RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER...

86
HALAMAN JUDUL TUGAS AKHIR TF 141581 RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS RECTIFICATION BUCK CONVERTER DENGAN METODE P&O BERBASIS ARM DI PROTOTIPE PLTS TEKNIK FISIKA ITS AHMAD ARIF SAKTI NRP. 2412 100 019 Dosen Pembimbing Ir. Matradji, M.Sc. Andi Rahmadiansah, S.T., M.T. JURUSAN TEKNIK FISIKA Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2016

Transcript of RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER...

Page 1: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

 

HALAMAN JUDUL TUGAS AKHIR TF 141581

RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS RECTIFICATION BUCK CONVERTER DENGAN METODE P&O BERBASIS ARM DI PROTOTIPE PLTS TEKNIK FISIKA ITS

AHMAD ARIF SAKTI NRP. 2412 100 019

Dosen Pembimbing Ir. Matradji, M.Sc. Andi Rahmadiansah, S.T., M.T. JURUSAN TEKNIK FISIKA Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2016

Page 2: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS
Page 3: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

FINAL PROJECT TF 141581

DESIGN OF MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER WITH SYNCHRONOUS RECTIFICATION BUCK CONVERTER USING P & O METHOD BASED ON ARM MICROCONTROLLER IN ENGINEERING PHYSICS ITS SOLAR POWER PLANT PROTOTYPE

AHMAD ARIF SAKTI NRP. 2412 100 019

Supervisors Ir. Matradji, M.Sc. Andi Rahmadiansah, S.T., M.T. DEPARTMENT OF ENGINEERING PHYSICS Faculty of Industrial Technology Sepuluh Nopember Institute of Technology Surabaya 2016

Page 4: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS
Page 5: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

  

v  

RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

RECTIFICATION BUCK CONVERTER DENGAN METODE P&O BERBASIS ARM

DI PROTOTIPE PLTS TEKNIK FISIKA ITS

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

Oleh :

Ahmad Arif Sakti NRP : 2412 100 019

Surabaya, 19 Juli 2016 Mengetahui/Menyetujui

Pembimbing I,

Ir. Matradji, M.Sc. NIP. 19560720 198503 1 003

Pembimbing II,

Andi Rahmadiansah, S.T, M.T. NIP. 19790517 200312 1 002 

Ketua Jurusan Teknik Fisika FTI-ITS

Agus M. Hatta, S.T., M.S.i, Ph.D. NIP. 19780902 200312 1 002

Page 6: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

  

  

Halaman ini sengaja kosong

Page 7: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

vii   

RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

RECTIFICATION BUCK CONVERTER DENGAN METODE P&O BERBASIS ARM

DI PROTOTIPE PLTS TEKNIK FISIKA ITS

TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada

Bidang Studi Rekayasa Bahan Program Studi S-1 Jurusan Teknik Fisika

Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Oleh :

Ahmad Arif Sakti NRP. 2412 100 019

Disetujui oleh Tim Penguji Tugas Akhir :

1. Ir. Matradji, M.Sc. ......... (Pembimbing I)

2. Andi Rahmadiansah, S.T., M.T. ......... (Pembimbing II)

3. Ir. Yaumar, S.T., M.T. ......... (Penguji I)

4. Dr. Ir. Aulia Siti Aisjah, M.T. ......... (Penguji II)

5. Dyah Sawitri, S.T., M.T. ......... (Penguji III)

SURABAYA

JULI 2016

Page 8: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

  

  

Halaman ini sengaja kosong

Page 9: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

ix   

RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

RECTIFICATION BUCK CONVERTER DENGAN METODE P&O BERBASIS ARM

DI PROTOTIPE PLTS TEKNIK FISIKA ITS Nama Mahasiswa : Ahmad Arif Sakti NRP : 2412 100 019 Program Studi : S1 Teknik Fisika Jurusan : Teknik Fisika FTI-ITS Dosen Pembimbing I : Ir. Matradji, M.Sc. Dosen Pembimbing II : Andi Rahmadiansah, S.T., M.T.

ABSTRAK Telah dibuat sistem pengisian daya untuk baterai dengan algoritma MPPT. Algoritma MPPT dengan metode Petrubasi dan Observasi diprogramkan ke ARM STM32 sebagai kontroller. Konverter Synchronous Buck digunakan sebagai aktuator untuk mengatur tegangan keluaran dari panel surya. Synchronous Buck converter dipilih karena memiliki efisiensi konversi yang lebih baik daripada buck converter biasa. Dari hasil yang telah didapat dari proses pengujian, MPPT dengan metode P&O dapat meningkatkan efisiensi dari proses pengisian baterai di PLTS Teknik Fisika. Akan tetapi masih ada kekurangan pada synchronous buck converter dimana efisiensinya masih kurang dari 90% yang tentunya mengurangi efisiensi dari energi yang dapat dihasilkan oleh panel surya. Kata kunci: ARM, MPPT, P&O, Panel Surya, STM32

Page 10: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS
Page 11: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

xi 

DESIGN OF MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER WITH SYNCHRONOUS RECTIFICATION BUCK

CONVERTER USING P & O METHOD BASED ON ARM MICROCONTROLLER

IN ENGINEERING PHYSICS ITS SOLAR POWER PLANT PROTOTYPE

Name : Ahmad Arif Sakri NRP : 2410 100 019 Study Program : S1 Engineering Physics Department : Engineering Physics FTI-ITS Lecturer I : Ir. Matradji, MSc. Lecturer II : Andi Rahmadiansah, ST., MT.

