buck Converter pada saat saklar tertutup

pada kondisi ini,

.............................................. (2.2)


Kondisi Saklar Terbuka

Saat saklar off, Dioda D menjadi on. Pada kondisi ini induktor (L) menjadi

sumber arus. Arus induktor akan berkurang terus hingga saklar on lagi pada

siklus berikutnya.

Gambar 2.8 Kerja Buck Converter pada saat saklar terbuka

Pada kondisi ini,

............................................... (2.3)

Gambar 2.9 Ripple arus steady state

Pada saat ripple arus steady state,


.................................. (2.4)

Gambar 2.10 Ripple tegangan

Nilai ripple tegangan ( ) dirumuskan dengan persamaan berikut :

.................................. (2.5)

Dari gambar 2.10 dengan menggunakan rumus luasan segitiga didapat

.................................. (2.6)

................................... (2.7)

Maka nilai kapasitor dirumuskan dengan persamaan berikut :

................................... (2.8)

Nilai induktor didapat dari persamaan berikut :

................................. (2.9)

................................. (2.10)


Effisiensi keseluruhan dari semua device dapat didefinisikan oleh daya output

dibagi daya input. Daya output adalah selosih antara daya input dengan daya loss.

Seperti pada persamaan 2-27.

................................... (2.11)

7) INVERTER

Konverter dc-ac atau biasa disebut inverter adalah suatu alat elektronik yang

berfungsi untuk menghasilkan keluaran ac sinusoidal dari masukan dc dimana

magnitudo dan frekuensinya dapat diatur. Inverter biasanya banyak digunakan

pada kendali mesin ac dan UPS (Uninterruptible Power Supply). Dilihat dari jenis

masukannya, inverter dibagi menjadi dua macam yaitu VSI (Voltage Source

Inverter) dimana masukannya adalah sumber tegangan dc dan CSI (Current Source

Inverter) dimana masukannya adalah sumber arus dc. Pada prakteknya, inverter

yang lebih sering digunakan adalah VSI sedangkan CSI penggunaannya terbatas

pada kontrol motor ac dengan daya yang sangat besar. Gambar 2.1 merupakan

gambar dari dari salah satu topologi inverter bridge, yaitu full-bridge dengan

sumber dc yang digunakan adalah sumber tegangan. Pada dasarnya, untuk

menghasilkan keluaran ac sinusoidal, inverter bekerja dengan mengatur

penyaklaran masukan sumber dc. Dalam satu lengan, transistor yang boleh on

hanya satu karena apabila dua transistor dalam satu lengan on maka sumber

tegangan dc akan terhubung singkat. Dengan demikian pada saat S1 on maka S2

akan off. Hal yang sama terjadi pada S3 dan S4.


Gambar 2.11 Topologi inverter full-bridge

Pada saat 1 S dan 2 S on, beban akan merasakan tegangan Vd (Vo = Vd).Pada

saat 2 S dan 2 S on maka beban akan merasakan tegangan Vd (Vo = -Vd).

Bentuk sinyal tegangan keluaran dari gambar 2.12 adalah sebagai berikut :

Gambar 2.12 Topologi inverter full-bridge

Nilai rms tegangan keluaran dapat dicari dengan

.............................................. (2.11)

Keluaran inverter dengan penyaklaran seperti diatas adalah gelombang

persegi. Gelombang seperti ini memiliki kandungan harmonisa yang besar.


Biasanya keluaran inverter yang diinginkan adalah bentuk gelombang sinus murni

karena gelombang sinus murni tidak mengandung harmonisa. Untuk mendapatkan

bentuk gelombang sinusoidal maka teknik penyaklaran transistor harus diatur.

Salah satu teknik yang paling umum digunakan dalam mengatur penyaklaran

transistor dalam inverter adalah PWM (Pulse Width Modulation).

8) Mikrokontroler AVR ATMega32

AVR adalah kependekan dari Alv and Vegard Risc processor. Merupakan

penemu penemu teknologi RISC pada mikrikontroler buatan ATMEL.

Mikrokomputer mempunyai tiga bagian utama yaitu Central Processing Unit

(CPU), memori (RAM dan ROM) dan peripheral input dan output (I/O).

Mikrokontroler adalah suatu mikrokomputer yang dibangun pada suatu chip. Port

I/O dan sistem memori dibangun di dalam Mikrokontroler, sehingga

memungkinkan komponen ini untuk dihubungkan dengan peripheral lainnya.

Beberapa bagian dalam mikrokontroler ialah: timer, parallel port, counter, serial

port, kontrol interupt, ROM dan RAM. Mikrokontroler merupakan suatu

komponen elektronik yang termasuk ke dalam komponen general multi purpose

yang dapat digunakan untuk berbagai macam aplikasi.

Atmel yang berarsitekturkan RISC (reduced instruction set computer)

memiliki kebutuhan daya yang rendah. Mikrokontroler ini merupakan teknologi

terbaru dari Atmel. Karena sebelumnya Atmel memproduksi mikrokontroler 8 bit

berarsitektur CISC (complex instruction set computer) seperti AT89S52. Untuk

pemrograman mikrokontroler ATmega32 digunakan bahasa C dengan compiler


Code Vision. Komponen ini dikemas dalam bentuk DIP (dual inline package) 40

pin.

