2. BAB I-V.doc
-
Upload
suhanto-tuban -
Category
Documents
-
view
157 -
download
0
Transcript of 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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 2 | P a g e
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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 3 | P a g e
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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 4 | P a g e
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:
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 5 | P a g e
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.
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 6 | P a g e
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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 7 | P a g e
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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 8 | P a g e
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.
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 9 | P a g e
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)
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 10 | P a g e
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]
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 11 | P a g e
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.
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 12 | P a g e
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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 13 | P a g e
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)
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 14 | P a g e
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,
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 15 | P a g e
.................................. (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)
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 16 | P a g e
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.
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 17 | P a g e
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.
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 18 | P a g e
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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 19 | P a g e
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.
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 20 | P a g e
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.
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 21 | P a g e
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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 22 | P a g e
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.
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 23 | P a g e
Pin Port Fungsi Alternatif
PA7 ADC 7 (ADC masukan kanal 7)
PA6 ADC 6 (ADC masukan kanal 6)
PA5 ADC 5 (ADC masukan kanal 5)
PA4 ADC 4 (ADC masukan kanal 4)
PA3 ADC 3 (ADC masukan kanal 3)
PA2 ADC 2 (ADC masukan kanal 2)
PA1 ADC 1 (ADC masukan kanal 1)
PA0 ADC 0 (ADC masukan kanal 0)
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.
Pin Port Fungsi Alternatif
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)
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 24 | P a g e
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.
Pin Port Fungsi Alternatif
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
Pin Port Fungsi Alternatif
PD7 OC2(Timer/Counter2 Output Compare Match Output)
PD6 ICP1(Timer/Counter1 Input Capture Pin)
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 25 | P a g e
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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 26 | P a g e
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.
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 27 | P a g e
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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 28 | P a g e
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.
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 29 | P a g e
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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 30 | P a g e
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 :
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 31 | P a g e
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)
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 32 | P a g e
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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 33 | P a g e
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.
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 34 | P a g e
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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 35 | P a g e
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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 36 | P a g e
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.
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 37 | P a g e
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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 38 | P a g e
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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 39 | P a g e
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.
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 40 | P a g e
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.
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 41 | P a g e
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.
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 42 | P a g e
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:
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 43 | P a g e
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.
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 44 | P a g e
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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 45 | P a g e
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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 46 | P a g e
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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 47 | P a g e
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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 48 | P a g e
(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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 49 | P a g e
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%
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 50 | P a g e
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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 51 | P a g e
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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 52 | P a g e
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
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 53 | P a g e
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.
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 54 | P a g e
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.
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 55 | P a g e
Gambar 4.11 Kurva kenaikan efisiensi panel surya pada setiap nilai beban
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 56 | P a g e
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.
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 57 | P a g e
3. Dengan menggunakan metode lain, diharapkan dapat menghasilkan hasil
yang lebih baik pada penggunaan panel surya di masa yang akan datang.
Penelitian Ilmiah Jurusan Teknik Penerbangan 2013 58 | P a g e
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