ABSTRACT Has been built a system for charging a battery with MPPT

algorithm. The MPPT algorithm using Peturbation and Observation method programmed into the STM32 as a controller. Synchronous Buck converter is used as an actuator to regulate the output voltage of the solar panel. Synchronous Buck converter chosen because it has a better conversion efficiency than the usual buck converter. From the results obtained from the testing process, MPPT with P & O method can improve the efficiency of the battery charging process in PLTS Engineering Physics. However, there are still shortcomings in efficiency of synchronous buck converter which is still less than 90% which would reduce the efficiency of energy that can be generated by solar panels. Keywords: ARM, MPPT, P&O, Solar Panel, STM32

Page 12: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS
Page 13: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

xiii 

KATA PENGANTAR

Alhamdulillahirrabbilalamin, penulis ucapkan karena kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya serta shalawat dan salam kepada Nabi Muhammad SAW sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS RECTIFICATION BUCK CONVERTER DENGAN METODE P&O BERBASIS ARM DI PLTS TEKNIK FISIKA ITS”. Penulis telah banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Ibu Ina Dwi Jayanti, Bapak M. Agus Arifin, Ahmad Ilham

Rizqi yang senantiasa mendoakan penulis serta memotivasi selama penelitian ini.

2. Bapak Agus M. Hatta, ST., MSi., Ph.D., selaku Ketua Jurusan Teknik Fisika ITS dan Bapak Dr. Purwadi Agus Darwito dan Bapak Agung Budiono selaku dosen wali penulis serta yang telah sabar memberikan dukungan, bimbingan, serta ilmu yang sangat bermanfaat.

3. Ibu Ir. Matradji, MSc., dan Bapak Andi Rahmadiansah, ST., M.T., selaku dosen pembimbing yang senantiasa memberikan motivasi, bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

4. Bapak dan Ibu dosen Teknik Fisika yang telah memberikan ilmu yang bermanfaat selama kuliah.

5. Para admin Laboratorium Simulasi dan Komputasi Jurusan Teknik Fisika yang memberikan suntikan motivasi sehingga mental saya tetap prima.

6. Angkatan 2012 Jurusan Teknik Fisika sebagai keluarga besar selama masa perkuliahan penulis.

Penulis menyadari bahwa penulisan laporan Tugas Akhir ini belum sempurna. Oleh karena itu sangat diharapkan kritik dan

Page 14: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

xiv  

  

saran yang membangun dari semua pihak sehingga mencapai sesuatu yang lebih baik lagi secara konten. Penulis juga berharap semoga laporan ini dapat menambah wawasan bagi pembacanya dan dikembangkan untuk penelitian selanjutnya.

Surabaya, 9 Juni 2016

Ahmad Arif Sakti

Page 15: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

xv 

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ...................................................................... i LEMBAR PENGESAHAN ........................................................... v ABSTRAK ................................................................................... ix ABSTRACT ................................................................................... xi KATA PENGANTAR ............................................................... xiii DAFTAR ISI ............................................................................... xv DAFTAR GAMBAR ................................................................ xvii DAFTAR TABEL ...................................................................... xix BAB I PENDAHULUAN ............................................................. 1

1.1. Latar Belakang dan Permasalahan ...................................... 1 1.2. Rumusan Permasalahan ...................................................... 2 1.3. Batasan Masalah ................................................................. 2 1.4. Tujuan ................................................................................. 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................... 5 2.1. Photovoltaic ....................................................................... 5 2.2. Sistem Solar Charging ....................................................... 7 2.3. MPPT (Maximum Power Point Tracker) ........................... 8 2.4. Metode P&O ...................................................................... 9 2.5. Buck Converter ................................................................... 9 2.6. Synchronous Rectification Buck Converter ...................... 11 2.7. Mikrokontroler ARM STM32FX ..................................... 12 2.8. Baterai VRLA................................................................... 13

BAB III METODE PENELITIAN .............................................. 17 3.1. Diagram Alir Penelitian .................................................... 17 3.2. Spesifikasi Panel Surya .................................................... 18 3.3. Perancangan Synchronous Buck Converter ...................... 22 3.4. Perancangan Algoritma MPPT Solar Charger ................. 26 3.5. Spesifikasi Baterai ............................................................ 30

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN .................. 33

Page 16: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

xvi  

  

4.1. Pengujian Keluaran dari Panel Surya di PLTS Teknik Fisika ....................................................................................... 33 4.2. Pengujian Konverter DC-DC Synchronous Buck ............. 35 4.3. Hasil Implementasi MPPT................................................ 38

BAB V KESIMPULAN .............................................................. 47 5.1. Kesimpulan ....................................................................... 47 5.2. Saran ................................................................................. 47

DAFTAR PUSTAKA .................................................................. 49 LAMPIRAN ................................................................................ 53

Page 17: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

 

  