Spesifikasi internal dari mikrokontroler ATmega32 adalah sebagai berikut:

o 8-bit Central Processing Unit (CPU).

o 32 x 8 General Purpose Working Register.

o 16 MIPS (Million Instruction Per Second) per 16 MHz, untuk satu

instruksi memerlukan satu siklus waktu.

o 32KBytes of In-System Reprogammable Flash Program Memory yang

dapat diisi hingga 1000kali.

o 1024 bytes EEPROM yang dapat diisi hingga 100.000 kali.

o 2 KBytes internal SRAM.

o 32 jalur masukan dan data keluaran yang bersifat dua arah yang

dikelompokkan menjadi 4 port 8-bit (PORTA...D).

o Siklus waktu operasi hingga 16MHz.

o Full duplex serial port,

o 2 buah pewaktu 8-bit,

o 1 buah pewaktu 16-bit,

o Real Time Counter (RTC) dengan osilator yang terpisah,

o 8 kanal 10-bit ADC,

o Master/Slave antar muka SPI serial,

o Analog comparator,

o Membutuhkan tegangan catu sebesar 2.7 – 5.5 V untuk tipe ATmega

32L dan 4.5 – 5.5 V untuk ATmega 32.


Pada Gambar 2.13 diperlihatkan konfigurasi pin-pin dari mikrokontroler ATmega

32 dari Atmel :

Gambar 2.13 Konfigurasi pin ATMega 32 [4]

2.1.2 Arsitektur Atmega32

Mikrokontroler AVR memiliki model arsitektur Harvard dimana memory dan

bus untuk program dan data dipisahkan. Dalam arsitektur AVR, seluruh 32 register

umum yang ada terhubung langsung ke ALU prosesor. Hal inilah yang membuat

AVR begitu cepat dalam mengeksekusi instruksi. Dalam satu siklus clock, terdapat

dua buah register independen yang dapat diakses oleh satu instruksi. Teknik yang

digunakan adalah fet during execution atau memegang sambil mengerjakan. Hal

ini berarti, dua operan dibaca dari dua register, dilakukan eksekusi operasi dan

hasilnya disimpan kembali dalam salah satu register, semuanya dilakukan dalam

satu siklus clock. Arsitektur AVR ATmega 32 ditunjukkan dalam Gambar 2.14.


Dari dua register yang ada terdapat enam buah register yang dapat digunakan

untuk pengalamatan tidak langsung 16-bit sebagai register pointer. Register

tersebut memiliki nama khusus, yakni X, Y, Z. Masing-masing terdiri dari

sepasang register. Register-register khusus tersebut adalah R26: R27 (register X),

R28:R29 (register Y) dan R30:R31 (register Z).

Gambar 2.14 Arsitektur Atmega32 [4]

2.1.3 Organisasi Memori

Dalam organisasi memori AVR, 32 register keperluan umum (GPR)

menempati spaca data pada elemen paling bawah, yaitu $0000 sampai $0001F.

Sedangkan register-register khusus untuk penanganan berikutnya, yaitu mulai dari

$0020 hingga $0005F. Register-register ini merupakan register yang khusus

digunakan untuk melakukan pengaturan fungsi terhadap berbagai peripheral


mikrokontroler semacam kontrol register, timer/counter, fungsi-fungsi I/O dan

memori berikutnya digunakan untuk SRAM 1KBytes, yaitu pada lokasi 0060H

sampai 085FH. Gambar peta memori untuk AVR ATmega32 ditunjukkan pada

Gambar 2.15.

Gambar 2.15 Peta memori ATmega 32 [4]

2.1.4 Pin I / O

Port I/O pada mikrokontroler ATmega 32 memiliki 4 buah port yaitu PORT

A, PORT B, PORT C dan PORTD.

a. Port A

Port A merupakan 8-bit port bi-directional yang memiliki internal pull-up.

Port ini bisa diakses secara 8-bit atau per pin (1-bit). Disamping sebagai

I/O, port A juga memiliki fungsi lain, seperti terlihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Fungsi alternatif Port A.


Pin Port Fungsi Alternatif

PA7 ADC 7 (ADC masukan kanal 7)








b. Port B

Port ini memiliki karakteristik yang sama dengan Port A. Port B juga

memiliki fungsi alternatif. Tabel 2.2 Fungsi alternatif Port B.


PB7 SCK (SPI Bus Serial Clock )

PB6 MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output )

PB5 MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input)

PB4 SS (SPI Slave Select Input)

PB3 AIN 1 (Analog Comparator Negative Input)

OC0 (Timer/Counter 0 Output Compare Match Output)

PB2 AIN 0 (Analog Comparator Positive Input)

INT2 (External Interrupt 2 input pada ATMega164)

PB1 T1 (Timer/Counter 1 External Counter Input)

PB0 T0 (Timer/Counter 0 External Counter Input )

XCK (USART External Clock Input/Output)


c. Port C

Port C memiliki fungsi dan karakteristik yang sama dengan Port A dan Port

B. Fungsi alternatif dari Port C dapat dilihat pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3 Fungsi alternatif Port C.


PC7 TOSC2 (Timer Oscillator Pin 2)

PC6 TOSC1 (Timer Oscillator Pin 1)

PC5 TDI (JTAG Test Data In)

PC4 TDO (JTAG Test Data Out)

PC3 TMS (JTAG Test Mode Select)

PC2 TCK (JTAG Test Clock)

PC1 SDA (Two-wire Serial Bus Data Input/Output Line)

PC0 SCL (Two-wire Serial Bus Clock Line)

d. Port D

Port ini memiliki fungsi dan karakteristik sama dengan port lainnya.

