Page | 1

BAB I

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Permintaan energi dunia terus meningkat sepanjang sejarah peradaban umat manusia.

Proyeksi permintaan energi pada tahun 2050 hampir mencapai tiga kali lipat dari

permintaan di tahun 2012. Tampaknya masalah energi akan tetap menjadi topik yang

harus dicarikan solusinya bersama. Usaha-usaha untuk mendapatkan energi alternatif telah

lama dilakukan untuk mengurangi ketergantungan terhadap sumber daya minyak bumi.

Pemanfaatan minyak bumi diperkirakan akan habis dalam waktu yang tidak lama jika pola

pemakaian seperti sekarang ini yang justru semakin meningkat dengan meningkatnya

industri maupun transportasi. Selain itu dari berbagai penelitian telah didapat gambaran

bahwa kualitas udara telah semakin mengkawatirkan akibat pembakaran minyak bumi.

Dalam menanggapi krisis energi yang terjadi, pemerintah mengupayakan berbagai

cara untuk mengembangkan berbagai energi alternatif. Sebagaimana kita ketahui,

Indonesia berada pada daerah khatulistiwa dan akan selalu disinari matahari selama 10 –

12 jam dalam sehari. Maka potensi untuk mengembangkan energi surya sangatlah besar.

Total intensitas penyinaran rata-rata 4,5 kWh per meter persegi perhari, matahari bersinar

berkisar 2000 jam per tahun, sehingga tergolong kaya sumber energi matahari. Data

Ditjen Listrik dan Pengembangan Energi pada tahun 1997, kapasitas terpasang listrik

tenaga surya di Indonesia mencapai 0,88 MW dari potensi yang tersedia 1,2 x 109 MW.

Dengan potensi yang cukup besar tersebut diharapkan energi surya ini dapat membantu

dalam memenuhi kebutuhan energi bangsa ini dan juga mengurangi ketergantungan kita

terhadap pemakaian energi fosil.

Melalui panel surya maka energi matahari dapat diubah secara langsung menjadi

energi listrik dalam bentuk tegangan/arus searah (DC). Di Indonesia, panel surya

banyakdimanfaatkan untuk menyediakan energi listrik secara mandiri di daerah yang

belum terjangkau oleh kelistrikan PLN. Sedangkan di daerah di mana tersedia energi

listrik PLN, panel surya dapat digabungkan melalui PV-Grid Connected System. Salah

satu kendala dalam pemanfaatan energy matahari yaitu karena energy matahri tidak selalu

emberi penyinaran yang sama setia saat terkadang intensitas rendah maupun penyinaran

dengan intensitas tinggi. Hal tersebut membuat proses pengisian battery menjadi tidak

maksimal . Oleh karena itu dibuat sebuah rangkaian yang mampu mencari titik maksimum

Page | 2

power point dari solar sel yang digunakan agar tegangan keluaran untuk pengecasan

konstan. Sebagai implementasi MPPT digunakan tipe buck-boost converter.

2. Rumusan Masalah

Teori maksimum power point merupakan suatu keadaan dimana proses penjajakan

energi matahari yang diterima oleh sel surya dicari titik maksimum daya yang dihasilkan

setia saat. Maksimum power point itulah yang akan di tracking oleh rangkaian MPPT itu

sendiri. Sebagai implementasi MPPT digunakan tipe buck-boost converter dan beberapa

metode. Pada makalah ini akan di bahas MPPT dengan metode boost converter.

3. Tujuan Penulisan

Tujuan penulisan yaitu untuk merancang dan membuat rangkaian kontrol panel surya

dalam melakukan pengecasan baterai, dengan menggunakan converter dc-dc dengan

sistem boost converter yang dapat menghasilkan tegangan maksimal atau sama dengan

tegangan keluaran sel surya. Nilai tegangan keluaran dapat diatur dengan menggunakan

rangkaian pembangkit pulsa (PWM) menggunakan IC NE555P sebagai pengendali

pengsaklaran boost converter. Pada akhirnya, diharapkan rangkaian boost converter akan

dapat dijadikan sebagai sebuah DC Power Supply dengan faktor daya dan efisiensi yang

baik.