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Rangkaian elektronik ekuivalen photovoltaic ......... 5 Gambar 2.2. Karakterisitik Panel Surya ...................................... 6 Gambar 2.3. Skema Standar Solar Charging System .................. 7 Gambar 2.4. Skema MPPT Charger Controller ........................... 8 Gambar 2.5. Diagram Alir Algoritma P&O ................................. 9 Gambar 2.6. Skematik Buck Converter ..................................... 10 Gambar 2.7. Synchronous Rectification Buck Converter .......... 11 Gambar 2.8. Mikrokontroller STM32F3 ................................... 12 Gambar 3.1. Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir ................. 17 Gambar 3.2. Kurva I-V Panel Surya GH230P60 ....................... 19 Gambar 3. 3 Blok Model Panel Surya ....................................... 21 Gambar 3.4. Hasil Pemodelan Panel Surya ............................... 22 Gambar 3.5. Rangkaian Buck Converter ................................... 23 Gambar 3.6. Skematik Rangkaian Konverter Buck pada Simulink ...................................................................................... 25 Gambar 3.7. Diagram Alir Algoritma Sistem ........................... 27 Gambar 3.8. Diagram Alir Algoritma MPPT P&O yang Digunakan ................................................................................... 28 Gambar 3.9. Diagram Blok implementasi MPPT pada Solar Charger Controller ..................................................................... 30 Gambar 3.10. Baterai yang Digunakan pada Sistem Plts .......... 31 Gambar 3.11. Blok Baterai pada Simulink ................................ 32 Gambar 4.1. Pengukuran Daya Keluaran Terhadap Perubahan Iradiansi yang diterima PV dengan beban 100Ω ......................... 35 Gambar 4.2. Sinyal PWM Komplementer ................................. 36 Gambar 4.3. Riak Arus pada Simulasi Konverter Buck ............. 38 Gambar 4.4. Hasil Pengukuran Daya Keluaran Panel Surya tanpa MPPT .......................................................................................... 40 Gambar 4.5. Hasil Pengukuran Daya Keluaran Panel Surya dengan Algoritma MPPT............................................................. 41

Page 18: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

xviii  

  

Gambar 4.6. Perbandingan Daya keluaran dengan dan tanpa Algoritma MPPT ......................................................................... 42 Gambar 4.7. Pengaruh MPP terhadap Iradiansi ........................ 44 Gambar 4.8. Daya Keluaran Simulasi dengan Pengujian .......... 45 Gambar 4.9. Respon Dinamik Sistem MPPT pada Iradiansi 989 W/m2 ............................................................................................ 46

 

 

 

 

Page 19: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

 

xix  

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1. Spesifikasi Panel Surya GH230P60 ........................... 19 Tabel 3.2. Spesifikasi Buck Converter ....................................... 23 Tabel 3.3. Spesifikasi Baterai ..................................................... 31 Tabel 4.1. Tabel Pengukuran & Simulasi Iradiansi .................... 33 Tabel 4.2. Tabel Hasil Simulasi Konverter Buck ....................... 36 Tabel 4.3. Tabel Hasil Pengujian Konverter Buck ..................... 37 Tabel 4.4. Hasil Uji Pengisian Baterai tanpa MPPT ................... 39 Tabel 4.5. Hasil Uji Pengisian Baterai dengan MPPT ................ 41 Tabel 4.6. Perbandingan Daya Masukan dan Daya Keluaran Charge Controller ....................................................................... 43 Tabel 4.7. Data Simulasi Pengisian Baterai dengan MPPT ....... 44 Tabel 4.8. Perbandingan Daya Masukan dan Daya Keluaran pada Simulasi MPPT Solar Charger Controller ................................. 45 Tabel 4.9. Respon Dari Sistem MPPT ........................................ 46

Page 20: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

xx  

  

Halaman ini sengaja kosong

Page 21: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

 

1  

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang dan Permasalahan

  Proses pembangkitan tenaga listrik sekarang ini, sangat tergantung pada minyak bumi, gas alam dan energi fosil lainnya. Namun, semua sumber energi tersebut menyebabkan masalah lingkungan. Dahulu, energi fosil tidak mahal dan cukup banyak jumlahnya di seluruh dunia, akan tetapi saat ini, sumber energi tersebut cukup mahal dan jumlahnya menurun dengan cepat dan sewaktu-waktu dapat habis di masa depan meskipun kebutuhan energi tersebut cenderung tinggi. Oleh karena itu, penghematan energi dan energi terbarukan diperlukan sebagai pilihan dan menjadi topik diskusi saat ini.

Energi matahari adalah salah satu pilihan yang baik untuk topik energi terbarukan dan dapat dikonversi dalam bentuk tenaga listrik dengan menggunakan photovoltaic array. Definisi photovoltaic adalah konversi sinar matahari menjadi energi listrik dengan menggunakan sel surya (Markvart, 1994). Kinerja sistem berbasis photovoltaic sangat tergantung pada kemampuan untuk melakukan operasi pada titik optimal dari panel surya di mana daya maksimum dapat diambil untuk setiap beban yang diberikan. Di bawah suhu dan intensitas cahaya tertentu, hanya ada satu titik daya maksimum yang dimiliki oleh sel surya. Oleh karena itu, Maximum Power Point Tracker (MPPT) dari sel surya sangat penting saat efisiensi sistem benar-benar dibutuhkan. Fungsi ini dilakukan oleh sesuai mengendalikan pemrosesan daya yang sesuai antara PV generator dan beban atau akumulator energi. Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa metode MPPT baru telah diusulkan, serta perbaikan untuk metode yang sudah ada (JiLong & ShengMin , 2015; Arulmurugan & Suthanthira Vanitha, 2013; Tjahjono, et al., 2014). Sejauh ini, banyak teknik MPPT telah digunakan mulai dari Peturbation and Observation (P & O) (JiLong & ShengMin , 2015) Fuzzy logic controller (FLC)

Page 22: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

2  

  

(Arulmurugan & Suthanthira Vanitha, 2013), hingga Adaptive Neuro Fuzzy Inference System (ANFIS) (Tjahjono, et al., 2014)