Disamping sebagai I/O port ini juga memiliki fungsi khusus (lihat Tabel

2.4).

Tabel 2.4 Fungsi alternatif Port D


PD7 OC2(Timer/Counter2 Output Compare Match Output)

PD6 ICP1(Timer/Counter1 Input Capture Pin)


PD5 OC1A (Timer/Counter1 Output Compare A Match Output)

PD4 OC1B (Timer/Counter1 Output Compare B Match Output)

PD3 INT1 (External Interrupt 1 Input)

PD2 INT0 (External Interrupt 0 Input)

PD1 TXD0 (USART Output Pin)

PD0 RX0 (USART Input Pin)

2.5.4 ADC (Analog to Digital Converter)

Analog to digital Converter berfungsi untuk mengubah siyal analog menjadi

data digital. Sinyal analog dimasukkan pada input dari konverter analog ke digital

dan beberapa waktu untuk mengkonversi maka output data digital akan siap

diproses oleh rangkaian digital.

ATMega32 merupakan tipe AVR yang telah dilengkapi dengan 8 saluran

ADC internal dengan resolusi 10 bit. Dalam mode operasinya, ADC ATMega

dapat dikonfigurasi, baik sebagai single ended input maupun defferential input.

Selain itu, ADC ATMega32 memiliki konfigurasi pewaktuan, tegangan referensi,

mode operasi, dan kemampuan filter derau yang amat fleksibel sehingga dapat

dengan mudah disesuaikan dengan kebutuhan dari ADC itu sendiri.

Proses inisialisasi ADC meliputi proses penentuan clock, tegangan referensi,

format data keluaran dan mode pembacaan. Register yang perlu diset nilainya

adalah ADMUX (ADC Multiplier Selection Register), ADCSRA (ADC Control

and Status Register A) dan SFIOR (Special Function IO Register). ADMUX


merupakan register 8 bit yang berfungsi menentukan tegangan referensi ADC,

format data keluaran dan saluran ADC yang digunakan. Konfigurasinya seperti

Gambar 2.16.

Gambar 2.16 Register ADMUX [4]

Bit penyusunnya dapat dijelaskan sebagai berikut :

a. REFS [1..0] merupakan bit pengatur tegangan referensi ADC ATMega32.

Memiliki nilai awal 00, sehingga referensi tegangan berasal dari pin AREF.

Detail yang lain dapat dilihat pada Tabel 2.6.

b. ADLAR merupakan bit pemilih mode data keluaran ADC. Bernilai awal 0

sehingga 2 bit tertinggi data hasil konversinya berada di register ADCH

dan 8 bit sisanya berada di reister ADCL.

c. MUX [4..0] merupakan bit pemilih saluran pembacaan ADC. Bernilai awal

00000. Untuk mode single ended input, MUX [4..0] bernilai dari 00000 –

00111.

ADCSRA merupakan register 8 bit yang berfungsi melakukan manajemen

sinyal kontrol dan status dari ADC. Memiliki susunan seperti Gambar 2.10.

Bit penyusunnya dapat dijelaskan sebagai berikut:

a. ADEN merupakan bit pengatur aktivasi ADC. Bernilai awal 0. Jika bernilai

1, maka ADC aktif.


b. ADCS merupakan bit penanda mulainya konversi ADC. Bernilai awal 0

selama konversi ADC akan berniali 1, sedangkan jika konversi telah

selesai, akan bernilai 0.

c. ADATE merupakan bit pengatur aktivasi picu otomatis operasiADC.

Bernilai awal 0. Jika bernilai 1, operasi konversi ADC akan dimulai pada

saat transisi positif dari sinyal picu yang dipilih. Pemilihan sinyal picu

menggunakan bit ADTS pada register SFIOR.

d. ADIF merupakan bit penanda akhir suatu konversi ADC. Bernilai awal 0.

Jika bernilai 1, maka konversi ADC pada suatu saluran telah selesai dan

data siap diakses.

e. ADIE merupakan bit pengatur aktivasi interupsi yang berhubungan dengan

akhir konversi ADC. Bernilai awal 0. Jika bernilai 1 dan jika sebuah

konversi ADC telah selesai, sebuah interupsi akan dieksekusi.

f. ADPS [2..0] merupakan bit pengatur clock ADC. Bernilai awal 000. Detail

nilai bit dapat dilihat pada Tabel 2.5.

Gambar 2.17 Register ADCSRA [4]

Tabel 2.5 Pemilihan Mode Tegangan Referensi ADC

REFS [1..0]

Mode tegangan referensi

00 Berasal dari pin AREF


01 Berasal dari pin AVCC

10 Tidak dipergunakan

11 Berasal dari tegangan referensi internal sebesar 2.56V

Tabel 2.6 Konfigurasi Clock ADC

ADPS [2..0]

Besar Clock ADC

000 – 001 fosc / 2

010 fosc / 4

011 fosc / 8

100 fosc / 16

101 fosc / 32

110 fosc / 64

111 fosc / 128

SFIOR merupakan register 8 bit pengatur sumber picu konversi ADC,

untuk memeilih picu eksternal atau picu internal. Susunannya diperlihatkan seperti

gambar 2.11.