Page | 3

BAB II

LANDASAN TEORI

1. MPPT (Maximum Power Point Tracker)

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. Perlu diperhatikan, MPPT bukanlah sebuah sistem

tracking mekanik yang digunakan untuk mengubah posisi modul terhadap posisi matahari

sehingga mendapatkan energi maksimum matahari. MPPT benar-benar 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. Pada

gambar 2.4 dan 2.5 diperlihatkan efek pembebanan

Gambar 1.1 Pengaruh pembebanan pada kurva VI panel surya

Gambar 1.2 Karakteristik P dan V pada panel surya

Page | 4

Di sebelah kiri dari MPP perubahan daya terhadap perubahan tegangan dP/dV>0,

sementara di sebelah kanan, dP/dV <0 (lihat gambar 2.4). Pada gambar 2.5, jika tegangan

kerja sel surya diganggu (perturbed) dan berada pada dP/dV>0, hal tersebut diketahui

bahwa penggangguan (perturbation) dilakukan untuk memindahkan tegangan kerja sel

surya maju ke arah MPP. Jika dP/dV<0, kemudian perubahan titik kerja mengarahkan sel

surya jauh dari MPP, maka algoritma P&O membalik arah penggangguan.

2. Boost Converter

Boost Converter adalah converter DC – DC yang menghasilkan tegangan keluaran

DC yang lebih tinggi dari tengangan masukan DC nya.

3. IC (IC 555)

IC pewaktu 555 adalah sebuah IC yang digunakan untuk berbagai keperluan pewaktu

an. IC ini di desain dan diciptakan oleh Hans R. Camenzid pada tahun 1970 oleh signetics.

Nama aslinya adalah SE555/NE555 dan dijuluki “The IC Time Machine”.IC 555 juga

merupakan suatu IC yang biasa digunakan sebagai pembangkit pulsa atau gelombang

kotak.Aplikasi yang paling populer adalah rangkaian pewaktu osilator astable. Didalam

rangkaian ini utamanya adalah komponen komparator dan flip-flop yang direalisasikan

dengan banyak transistor.pada astable sesuai dengan namanya yaitu astable yang artinya

tidak stabil karena rangkaian ini tidak memiliki keadaan output yang stabil atau berubah-

ubah. dari keadaan tersebut dapat dimanfaatkan untuk beberapa aplikasi dalam rangkaian

kendali. keadaan ini diperoleh dari pengisian dan pengosongan kapasitor.

Page | 5

Gambar 4. IC555

Berikut adalah penjelasan dari tiap kaki pada IC555:

1. Ground = Ground (0 volt)

2. TR = Trigger (penyulut), pulsa negative pendek pada pin ini menyulut

pewaktuan.

3. Q = Output (keluaran), selama pewaktuan keluaran berada pada +Vcc

4. R = Reset, interval pewaktuan dapat disela dengan memberikan pulsa

reset 0V

5. CV = Control Voltage memungkinkan untuk mengakses pembagi tegangan

internal q(2/3 Vcc)

6. THR = Threshold, menetukan akhir pewaktuan (Pewaktuan berakhir Vthr ,

2/3 Vcc)

7. DIS = Discharge, disambungkan ke kondensator, dan waktu pembuangan

muatan kondensator menentukan interval pewaktuan.

8. V+ = Positif supply voltage tegangan catu positif yang harus di antara 3-15

V.

4. Induktor

Sebuah induktor atau reaktor adalah sebuah komponen elektronika pasif (kebanyakan

berbentuk torus) yang dapat menyimpan energi pada medan magnet yang ditimbulkan

oleh arus listrik yang melintasinya. Kemampuan induktor untuk menyimpan energi

magnet ditentukan oleh induktansinya, dalam satuan Henry. Biasanya sebuah induktor

adalah sebuah kawat penghantar yang dibentuk menjadi kumparan, lilitan membantu

membuat medan magnet yang kuat di dalam kumparan dikarenakan hukum induksi

Faraday. Induktor adalah salah satu komponen elektronik dasar yang digunakan dalam

rangkaian yang arus dan tegangannya berubah-ubah dikarenakan kemampuan induktor

untuk memproses arus bolak-balik.