Sekarang ini, beberapa implementasi hardware untuk MPPT telah digunakan. Banyak mikrokontroler berbasis RISC dipergunakan untuk MPPT menggunakan metode P&O pada (JiLong & ShengMin , 2015; Yuanhui & Wei, 2011). Sedangkan pada penelitian (Arulmurugan & Suthanthira Vanitha, 2013) dan (Prima, 2013), digunakan MPPT solar charger berbasis Fuzzy Logic Controller. Pada penelitian ( Yuanhui & Wei, 2011), menggunakan mikrokontroller ARM sebagai kontroler untuk algoritma MPPT dengan menggunakan buck converter. Akan tetapi masih sedikit penerapan untuk penggunaan synchronous rectification pada rangkaian buck converter pada MPPT Solar Charger. Dengan menggantikan fungsi dioda pada buck converter dengan synchronous rectifier dapat meningkatkan efisiensi dari MPPT Solar Charger Controller (Iqbal, Nasir, Rasheed, & Munir, 2015). Penggunaan mikrokontroller ARM yang memiliki kecepatan pemrosesan yang tinggi (72MHz) untuk mengimplementasikan metode P&O karena dapat melakukan observasi dengan waktu yang cepat dan peturbasi dengan riak yang kecil (PWM 10bit).

1.2. Rumusan Permasalahan

Permasalahan yang diangkat untuk menyelesaikan tugas akhir ini adalah bagaimana cara merancang MPPT solar charger controller menggunakan synchronous rectification buck converter untuk melakukan pencarian titik daya maksimum photovoltaic dengan metode Peturbation & Observation (P&O) untuk diimplementasikan pada mikrokontroler ARM dan dioperasikan di PLTS Teknik Fisika ITS.

1.3. Batasan Masalah

Pada tugas akhir ini, ada beberapa batasan permasalhan antara lain:

1. Desain MPPT ini menggunakan metode P&O untuk menentukan titik daya maksimum panel surya.

Page 23: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

3  

  

2. MPPT solar charger ini didesain untuk digunakan pada sistem dengan tegangan saat daya maksimum panel surya (VMPP) lebih besar dari tegangan baterai karena menggunakan rangkaian buck converter.

3. Sistem panel surya yang digunakan untuk melakukan pengujian adalah sistem PLTS di Teknik Fisika ITS dengan jumlah panel adalah enam buah masing-masing berdaya maksimum sebesar 230 Wp, akan tetapi hanya satu modul saja yang digunakan.

4. Sistem baterai yang digunakan untuk pengujian adalah system baterai pada PLTS di Tenik Fisika ITS yaitu baterai tipe VRLA dengan kapasitas 200Ah.

5. Panel surya dipasang statis dengan sudut 15° ke arah utara. 6. Keadaan sistem PLTS dalam kondisi tidak terhubung

dengan jala-jala.

1.4. Tujuan

Tujuan dari tugas akhir ini adalah merancang MPPT solar charger controller menggunakan synchronous rectification buck converter untuk melakukan pencarian titik daya maksimum photovoltaic dengan metode Peturbation & Observation (P&O) untuk diimplementasikan pada mikrokontroler ARM dan dioperasikan di PLTS Teknik Fisika ITS.

Page 24: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

4  

  

Halaman ini sengaja kosong

Page 25: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

 

5  

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Photovoltaic

Photovoltaic merupakan salah satu perangkat yang memiliki kemampuan untuk mengkonversi energi foton yang berasal dari cahaya matahari menjadi energi listrik (Markvart, 1994). Sel surya terbuat dari bahan semikonduktor seperti silikon, TiO2, dan sebagainya. Bahan yang sering digunakan dalam fabrikasi photovoltaic adalah silikon yang mempunyai sifat isolator dan konduktor sehingga sel memiliki kepekaan terhadap intensitas cahaya matahari. Dalam operasinya, photovoltaic tidak mungkin berada dalam kondisi ideal dimana tanpa adanya gangguan yang mempengaruhi kinerja modul photovoltaic. Kinerja dari photovoltaic akan berpengaruh kepada lama charging pada baterai, banyak daya yang dihasilkan, dan efisiensi dari photovoltaic ( Yuanhui & Wei, 2011; Prima, 2013).

 Gambar 2.1. Rangkaian elektronik ekuivalen photovoltaic

( Yuanhui & Wei, 2011) Gambar 2.1 merepresentasikan PV sebagai rangkaian listrik

dimana sel surya merupakan sebuah sumber arus (IPH) akibat peristiwa photovoltaic. Sebagian arus melaui diode pada rangkaian diatas (ID), disebut sebagai arus saturasi. Dengan nilai hambatan shunt Rsh yang sangat besar, maka arus shunt, Ish sangat kecil. Dengan begitu, sebagian besar arus akan melalui Rs. Arus ini disebut dengan IPV , yang akan mengalir melalui beban yang diberikan. Rangkaian ekuivalen pada Gambar 2.1. dapat

Page 26: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

6  

  

disederhanakan menjadi sebuah persamaan matematis menjadi persamaan 2.1 (Rashid, 2001).

sh

spvpvspvpvDphpv R

RIV

q

nkT

RIVIII

)(]1)[exp(

(2.1)

Keterangan: Ipv = arus keluaran dari modul photovoltaic (Ampere) Iph =arus yang dihasilkan saat terjadi efek photovoltaic (Ampere) ID = arus saturasi reverse (Ampere) Vpv = tegangan keluaran modul photovoltaic (Volt) n = faktor ideal dioda (bernilai 1 untuk dioda ideal) k = konstanta boltzman (1,3806.10-23 J.K-1) T = temperatur permukaan modul photovoltaic (K) Rsh = hambatan shunt (ohm) Rs = hambatan pada arus keluaran (ohm)

Gambar 2.2. Karakterisitik Panel Surya

(Markvart, 1994) Berdasarkan persamaan 2.1, maka panel surya akan memiliki karakteristik seperti Gambar 2.2.