ADTS [2..0] merupakan bit pengatur picu eksternal operasi ADC. Hanya

berfungsi jika bit ADATE pada register ADCSRA bernilai 1. Bernilai awal 000

sehingga ADC bekerja pada mode free running dan tidak ada interupsi yang akan

dihasilkan. Detail nilai ADTS [2..0] dapat dilihat pada Tabel 2.7. Untuk operasi

ADC, bit ACME, PUD, PSR2, dan PSR10 tidak diaktifkan.


Tabel 2.7 Pemilihan Sumber Picu ADC

ADTS [2..0] Sumber picu

000 Mode free running

001 Komparator analog

010 Interupsi eksternal

011 Timer / Counter0 Compare Match

100 Timer / Counter0 Overflow

101 Timer / Counter0 Compare Match B

110 Timer / Counter1 Overflow

111 Timer / Counter1 Capture Event

Gambar 2.18 Register SFIOR [4]

Dalam proses pembacaan hasil konversi ADC, dilakukan pengecekan

terhadap bit ADIF (ADC Interupt Flag) pada register ADCSRA. ADIF akan

bernilai satu jika konversi sebuah saluran ADC telah selesai dilakukan dan data

hasil konversi siap untuk diambil dan demikian sebaliknya. Data disimpan dalam

dua buah register, yaitu ADCH dan ADCL. Pada ATMega32 terdapat dua buah

cara operasi, yaitu mode single conversion dan mode free running. Mode free

running hanya memerlukan satu kali konversi saja, sedangkan pada mode single

conversion setiap konversi dimulai dengan menyeting bit ADCSC. Mode single


conversion biasanya digunakan apabila akan memakai banyak kanal pada ADC.

Timing diagram ADC mode single conversion dan mode free running dapat dilihat

pada Gambar 2.12 dan Gambar 2.13.

Gambar 2.19 Timing diagram ADC dengan mode single cenversion [4]

Gambar 2.20 Timing diagram ADC dengan mode free running [4]

2.1.5 Fasilitas Timer

Pada mikrokontroller ATMega 32 terdapat 3 buah timer, yaitu timer 0, timer

1,dan timer 2. Timer 0 dan timer 2 memiliki kapasitas 8 bit, sedangkan untuk timer

1 memiliki kapasitas 16 bit. Timer didefiniskan sebagai sebuah timer/counter yang

mempunyai kapasitas cacahan tertentu baik melalui pulsa/clock irternal maupun

eksternal yang dilangkapi prescaler sumber pulsa.

Fungsi dari timer itu sendiri bermacam-macam, yaitu :


1. timer/counter biasa.

2. clear timer on compare match

3. counter pulsa eksternal

4. capture unit (menangkap triger dari luar)

5. generator frekuensi biasa

6. generator frekuensi PWM

Untuk timer 1 mode operasi yang dapat digunakan adalah :

1. mode normal (overflow, compare match, input capture)

2. mode CTC (clear timer on compare match)

3. mode fast PWM

4. mode phase correct PWM

5. mode phase and frequency correct PWM

Mode phase correct PWM biasa digunakan untuk input pensaklaran (switching)

atau juga penggerak motor. Dengan mode tersebut sinyal PWM dapat diatur

dengan mudah dury cycle nya. Dan tingkat kepresisiannya pun lebih akurat. Pada

mode ini register TCNT1 (register pencacah) menggunakan dual slope, sehingga

dapat mencacah naik dan mencacah turun . Frekuensi mode ini ditentukan dengan

rumus berikut.

TopNfclkf

2

...................... (2.12)


BAB III

PERANCANGAN SISTEM

Pada bab ini dibahas tentang perancangan sistem MPPT, Inverter 1 phasa dan

Battery Charge Controller. Rincian masing-masing kegiatan pada diagram alir

diatas akan dijelaskan pada sub bab berikutnya. Untuk menjelaskan konsep

rancangan sistem MPPT yang dilengkapi dengan inverter dan battery charge

controller ini secara diagram fungsional seperti pada gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram sistem MPPT

Pada bagian yang pertama terdapat panel surya yang berfungsi menghasilkan

energi listrik dari sinar matahari yang di serap. Output dari panel surya tersebut


akan menghasilkan tegangan dan arus yang berubah-ubah tergantung dengan

kondisi suhu, dan intensitas radiasi matahari (irradiance). Pada penelitian ini

intensitas radiasi matahari diabaikan. Luaran dari sel surya masuk ke analog

selector, fungsi selector adalah untuk memilih apakah sistem menggunakan MPPT

atau tanpa MPPT. Bagian MPPT terdiri atas sensor arus, sensor tegangan,

mikrokontroler dan buck converter. Mikrokontroler pada MPPT berfungsi

mengukur daya yang keluar dari solar cell dan mengatur sinyal trigger buck

converter menggunakan metode hill climbing agar daya luaran dari solar cell

mengeluarkan daya maksimal.

Luaran daya dari solar cell baik yang melalui MPPT atau tidak selanjutnya

masuk ke bagian charge controller. Charge controller akan mendiagnosa kondisi

baterei apakah masih bagus atau tidak dan apakah sudah penuh atau belum. Luaran

charge controller masuk ke baterei dan inverter. Inverter berfungsi mengubah

tegangan DC menjadi AC dengan tegangan 220V. Luaran inverter selanjutnya

masuk ke beban misalnya lampu dan motor listrik.