Sebuah induktor ideal memiliki induktansi, tetapi tanpa resistansi atau kapasitansi,

dan tidak memboroskan daya. Sebuah induktor pada kenyataanya merupakan gabungan

dari induktansi, beberapa resistansi karena resistivitas kawat, dan beberapa kapasitansi.

Pada suatu frekuensi, induktor dapat menjadi sirkuit resonansi karena kapasitas

parasitnya. Selain memboroskan daya pada resistansi kawat, induktor berinti magnet juga

Page | 6

memboroskan daya di dalam inti karena efek histeresis, dan pada arus tinggi mungkin

mengalami nonlinearitas karena penjenuhan.

Gambar 5. Induktor

5. Mosfet

Transistor efek-medan semikonduktor logam-oksida (MOSFET) adalah salah satu

jenis transistor efek medan. Prinsip dasar perangkat ini pertama kali diusulkan

oleh Julius Edgar Lilienfeld pada tahun 1925 . MOSFET mencakup kanal dari

bahan semikonduktor tipe-N dan tipe-P, dan disebut NMOSFET atau PMOSFET (juga

biasa nMOS, pMOS). Ini adalah transistor yang paling umum pada sirkuit

digital maupun analog, namun transistor sambungan dwikutub pada satu waktu lebih

umum.

Gambar 6 Mosfet

Page | 7

6. Dioda

Dioda adalah merupakan jenis komponen pasif. Dioda memiliki dua kaki/kutub

yaitu kaki anoda dan kaki katoda . Dioda terbuat dari bahan semi konduktor tipe P dan

semi konduktor tipe N yang di sambungkan.

Semi konduktor tipe P berfungsi sebagai Anoda dan semi konduktor tipe N

berfungsi sebagai katoda. Pada daerah sambungan 2 jenis semi konduktor yang

berlawanan ini akan muncul daerah deplesi yang akan membentuk gaya barier.Gaya

barier ini dapat ditembus dengan tegangan + sebesar 0.7 volt yang dinamakan sebagai

break down voltage, yaitu tegangan minimum dimana dioda akan bersifat sebagai

konduktor/penghantar arus listrik.

Dioda bersifat menghantarkan arus listrik hanya pada satu arah saja, yaitu jika

kutub anoda kita hubungkan pada tegangan + dan kutub katoda kita hubungkan

dengan tegangan – (kita beri bias maju dengan tegangan yang lebih besar dari 0.7 volt)

maka akan mengalir arus listrik dari anoda ke katoda (bersifat konduktor). Jika

polaritasnya kita balik (kita beri bias mundur) maka arus yang mengalir hampir nol

atau dioda akan bersifat sebagai isulator.

Karena sifat dioda yang bekerja sebagai konduktor jika kita beri bias maju dan

bekerja sebagai isulator pada bias mundur, maka dioda sering digunakan sebagai

penyearah (rectifier) arus bolak-balik. Contoh penggunaannya adalah pada rangkaian

adaptor, DC power supply (Catu Daya DC) dsb.

Menurut bahan semi konduktor yang digunakan dalam pembuatannya, dioda ada 2

jenis yaitu :

1. Dioda silikon: Dibuat dari bahan silikon.

2. Dioda germanium: Dibuat dari bahan germanium.

Jenis-jenis dioda dan penggunaannya :

- Dioda silikon: Banyak digunakan pada peralatan catu daya sebagai penyearah

arus, pengaman tegangan kejut dsb. Contoh : 1N4001, 1N4007, 1N5404 dsb.

- Dioda zener: Digunakan untuk membatasi/mengatur tegangan. Contoh : zener

6.2 volt, zener 3.2 volt dsb.

Page | 8

- Dioda Bridge: 4 buah dioda yang dirangkai menjadi rangkaian jembatan/bridge.