Page 27: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

7  

  

2.2. Sistem Solar Charging

Solar Charger Controller bertugas mengatur aliran listrik dari panel photovoltaic untuk baterai atau beban DC. Kontroller tersebut menjaga baterai agar tetap terisi tanpa terjadi pengisian yang berlebihan (overcharged), yaitu ketika tersedia iradiasi matahari yang melimpah (Pantelimon, Adam, Andrusca, & Pancu, 2013).

Baterai adalah alat penyimpan tenaga listrik arus searah (DC). Ada beberapa jenis baterai atau aki di pasaran yaitu jenis aki basah/ konvensional, hybrid dan MF (Maintenance Free). Aki basah/konvensional berarti masih menggunakan asam sulfat (H2SO4) dalam bentuk cair. Sedangkan aki MF sering disebut juga aki kering karena asam sulfatnya sudah dalam bentuk gel/selai.

Inverter adalah perangakat yang mengubah listrik dengan arus searah (DC) menjadi arus listrik bolak-balik (AC). Output dari inverter dapat dihubunkan dengan perangkat rumah tangga yang sesuai dengan ratingnya ataupun langsung dengan jala-jala listrik.

Gambar 2.3. Skema Standar Solar Charging System

(Pantelimon, Adam, Andrusca, & Pancu, 2013)

Page 28: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

8  

  

2.3. MPPT (Maximum Power Point Tracker)

Faktor intensitas matahari dan temperatur permukaan modul yang berubah-ubah berdasarkan waktu mengakibatkan besarnya titik daya maksimum dari panel surya ikut berubah-ubah, titik ini tidak akan selalu pada posisi yang sama setiap saat (Arulmurugan & Suthanthira Vanitha, 2013). Tetapi, titik MPP dapat ditentukan dengan melakukan penjajakan menggunakan algoritma yang sesuai. Untuk menjaga modul agar tetap bekerja pada daerah operasinya, maka diperlukan suatu algoritma yang disebut dengan Maximum Power Point Tracking (MPPT). Pada umumnya, terdapat ba-nyak metode untuk menerapkan algoritma MPPT tersebut antara lain Perturbation and Observation (P&O), Hill-Climbing, ANFIS, Fuzzy Controller, dan lain-lain (JiLong & ShengMin , 2015) (Arulmurugan & Suthanthira Vanitha, 2013) (Tjahjono, et al., 2014).

 Gambar 2.4. Skema MPPT Charger Controller (Pantelimon, Adam, Andrusca, & Pancu, 2013)

Page 29: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

9  

  

2.4. Metode P&O

Metode P&O menganalisa daya keluaran dari sel photovoltaic, kemudian dengan mengendalikan duty cycle dengan step ΔI (arus) dari rangkaian buck converter untuk melacak dimana lokasi titik daya maksimum (MPP). Metode P&O dengan step konstan dapat melacak secara akurat daya maksimum sel photovoltaic di keadaan yang normal. Tapi ada juga step ΔI dapat sangat serius mempengaruhi stabilitas daya output sistem PV dan kecepatan pelacakan. Ketika ΔI tersebut terlalu besar, maka daya maksimum output sel Photovoltaic akan mengalami fluktualitas yang besar (JiLong & ShengMin , 2015).

 

Gambar 2.5. Diagram Alir Algoritma P&O (JiLong & ShengMin , 2015)

2.5. Buck Converter

Buck Converter adalah rangkaian yang digunakan untuk menurunkan tegangan arus searah. Komponen yang digunakan untuk menjalankan fungsi penghubung tersebut tidak lain adalah switch (solid state electronic switch) seperti misalnya Thyristor, MOSFET, IGBT, dan GTO. Komponen converter dibedakan berdasarkan cara dalam mentransfer energi terdiri dari 2 topologi

Page 30: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

10  

  

yaitu induktif konverter dan kapasitor konverter. Induktif konverter menggunakan induktor sebagai transfer energi. Metode ini membutuhkan banyak kapasitor sehingga rangkaian yang dihasilkan tidak sederhana sedangkan kapasitif konverter menggunakan kapasitor sebagai transfer energi.

Gambar 2.6. Skematik Buck Converter (Iqbal, Nasir, Rasheed, & Munir, 2015)

Metode switching mengkonversi satu tingkat tegangan DC ke

yang lain, dengan menyimpan energi input sementara dan kemudian melepaskan energi ke output pada tegangan yang berbeda. Penyimpanan energi tersebut bisa berada dalam komponen penyimpanan medan magnet (induktor, transformator) atau komponen penyimpan medan listrik (kapasitor). Tegangan pada output dari konverter buck ditentukan dengan duty cylce dari konverter. Tidak hanya itu output tegangan tergantung pada duty cycle tetapi termasuk parameter penting seperti riak arus, riak tegangan dan arus minimum dan maksimum melalui induktor juga tergantung pada duty cycle. (Iqbal, Nasir, Rasheed, & Munir, 2015) Perhitungan untuk besarnya Induktor yang dibutuhkan untuk rangakaian buck converter memenuhi persamaan 2.1. Sedangkan untuk perhitungan besarnya kapasitor output (COUT) menggunakan persamaan 2.2

        (2.2) 

Page 31: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

11  

  

(2.3)

2.6. Synchronous Rectification Buck Converter

Synchronous Rectification Buck Converter memiliki dua modus operasi. Dalam modus 1, MOSFET 1 dalam keadaan 'on' sedangkan saklar 2 adalah 'off'. Pada saat ini, pengisian induktor dan kapasitor berlangsung, sedangkan dalam modus 2, saklar 2 'on' saat saklar 1 adalah “off”. Oleh karena itu, Synchronous Rectification Buck Converter menghasilkan rugi daya yang lebih rendah pada modus 2.