9) Perancangan Perangkat Keras

3.1.1 Perancangan MPPT

3.1.1.a Sensor Arus dan Tegangan

Sistem MPPT ini terdiri atas 3 bagian utama yaitu sensor arus dan tegangan,

sistem mikrokontroler dan sistem DC to DC Converter. Sensor arus dan tegangan

berfungsi mengukur besarnya arus dan tegangan output solar cell, dengan

diketahui arus dan tegangan output solar cell maka daya luaran nya bisa dihitung.


Sensor arus yang digunakan pada sistem ini adalah ACS 712-05 yang dapat

membaca nilai arus hingga 5 Ampere. Output dari sensor arus ini berupa tegangan

yang proporsional dengan nilai arus input yang dibaca. ACS 712-05 memiliki

spesifikasi teknis seperti berikut:

- 5 μs output rise time

- Resistansi konduktor internal 1.2 mΩ

- Isolasi Tegangan antara Pin 1-4 ke Pin 5-8 maks 2.1 kVRMS

- Input VCC 5 Volt

- Sensitivitas output 66 to 185 mV/A

- Tegangan output proposional untuk arus AC ataupun DC

- Offset Tegangan Output sangat stabil

Adapun rangkaian sensor arus menggunakan ACS 712 seperti pada gambar 3.2

Gambar 3.2 Skematik Sensor Arus dengan ICACS712


Dengan ACS712 tidak diperlukan lagi peran current transformer, sehingga

rangkaian sensor arus menjadi lebih sederhana dan lebih akurat. Bagian sensing

dan output dari sensor ini terpisah, sehingga arus besar yang lewat sama sekali

tidak membahayakan bagian output yang tersambung ke instrumentasi dan

mikrokontroller. Luaran sensor beroperasi 2.5V hingga 5 V pada arus positif,

sehingga sinyal dari sensor perlu dikuatkan terlebi dahulu sehingga memiliki

luaran antara 0V hingga 5 Volt. Rangkaian yang digunakan adalah differential

amplifier dengan masukan inverting berupa tegangan referensi sebesar 2,5 Volt

sedangkan masukan non inverting dari luaran sensor ACS 712. Skematik

rangkaian differential amplifier terlihat seperti pada gambar 3.3.

Gambar 3.3 Rangkaian Differential Amplifier

Dari rangkaian tersebut sinyal output memiliki persamaan:

Vout= 8.2 (V1-2.5) .................................................................................... (3.1)

Sensor tegangan pada penelitian ini digunakan untuk mengukur tegangan

output solar cell. Rangkaian yang digunakan adalah pembagi tegangan (voltage

divider) yang dilengkapi dengan penguat penyangga agar outputnya lebih stabil.

Tegangan DC dari panel surya diturunkan dulu menggunakan pembagi tegangan


agar bisa dibaca oleh ADC pada mikrokontroler. Rangkaian pembagi tegangan dan

penguat penyangga seperti pada gambar 3.4.

Gambar 3.4 Desain rangkaian sensor tegangan

Tegangan output sensor tegangan dirumuskan:

....................................................... ( 3.2)

3.1.1.b Buck Converter

DC to DC Converter dirancang dalam konfigurasi buck converter yaitu

menurunkan tegangan input. Alasan pemilihan konfigurasi ini karena solar panel

disusun seri sehingga luarannya cenderung tinggi, sedangkan keperluan beban

berupa charge controller. Skematik rangkaian buck kotroler seperti pada gambar

3.5.


Gambar 3.5 Desain rangkaian Buck Converter

Dari rangkaian buck converter tersebut arus yang masuk ke transformator

step down dikontrol menggunakan empat buah solid state switch berupa transistor

mosfet. Tipe Mosfet yang digunakan adalah IRF510, dimana kedua mosfet

memiliki kemampuan tegangan kerja hingga 100V dan arus 5,6 Ampere. Jembatan

mosfet berfungsi mengubah output solar cel yang berupa tegangan DC menjadi

tegangan AC, karena transformator hanya dapat bekerja pada tegangan AC.

Bentuk tegangan pada terminal primer transformator seperti pada gambar 3.6.

Gambar 3.6 Tegangan pada terminal Drain Mosfet


Jembatan mosfet dikontrol oleh mikrokontroler dengan sinyal kontrolnya

berupa sinyal PWM. Perubahan lebar pulsa high akan mempengaruhi besanya daya

yang ditransfer dari kumparan primer ke sekunder. Untuk mengisolasi antara

mikrokontroler dengan rangkaian jembatan transistor digunakanlah optoisolator.

Optoisolator ini akan memisahkan antara ground buck converter dengan ground

mikrokontroler. Rasio Output dari DC to DC Converter bergantung pada seberapa

besar duty cycle dari sinyal PWM. Mikrokontroller mengontrol DC to DC

Converter dengan cara menghasilkan sinyal PWM yang men-swith MOSFET pada

frekuensi 45.000 kHz. Duty cycle PWM selalu dimonitor dan dikontrol oleh

mikrokontroller, dan tidak pernah dibiarkan untuk 100% agar rangkaian pembesar

tegangan (D3 dan C2) dapat selalu bekerja. D1 adalah ultrafast Dioda yang yang

akan selalu bekerja untuk meneruskan arus. Hal ini akan membuat Converter ini

lebih efisien. L1 adalah adalah Induktor utama yang berfungsi untuk menyimpan

arus hasil switching serta C1 yang berfungsi untuk memfilter output tegangan.