Banyak digunakan pada rangkaian catu daya sebagai penyearah gelombang penuh

(full wave rectifier). Contoh : B40C800, kiprox pada kendaraan bermotor dsb.

Dalam pemasangannya dioda harus terpasang dengan benar, tidak boleh terbalik.

Secara fisik kaki katoda ( K ) adalah kaki yang dekat dengan tanda gelang yang

terdapat pada body-nya. Untuk mengetahui sebuah dioda masih bagus atau sudah

rusak adalah dengan menggunakan AVO Meter. Posisikan pada Ohm meter, kasih bias

maju (tap AVO + terhubung ke katoda dan – ke anoda) –> harus tersambung (jarum

bergerak), kasih bias mundur –> harus tidak tersambung (jarum tidak bergerak). ‘Jika

dan hanya jika’ ke-dua kriteria tsb. terpenuhi semua maka dioda tsb. masih bagus,

selain itu berarti rusak (putus/bocor).

Jenis dioda yang lainnya lagi adalah LED (Light Emitting Dioda) yaitu jenis dioda

yang dapat meng-emisikan (memancarkan) cahaya. Cahaya yang dikeluarkan bisa

cahaya tampak (merah, kuning, hijau, biru, putih dsb.) ataupun infra merah. Untuk

LED cahaya tampak biasa digunakan sebagai lampu indikator pada peralatan-peralatan

elektronik atau lampu2 display,7 segment dsb., sedangkan LED infra merah biasa

digunakan pada rangkaian remote control televisi, VCD/DVD player, mouse dsb. LED

memiliki kelebihan yaitu konsumsi arus yang rendah (sekitar 50 mA) dan usia/life

time yang panjang jika digunakan pada tegangan kerja yang sesuai (sekitar 1.5 – 3 volt

DC) sehingga cocok digunakan dalam banyak penerapan. Jika tegangan yang

diberikan melebihi 3 volt, LED akan berumur pendek dan bahkan bisa langsung rusak.

Gambar 7 Dioda

Page | 9

7. Kapasitor

Pengertian Kapasitor adalah perangkat komponen elektronika yang berfungsi

untuk menyimpan muatan listrik dan terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh

bahan penyekat (dielektrik) pada tiap konduktor atau yang disebut keping. Kapasitor

biasanya disebut dengan sebutan kondensator yang merupakan komponen listrik

dibuat sedemikian rupa sehingga mampu menyimpan muatan listrik.

Prinsip kerja kapasitor pada umunya hampir sama dengan resistor yang juga

termasuk ke dalam komponen pasif. Komponen pasif adalah jenis komponen yang

bekerja tanpa memerlukan arus panjar. Kapasitor sendiri terdiri dari dua lempeng

logam (konduktor) yang dipisahkan oleh bahan penyekat (isolator). Penyekat atau

isolator banyak disebut sebagai bahan zat dielektrik.

Gambar 7 Kapasitor

Zat dielektrik yang digunakan untuk menyekat kedua komponen tersebut berguna

untuk membedakan jenis-jenis kapasitor. Di dunia ini terdapat beberapa kapasitor

yang menggunakan bahan dielektrik, antara lain kertas, mika, plastik cairan dan masih

banyak lagi bahan dielektrik lainnya. Dalam rangkaian elektronika, kapasitor sangat

Page | 10

diperlukan terutama untuk mencegah loncatan bunga api listrik pada rangkaian yang

mengandung kumparan. Selain itu, kapasitor juga dapat menyimpan muatan atau

energi listrik dalam rangkaian, dapat memilih panjang gelombang pada radio penerima

dan sebagai filter dalam catu daya (Power Supply).

Fungsi kapasitor dalam rangkaian elektronik sebagai penyimpan arus atau

tegangan listrik. Untuk arus DC, kapasitor dapat berfungsi sebagai isulator (penahan

arus listrik), sedangkan untuk arus AC, kapasitor berfungsi sebagai konduktor

(melewatkan arus listrik). Dalam penerapannya, kapasitor banyak di manfaatkan

sebagai filter atau penyaring, perata tegangan yang digunakan untuk mengubah AC ke

DC, pembangkit gelombang AC (Isolator) dan masih banyak lagi penerapan lainnya.