 

Gambar 2.7. Synchronous Rectification Buck Converter (Z. Iqbal, 2015)

Synchronous Rectification Buck Converter memiliki

tambahan perangkat switching dibandingkan dengan buck converter konvensional dan pada kerugian daya, perangkat MOSFET cukup rendah daripada menggunakan dioda tetapi biaya pembuatan konverter meningkat (Z. Iqbal, 2015).

Mosfet 1 Cout

Cin

Mosfet 2

Page 32: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

12  

  

2.7. Mikrokontroler ARM STM32FX

 Gambar 2.8. Mikrokontroller STM32F3

STM32F303 adalah mikrokontroler dari jajaran MCU

berkinerja tinggi (Performance Line family) dengan embedded ARM core yang kompatibel dengan semua perangkat lunak yang ditujukan untuk prosesor ARM. Komponen elektronika ini memadukan kekuatan CPU ARM Cortex-M3 dengan fungsi peralatan pendukung yang ekstensif dan kemampuan I/O yang ditingkatkan (enhanced I/O capabilities). (Kollimalla & Mishra, Sept. 2014)

Fitur yand dimiliki oleh keluarga ARM STM32Fx meliputi: 1. CPU ARM 32-bit 2. 128 KB Program Flash, 20 KB RAM 3. Dua kanal I2C 4. Dua kanal ADC 12 bit 5. Tiga kanal UART

Page 33: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

13  

  

6. Dua kanal SPI 7. Tiga timer16-bit, kecepatan operasi hingga 72MHz

2.8. Baterai VRLA

Baterai lead acid salah satu jenis baterai yang sering digunakan untuk menyimpanan energi listrik. Baterai jenis ini sering digunakan karena harga yang lebih murah dibandingkan dengan baterai jenis lain. Baterai lead acid dapat dikelompokkan menjadi Liquid Vented dan Sealed Proses penguapan atau evaporasi pada baterai diatur oleh bagian yang disebut valve atau katup, mka dari itu disebut valve regulated. Dengan demikian baterai jenis ini tidak memerlukan maintenance. Baterai ini cocok untuk sistem photovoltaic, karena dapat discharge sejumlah arus listrik secara konstan dalam waktu yang lama sehingga disebut pula baterai deep cycle. Umumnya baterai deep cycle dapat discharge sampai dengan 80% kapasitas baterai (Musseli, Notton, Poggi, & Louche, 2000).

Gambar 2.6 Model Baterai Non‐Linear 

Pada model baterai seperti gambar 2.6, persamaan untuk controlled voltage source adalah sebagai berikut (Musseli, Notton, Poggi, & Louche, 2000): Discharge model (i*>0):

Page 34: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

14  

  

, ∗, , . . ∗ . .

. 0 (2.4)

Charge Model (i*<0):

, ∗, , ..

. ∗ . .

. 0 (2.5)

Sedangkan persamaan untuk mencari SOC baterai alah sebagai berikut:

100 1 (2.6)

Keterangan: Ebatt = Nonlinear voltage (Volt) E0 = Constant voltage (Volt) Exp(s) = Exponential zone dynamics (V) Sel(s) = Battery mode. Sel(s) = 0, battery discharge; Sel(s) = 1, battery charging K = Polarization constant (Ah-1) / Polarization resistence (Ohms) i* = Low frequency current dynamics (A) i = Battery current (A) it = Extracted capacity (Ah) Q = Maximum battery capacity (Ah) A = Exponential voltage (V) B = Exponential capacity (Ah-1) i = Arus charging baterai (Amp) Kapasitas baterai diukur dari jumlah arus yang dapat disimpan ataupun dikeluarkan oleh baterai. Satuan yang digunakan untuk menunjukkan kapasitas baterai adalah ampere-hours (Ah). Kapasitas dari sebuah baterai bukan kuantitas yang konstan, namun tergantung pada jumlah arus yang masuk atau keluar. Oleh karena

Page 35: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

15  

  

itu, pabrikan selalu memberikan kapasitas nominal beserta referensi arus charge atau discharge tertentu.