Berdasarkan pada persamaan 2.8, 2.10 dan 2.12 dirancang Buck Converter

dengan desain seperti Tabel 3.3.

Tabel 3.3 Parameter Perancangan Buck Converter

Parameter Nilai

Vin Min 10V

Vin Maks 20V

Vout 12V

I Maks 3.25

Frekuensi PWM 45kHz


0.4A

0.336V

Nilai L, C diatas merupakan nilai minimum yang diminta untuk pembuatan

Buck Converter, sehingga dipilih L=350uH dan C=4.7uF.

3.1.1.c Sistem Mikrokontroler

Mikrokontroler berfungsi untuk mengakuisisi sensor tegangan dan arus output

solar cel serta mengontrol sinyal trigger untuk buck converter. Pada sistem ini

menggunakan mikrokontroler tipe ATMEGA32. Adapun skematik rangkaian

sistem mikrokontroler seperti pada gambar 3.7.


Gambar 3.7 Skematik sistem mikrokontroler.

Output sensor arus dan sensor tegangan masing – masing terhubung dengan

PORTA.0 dan PORTA.1, PORTA merupakan I/O mikrokontroler yang

dimultiplek dengan ADC 10 bit dimana resolusinya 4 mV/bit. Input sinyal buck

converter terhubung dengan PORTD.5, dimana PORTD.5 merupakan I/O yang

multiplek dengan generator PWM independen didalam mikrokontroler. Pada

penelitian ini PORTD.5 diprogram untuk membangkitkan sinyal PWM dengan

frekuensi 45 kHz. Hardware hasil implementasi perancangan MPPT terlihat seperti

pada gambar 3.8.


Gambar 3.8 Foto Hardware MPPT yang telah dibuat.

Untuk berkomunikasi dengan komputer, mikrokontroler menggunakan jalur

TX dan RX pada sistem USART yaitu di PORTD.1 dan PORTD.0. Komunikasi

antara mikrokontroler dengan komputer menggunakan standart komunikasi

RS232. Oleh karenanya TX dan RX mikrokontroler terhubung dengan IC

MAX232 sebagai konverter tegangan dan output IC MAX232. Adapun skematik

rangkaian konverter tegangan digital ke standart RS232 seperti pada gambar 3.9.

Gambar 3.9 Skematik rangkaian konverter digital ke RS232.


10) Perancangan Perangkat Lunak

Perangkat lunak (software) merupakan algoritma pengontrolan yang

hasilnya dimasukkan ke dalam mikrokontroler ATMEGA32. MPPT pada

penelitian ini menggunakan metode Hill climbing. Algoritma Hill climbing

tersebut secara diagram flow chart seperti pada gambar 3.10.

Gambar 3.10 Flow Chart metode hill climbing.

Dari flow chart Metode hill climbing pada gambar 3.10 langkah-langkah yang

dilakukan adalah:


1. Mengukur tegangan output dan arus output PV

2. Menghitung daya output PV

3. Membandingkan daya hasil perhitungan sekarang dengan daya sebelumnya.

4. Jika daya sekarang lebih besar dari sebelumnya maka bandingkan output

tegangan sekarang dengan sebelumnya.

a. Jika tegangan sekarang lebih besar dari sebelumnya maka PWM dinaikkan

b. Jika tegangan sekarang lebih kecil dari sebelumnya maka PWM diturunkan

5. Jika daya sekarang lebih kecil dari sebelumnya maka bandingkan output

tegangan sekarang dengan sebelumnya.

a. Jika tegangan sekarang lebih besar dari sebelumnya maka PWM diturunkan.

b. Jika tegangan sekarang lebih kecil dari sebelumnya maka PWM dinaikkan.

Algoritma tersebut diimplementasi dalam bahasa basic dan setelah dicompile di

downloadkan ke mikrokontroler. Foto hasil implementasi rancangan hardware

MPPT terlihat seperti pada gambar 3.11.a,b dan c.

(a) (b)

Gambar 3.11. a) Foto tampilan depan hasil implementasi MPPT, b) Foto Hardware Elektronik MPPT, charge controller dan Inverter.


BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISA

Pengujian dan analisa dilakukan secara keseluruhan untuk mengetahui kinerja

sistem yang telah dibangun. Adapun prosedur pengujian ini meliputi pengujian

Panel Surya yang merupakan Input dari sistem, pengujian pengujian sensor arus,

sensor tegangan, pengujian MPPT, pengujian charge controller dan pengujian

Inverter. Setelah dilakukan pengujian-pengujian subsistem selanjutnya dilakukan

pengujian sistem secara menyeluruh yaitu pengujian sistem dengan MPPT dan

pengujian sistem tanpa MPPT.

4.1 Pengujian Panel Surya

Pengambilan data yang dilakukan pertama kali adalah data spesifikasi dari

panel surya yang digunakan pada waktu penelitian. Kemudian dilanjutkan dengan

pengambilan data arus dan tegangan panel surya untuk mendapatkan kurva

karakteristik I-V dan P-V. Adapun spesifikasi panel surya yang digunakan pada

pengujian ini dapat dilihat pada tabel 4.1.