Jenis-Jenis Kapasitor terbagi menjadi bermacam-macam. Karena dibedakan

berdasarkan polaritasnya, bahan pembuatan dan ketetapan nilai kapasitor. Selain

memiliki jenis yang banyak, bentuk dari kapasitor juga bervariasi. Contohnya

kapasitor kertas yang besar kapasitasnya 0.1 F, kapasitor elektrolit yang besar

kapasitasnya 105 pF dan kapasitor variable yang besar kapasitasnya bisa kita rubah

hingga maksimum 500 pF.

8. Resistor

Resistor adalah komponen elektronik dua kutub yang didesain untuk mengatur

tegangan listrik dan arus listrik, dengan resistansi tertentu (tahanan) dapat

memproduksitegangan listrik di antara kedua kutubnya, nilai tegangan terhadap

resistansi berbanding dengan arus yang mengalir, berdasarkan hukum Ohm:

Resistor digunakan sebagai bagian dari rangkaian elektronik dan sirkuit

elektronik, dan merupakan salah satu komponen yang paling sering digunakan.

Resistor dapat dibuat dari bermacam-maca kompon dan film, bahkan kawat resistansi

(kawat yang dibuat dari paduan resistivitas tinggi seperti nikel-kromium).

Karakteristik utama dari resistor adalah resistansinya dan daya listrik yang dapat

dihantarkan. Karakteristik lain termasuk koefisien suhu, derau listrik (noise),

daninduktansi.

Resistor dapat diintegrasikan kedalam sirkuit hibrida dan papan sirkuit cetak,

bahkan sirkuit terpadu. Ukuran dan letak kaki bergantung pada desain sirkuit,

Page | 11

kebutuhan daya resistor harus cukup dan disesuaikan dengan kebutuhan arus

rangkaian agar tidak terbakar.

Gambar 8 Resistor

9. Trimpot

Trimpot adalah sebuah resistor variabel kecil yang biasanya digunakan pada

rangkaian elektronika sebagai alat tuning atau bisa juga sebagai re-kalibrasi. Seperti

potensio juga, Trimpot juga mempunyai 3kaki selain kesamaan tersebut sistem

kerja/cara kerjanya juga meyerupai potensio hanya saja kalau potensio mempunyai

gagang atau handle untuk memutar atau menggeser sedangkan Trimpot tidak. Lalu

bagaimana cara merubah nilai resistansi sebuah Trimpot?, jawabannya adalah dengan

cara mengetrimnya menggunakan obeng pengetriman. Dalam rangkaian elektronika

Trimpot disimbolkan dengan huruf VR.

Gambar 9 Trimpot

Page | 12

BAB III

PEMBAHASAN 1. Rangkaian IC 555

Gambar 1 Rangkaian untuk IC 555

Ketika tegangan pada kapasitor C turun sampai di bawah sepertiga VCC, ini akan

memberikan energi ke komparator 2. Antara triger (pin 2) dan pin 6 masih terhubung

bersama. Komparator 2 menyebabkan tegangan positif pada input set dari flip-flop dan

memberikan output negatif. Output (pin 3) akan berubah ke harga +VCC dan terjadi

proses pengosongan melalui (pin7). Kemudian C mulai terisi lagi ke harga VCC melalui

RA dan RB. Kapasitor C akan terisi dengan harga berkisar antara sepertiga dan duapertiga

VCC. Hal tersebut akan selalu berulang yang menyebabkan bangkitnya gelombang kotak

yang frekuensi keluaran dapat diatur oleh resistor variable 2(RV2).