Tabel 4.1 Data spesifikasi panel surya

Model eS50236-PCM

Maximum Power 50 Wp

Short Circuit Current 3.25 A

Maximum Power Current 2.91 A

Open Circuit Voltage 21.75 V


Nominal Voltage 17.24 V

FF 0.71

Pada pengambilan data arus dan tegangan, panel surya dihubungkan dengan

beban resistor variabel. Kemudian diukur menggunakan voltmeter dan ampermeter

untuk mendapatkan nilai arus dan tegangan dari panel surya. Pengambilan data

arus dan tegangan dilakukan pada suhu 360C. Pada setiap pengambilan data arus

dan tegangan, dilakukan juga pengukuran arus hubung singkat dan tegangan

rangkaian terbuka. Adapun cara pengukuran sel surya diilustrasikan pada gambar

4.1 dengan hasil yang dapat dilihat pada tabel 4.2.

Gambar 4.1 Ilustrasi Pengujian Panel Surya

Tabel 4.2 Hasil Pengukuran I , V, dan P pada Panel Surya

T = 36°C , Isc=2.31A, Voc = 16.97V

I1(A) V1(V) P1(W)

2.27 1.42 3.23


2.25 2.72 6.13

2.23 4.34 9.68

2.23 4.51 10.05

2.22 5.95 13.21

2.22 9.04 20.06

2.12 10.21 21.67

2.04 11.12 22.69

1.99 11.67 23.20

1.88 12.29 23.13

1.79 12.73 22.72

1.70 12.84 21.82

1.62 13.27 21.50

1.51 13.60 20.54

1.42 13.84 19.65

1.34 14.22 19.05

1.22 14.34 17.53

1.12 14.67 16.43

1.05 14.70 15.44

1.01 14.70 14.85

0.94 14.80 13.91

0.90 14.90 13.41

0.85 14.90 12.66

0.81 14.91 12.07

0.73 14.93 10.90


Kemudian kurva karakteristik I-V (Gambar 4.2) dan P-V (Gambar 4.3)

dibuat berdasarkan data arus dan tegangan yang diperoleh sesuai dengan tabel 4.2.

Gambar 4.2 Kurva karakteristik I-V panel surya pada suhu 360C.

Gambar 4.3 Kurva karakteristik P-V panel surya pada suhu 360C

Pembuatan kurva karakteristik I-V dan P-V merupakan kegiatan yang

bertujuan untuk mendapatkan titik tegangan dan arus dimana daya maksimal


(MPP) dari panel surya dihasilkan. Pada gambar 4.3 dapat dilihat bahwa rata-rata

daya mencapai maksimal pada tegangan ±12V.

4.2 Pengujian Sensor

4.2.1 Pengujian Sensor Arus

Pada pengujian sensor arus, sensor diberi sumber arus input dari DC power

supply dengan nilai tegangan berubah-ubah dan resistansi yang tetap (sesuai

gambar 4.4). input arus pada sensor disesuaikan antara 0A hingga 3.2A, sebagai

simulasi dari arus input panel surya.

Pengujian ini meliputi pengujian output dari sensor ACS712, pengujian

instrumentasi yang dibuat yaitu differensial amplifier dan inverting amplifier.

Kemudian data-data hasil pengujian dibandingkan dengan data hasil perhitungan.

Hasil dari pengujian pada sensor arus ini dapat dilihat pada tabel 4.3 dan gambar

4.4.

Gambar 4.4 Pengujian Sensor Arus

Tabel 4.3 Hasil Output rangkaian sensor ACS712

Arus Input (A)

Output Sensor (V)

Output amplifier (V)

Error (%)

0 2.46 0 0


0.2 2.497 0.32 0

0.4 2.534 0.64 0

0.6 2.57 0.97 1.67

0.8 2.605 1.31 2.5

1 2.642 1.63 2

1.2 2.68 1.88 1.67

1.4 2.715 2.20 1.43

1.6 2.751 2.57 0.625

1.8 2.788 2.85 0.556

2 2.825 3.21 0.5

2.2 2.86 3.54 0.91

2.4 2.9 3.84 0.42

2.6 2.936 4.18 0.77

2.8 2.972 4.50 0.71

3 3 4.80 0.33

3.2 3.04 5.07 0.63

Gambar 4.5 Kurva output rangkaian sensor Arus ACS712

Pada pengujian sensor arus ini didapatkan rata-rata Error sebesar 0.86%


4.2.2 Pengujian Sensor Tegangan

Pada pengujian sensor tegangan diberi tegangan input dari DC power supply

dengan nilai tegangan berubah-ubah (sesuai gambar 4.6) sehingga mendapat nilai

tegangan yang disesuaikan menyerupai tegangan output dari panel surya yaitu dari

0 V hingga 25 V.

Gambar 4.6 Pengujian Sensor Tegangan

Sama halnya seperti pada pengujian sensor arus. pengujian pada sensor

tegangan dilakukan dengan cara pengukuran manual dengan voltmeter pada output

sensor tegangan. Pada tabel 4.4 diperlihatkan hasil dari pengujian sensor tegangan

Tabel 4.4 Hasil Pengujian Sensor Tegangan

Input Tegangan (V)

Output Sensor (V)

Error (%)

0 0 0.00

1 0.18 0

2 0.37 5.00

3 0.57 3.33

4 0.78 0.00


5 0.96 2.00

6 1.16 1.67

7 1.35 1.43

8 1.57 0.00

9 1.76 0.00

10 1.96 0.00

11 2.16 0.00

12 2.33 0.83

13 2.55 0.00

14 2.75 0.00

15 2.94 0.00

16 3.14 0.00

17 3.33 0.00

18 3.55 0.55

19 3.75 0.53

20 3.94 0.50

21 4.14 0.48

22 4.33 0.45

23 4.53 0.43

24 4.75 0.83


Gambar 4.7 Kurva pengujian tegangan output sensor tegangan

Pada pengujian sensor tegangan ini didapatkan rata-rata Error sebesar 0.72%

4.3 Pengujian Buck Converter

Pengujian Buck Converter bertujuan untuk mencari karakteristik dan efesiensi

buck converter tersebut. Pengujian ini dilakukan dengan memberikan sinyal PWM

pada input trigger di buck converter, selanjutnya diukur besarnya arus dan

tegangan yang masuk dan keluar buck converter. Duty cycle sinyal PWM diatur

mulai 20% hingga 90%. Simulasi beban menggunakan resistor sebesar 10 Ohm

dengan daya 640 watt. Ilustrasi pengujian seperti pada gambar 4.8 dan hasil

pengujian ditampilkan pada tabel 4.5.

.

Gambar 4.8 Skema pengujian Buck Converter beban tetap


Adapun hasil dari pengujian Buck Converter dapat dilihat pada tabel 4.5.

Tabel 4.5 Hasil Pengujian Buck Converter beban R=10 Ω

D (%)

Vi (V)

Ii (A)

Pi(W)

Vo (V)

Io (A)

Po (W)

Efisiensi (%)

20 10 0.02 0.2 1 0.1 0.12 60

30 10 0.06 0.6 2 0.2 0.4 66.67

40 10 0.11 1.1 3.1 0.32 0.99 90.18

50 10 0.18 1.8 4.1 0.41 1.68 93.39

60 10 0.27 2.7 5 0.51 2.55 94.44

70 10 0.38 3.8 6 0.61 3.66 96.31

80 10 0.5 5 7 0.7 4.9 98

90 10 0.65 6.5 8.1 0.8 6.48 99.69

20 20 0.06 1.2 2.8 0.26 0.73 60.66

30 20 0.14 2.8 4.7 0.43 2.021 72.17

40 20 0.24 4.8 6.6 0.61 4.02 83.87

50 20 0.39 7.8 8.7 0.79 6.87 88.11

60 20 0.57 11.4 10.6 0.97 10.28 90.19

70 20 0.79 15.8 12.5 1.15 14.37 90.98

80 20 1.03 20.6 14.5 1.32 19.14 92.91

90 20 1.31 26.2 16.2 1.5 24.3 92.74

Jika data tersebut ditampilkan dalam grafik seperti pada gambar 4.9.


Gambar 4.9 Pengujian tegangan keluaran buck converter terhadap duty cycle

PWM.

Gambar 4.10 Pengujian efisiensi buck converter terhadap duty cycle PWM.

Dari data pengujian diatas dapat dilihat bahwa DC to DC Converter

mempunyai rata-rata efisiensi yang cukup baik yaitu 85.65% adapun rugi-rugi

yang terjadi disebabkan utamanya oleh rugi-rugi pensaklaran pada MOSFET, serta

adanya disipasi daya pada masing komponen.


Gambar 4.11 Kurva kenaikan efisiensi panel surya pada setiap nilai beban


BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

1. Penggunaan sistem Maximum Power Point Traking (MPPT) metode Hill

Climbing pada Buck Converter pada sistem panel surya dapat memaksa

panel surya menghasilkan daya keluaran yang maksimum

2. Dari hasil pengujian pada Buck Converter yang terhubung pada panel

surya dapat memaksimalkan sistem bekerja pada setiap level illuminasi

dengan efisiensi rata-rata sebesar 85.65%

3. Desain kapasitas baterai pada perancangan ini erat hubunganya dengan

beban yang digunakan, semakin besar kapasitas baterai yang diperlukan

untuk melayani beban

5.2 SARAN

1. Penelitian ini dapat dilanjutkan dengan menerapkan pada peralatan-

peralatan yang ada di bandar udara untuk mendapatkan hasil yang

maksimal.

2. Untuk meningkatkan efisiensi MPPT pada Buck Converter, diharapkan

rugi-rugi yang diakibatkan oleh pensaklaran MOSFET dan disipasi daya

pada komponen dapat diminimalkan.


3. Dengan menggunakan metode lain, diharapkan dapat menghasilkan hasil

yang lebih baik pada penggunaan panel surya di masa yang akan datang.


DAFTAR PUSTAKA

Roger A. Messeger and Jerry Ventre, “ Photovoltaic System Engineering”

2nd Edition, CRC PRESS, Washington DC, 2004

Peftitsis D., Adamidis G., Balouktsis A., “A New MPPT Method for

Photovoltaic Generation Systems Based on Hill Climbing

Algoritm” IEEE on Electrical Machines, 2008

Rashid, M.H, “Power Electronics Handbook”, Academic Press. Canada,

2001

2. bab i-v.doc

Documents