Page | 13

2. Rangkaian MPPT

Gambar 3.1 Simulasi Rangkaian Sistem MPPT

Siklus kerja dari boost converter sebagai berikut,ketika switch on, induktor mendapat

tegangan dari input dan mengakibatkan adanya arus yang mengalir melewati induktor

selama periode Ton dan pada saat itu induktor akan menyimpan energi berupa fluks

magnetik, dan pada saat yang sama kapasitor akan membuang muatannya (discharge) dan

menjadi sumber tegangan dan arus ke beban. Pada saat switch off, tegangan input terputus

menyebabkan mulainya penurunan arus dan menyebabkan ujung dioda bernilai negative

dan induktor membuang energi yang tersimpan sebagai sumber ke beban sekaligus supply

kapasitor untuk melakukan pengisian (charge). Jadi pada saat switch on arus beban

disuplai oleh kapasitor, sedangkan saat switch off disuplai oleh induktor.siklus tersebut

akan terus berlangsung secara terus menerus sehingga supply dari sumber ke beban juga

bersifat kontinyu.

Page | 14

3. Hasil dari Rangkaian

Bisa dilihat dari gambar dibawah, pada gambar 3.3 adalah hasil rangkaian tanpa

menggunakan sistem MPPT. Jadi daya yang dihasilkan dari solar sel, tidak sama dengan daya

input pada baterai, sedangkan pada gambar 3.4 daya yang dihasilkan dari solar sel sama

dengan tegangan input pada baterai, sehingga rangkaian yang menggunakan MPPT dapat

memaksimalkan tegangan pada solar sel untuk di input pada baterai.

Gambar 3.3 Hasil simulasi rangkaian tanpa MPPT

Gambar 3.5 Hasil Simulasi rangkaian dengan sistem MPPT

Page | 15

BAB IV

PENUTUP

1. KESIMPULAN

Metode MPPT dengan metode Hill Climbing untuk meningkatkan daya keluaran dari

sel Surya. Sistem yang digunakan terdiri dari sel surya, konverter boost, dan

mikrokontroler.Kenaikan daya yang mampu dicapai pada beban resistor adalah 78%.

Peningkatan daya yang bisa dihasilkan bergantung pada impedansi beban. Metode ini

diharapkan dapat membantu meningkatkan daya keluaran solar sel yang sudah terpasang.

Peningkatan daya dengan algoritma ini akan menurunkan harga energi per rupiah

sehingga sel surya semakin mendekati pada harga yang bersaing dengan sumber energi

lainnya. Lebih jauh, penggunaan solar sel untuk daerah terisolir akan semakin layak.

2. SARAN

Mengingat dan mempertimbangkan akan tinggginya ekspektasi masyarakat luas

mengenai sumber energi yang efisien dan ramah lingkungan, hendaknya di Negara kita

Indonesia penggunaan energi matahari sebagai sumber energi terbarukan dimaksimalkan

terutama karena posisi geografis Indonesia yang berada pada jalur khatulistiwa sehingga

memiliki lama penyinaran matahari yang cukup lama setiap tahunnya agar kekurangan

energi listrik dapat diminamalisir.

Page | 16

DAFTAR PUSTAKA

Dwiky Alif Satria, Anizar Rizky, Novie Ayub Windarko, Suryono. “Maximum Power

Point Tracker (MPPT) untuk Panel Surya Statis Dengan Metode Hill Climbing”. Jurusan

Teknik Elektronika - Politeknik Elektronika Negeri Surabaya. 2012

Babgei Atar Fuady .” RANCANG BANGUN MAXIMUM POWER POINT TRACKER

(MPPT) PADA PANEL SURYA DENGAN MENGGUNAKAN METODE FUZZY ”.

Jurusan Teknik Elektro-FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember. 2012

http://id.wikipedia.org/wiki/MOSFET

http://id.wikipedia.org/wiki/Induktor

http://komponenelektronika.biz/pengertian-dioda.html

http://resistor777.blogspot.com/p/trimpot-trimmer-potensio.html

http://id.wikipedia.org/wiki/Sirkuit_terpadu

http://id.wikipedia.org/wiki/Resistor

http://yosmedia.blogspot.com/2009/08/mengenal-ic-timer-555.html