Page 36: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

16  

  

Halaman ini sengaja kosong

Page 37: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

 

17  

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Diagram Alir Penelitian

Pada bab ini diuraikan langkah-langkah alur penelitian yang dilakukan dalam melakukan perancangan purwarupa MPPT Solar Charger Controller. Berikut diagram alir penelitian ditampilkan pada Gambar 3.1. :

Gambar 3.1. Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir

Page 38: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

18  

  

a. Studi Literatur Meliputi pemahaman tentang metode dan teknik desain sistem MPPT Solar Charger Controller, algoritma P&O, dan synchronous rectification buck converter. Selain itu, pemahaman jurnal jurnal penelitian sebelumnya yang berkaitan dengan penelitian ini.

b. Perancangan dan Pemilihan Komponen Sistem Perancangan untuk sistem solar charging yang akan dibuat dengan memperhatikan kebutuhan dari sistem yang digunakan untuk menentukan komponen apa saja yang dibutuhkan.

c. Pembuatan Rangkaian Konverter Mendesain sirkuit synchronous rectification buck converter dan melakukan perakitan komponen pada papan sikuit yang telah didesain.

d. Desain dan Implementaasi Algoritma MPPT Mendesain algoritma MPPT menggunakan metode P&O serta melakukan implementasi perangkat lunak yang telah dibuat pada mikrokontroller ARM STM32F303 untuk diujikan pada perangakat keras.

e. Tahap Pengujian Desain Akhir Pada tahap ini, akan dilakukan simulasi dan pengambilan data dari integrasi komponen PV, konverter, kontroler, baterai dan beban. Pengujian menggunakan peralatan yang telah dipersiapkan pada modul charger controller

f. Analisis Data dan Kesimpulan Analisis dilakukan pada MPPT Solar Charger Controller yang telah dibuat untuk mengetahui bagaimana peforma dari system charging yang telah dirancang bangun.

3.2. Spesifikasi Panel Surya

Panel surya di PLTS Teknik Fisika berjumlah enam buah dengan daya nominal maksimum masing-masing 230W yang berasal dari dua produsesn panel surya yang berbeda, yaitu SunTehcnics dan GH Solar. Keenam panel surya dioknfigurasikan secara seri. Untuk tugas akhir ini, hanya digunakan dua buah panel

Page 39: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

19  

  

surya yang dihubungkan secara seri. Kedua panel surya berasal dari produsen GH Energy. Spesifikasi panel surya disajikan pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Spesifikasi Panel Surya GH230P60

Spesifikasi Nilai VOC 37,5 V ISC 8,21 A Daya Maksimum 230 Watt VMP 30,2 V IMP 7,61 V Berat 18,5 Kg Konfigurasi Panel 60 sel PolySI – (30 Seri – 2

Parallel) Dimensi 1640×992×40 mm

Sedangkan untuk kurva I-V dari panel surya yang digunakan berdasarkan datasheet ditunjukkan pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2. Kurva I-V Panel Surya GH230P60

(Zhejiang Ganghang)

I (A) 

V (Volt) 

Page 40: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

20  

  

Dengan menggunakan persamaan 2.1, dilakukan pembuatan model berdasarkan spesifikasi panel surya yang digunakan. Model dibuat dengan software MATLAB 2013b, yang selanjutanya di muat di dalam SIMULINK. Berikut adalah program model MATLAB yang digunakan sebagai sarana simulasi: function Ia=PVCal(Va,G,TaC) k = 1.381e-23; % konstanta Boltzmann q = 1.602e-19; % muatan elektron n = 1.3; % forward voltage dioda (1<n<2) Eg = 1.12; % Energi Gap 1.12eV (Si), 1.42 (GaAs) Ns = 30; % Sel Seri Np=2; % Sel Parallel TrK = 298; % 25 C -> K Voc_TrK = 37.4 /Ns; % Tegangan Terbuka 25C Isc_TrK = 8.21/Np; % Arus Pendek 25C a = 0.0006; % Konstanta kenaikan suhu (0.065A/C) TaK = 273 + TaC; % Konversi suhu C->K Vc = Va / Ns; % Tegangan keluaran modul PV % Nilai Isc berdasarkan input Isc = Isc_TrK * (1 + (a * (TaK - TrK))); % Nilai arus berdasarkan besaran iradiansi G=1KW/m2) Iph = G * Isc; % tegangan saat 25C Vt_TrK = n * k * TrK / q; b = Eg * q /(n * k); Ir_TrK = Isc_TrK / (exp(Voc_TrK / Vt_TrK) -1); Ir = Ir_TrK * (TaK / TrK)^(3/n) * exp(-b * (1 / TaK -1 / TrK)); % Mencari Rs dVdI_Voc = -2.0/Ns; % Take dV/dI @ Voc from I-V curve of datasheet Xv = Ir_TrK / Vt_TrK * exp(Voc_TrK / Vt_TrK); Rs = - dVdI_Voc - 1/Xv; % Pengaruh suhu

Page 41: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

21  

  

Vt_Ta = n * k * TaK / q; % Ia = Iph - Ir * (exp((Vc + Ia * Rs) / Vt_Ta) -1) % f(Ia) = Iph - Ia - Ir * ( exp((Vc + Ia * Rs) / Vt_Ta) -1) = 0 % Penyelesaian dengan metode newton: Ia2 = Ia1 - f(Ia1)/f'(Ia1) Ia=zeros(size(Vc)); for j=1:5; Ia = Ia - (Iph - Ia - Ir .* ( exp((Vc + Ia .* Rs) ./ Vt_Ta) -1))... ./ (-1 - Ir * (Rs ./ Vt_Ta) .* exp((Vc + Ia .* Rs) ./ Vt_Ta)); end Ia=Ia*Np; end

Untuk dapat digunakan dalam simulasi sebagai sumber arus bagi rangkaian elektronik, perlu digunakan blok Controlled Current Source pada Simulink. Sehingga model keseluruhan untuk system panel surya yang digunakan adalah sebagai berikut:

Gambar 3. 3 Blok Model Panel Surya

Dengan hasil pemodelan panel surya sebagai berikut:

Page 42: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

22  

  

Gambar 3.4. Hasil Pemodelan Panel Surya

3.3. Perancangan Synchronous Buck Converter

Di dalam konverter buck terdapat pin masukan untuk PWM (untuk melakukan pengturan tegangan), induktor, kapasitor, dan MOSFET yang berfungsi sebagai switch on/off (switching). Secara umum, konverter digunakan untuk mengubah level tegangan ke tegangan yang lebih rendah disebut konverter buck (Rashid, 2001). Level tegangan keluaran dari converter diatur oleh duty cycle (D) pada MOSFET.Dengan memberikan sinyal PWM yang bervariasi, maka nilai D dapat berubah dengan range 0 hingga 1. Dalam penelitian tugas akhir ini, didesain buck converter dengan spesifikasi yang disesuaikan dengan panel surya yang digunakan pada PLTS Teknik Fisika yaitu dengan daya keluaran maksimum 230 Watt. gambar dan spesifikasi buck converter yang digunakan dapat dilihat dalam Gambar 3.5. dan Tabel 3.2. di bawah ini

Page 43: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

23  

  

Tabel 3.2. Spesifikasi Buck Converter

Tegangan Masukan 75 Volt Tegangan Keluaran 0-12 Volt Arus Masukan 20 A (Maksimum) Arus Keluaran 20 A (Maksimum) Frekuensi Switching ~70KHz Induktor 26,23 μH Kapasitor Masukan 2200 μF Kapasitor Keluaran 3200 μF

Untuk gambar rangkaian buck converter ditunjukkan pada

Gambar 3.5.

Gambar 3.5. Rangkaian Buck Converter

Page 44: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

24  

  

Dengan spesifikasi tersebut maka perlu dihitung berapa besarnya nilai induktor (L) yang dibutuhkan dan berapa besarnya nilai kapasitor input dan outputnya (Cin dan Cout). Untuk mencari besarnya nilai induktor yang dibutuhkan, digunakan persamaan 2.1. Maka besarnya nilai minimal induktansi dari induktor yang dibutuhkan supaya sesuai dengan spesifikasi yang telah dibuat adalah 25,646 μH. Sedangkan untuk besarnya kapasitor keluaran (Cout) dihitung menggunakan persamaan 2.2 dengan besarnya Vripple = 0,12 sehingga didapat besarnya Cout yaitu 89,29 μF. Kapasitor output dipilih sedemikian rupa sehingga memberikan penyaringan terhadapat tegangan riak switching. Kapasitor yang dipilih cukup besar sehingga impedansi jauh lebih kecil daripada beban pada frekuensi switching, yang memungkinkan sebagian besar arus riak mengalir melalui kapasitor, tidak beban. Riak arus yang mengalir melalui kapasitor output sama dengan induktor. ESR output kapasitor juga diperhitungkan karena resistensi parasit ini, yang keluar dari fase dengan kapasitansi, akan menyebabkan tambahan riak tegangan. Kapasitor dipilih berdasarkan maksimum riak arus dan ESR mereka pada suhu dan frekuensi yang digunakan. Oleh karena itu digunakan kapasitor pejal dan kapasitor keramik sebagai kapasitor bank karena ESR yang lebih rendah. Logika yang sama diterapkan ketika memilih kapasitor masukan (Cin). Kapasitor ini, atau bank kapasitor, akan mengalami riak sangat tinggi; arus yang sama yaitu pada saluran switch. Tingkat yang dapat diterima dari masukan tegangan diasumsikan 5%. Dengan menggunakan persamaan 2.2 maka didapatkan besarnya Capacitor minimum adalah 12 μF. Berikut adalah skematik dari sistem yang telah dibuat dengan menggunakan software CADSOFT Eagle. Untuk mengendalikan synchronous buck dibutuhkan dua sinyal dengan fasa yang berbeda 180° artinya dibutuhkan dua sinyal PWM yang saling berkomplemen, untuk itu digunakan timer komplemen pada STM32 untuk mendapatkan sinyal komplemen tersebut. Berikut adalah potongan sintaks program:

Page 45: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

25  

  

TimHandle.Init.Prescaler = PrescalerValue; TimHandle.Init.Period = PERIOD_VALUE; TimHandle.Init.ClockDivision= 0; TimHandle.Init.CounterMode = _COUNTERMODE_UP; TimHandle.Init.RepetitionCounter = 0; HAL_TIM_PWM_Init(&TimHandle) != HAL_OK) sPWMConfig.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1; sPWMConfig.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH; sPWMConfig.OCNPolarity = TIM_OCNPOLARITY_HIGH; sPWMConfig.OCIdleState = TIM_OCIDLESTATE_SET; sPWMConfig.OCNIdleState = TIM_OCNIDLESTATE_RESET; sPWMConfig.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE; Untuk simulasi dibuat juga rangkaian konverter synchronous buck pada Simulink dengan menggunakan modul PowerGui, dapat dilakukan simulasi rangkaian elektronik. Skematik rangkaian converter synchronous buck dapat dilihat pada Gambar 3.6

Gambar 3.6. Skematik Rangkaian Konverter Buck pada Simulink

Page 46: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

26  

  

3.4. Perancangan Algoritma MPPT Solar Charger

Pada penerapan akhir untuk algoritma ssstem diterapkan beberapa algoritma untuk keamanan dalam proses pengisisan baterai seperti mematikan PWM saat kapasitas baterai sudah penuh (VBat ≥ 13,8 V) atau saat tegangan input dari panel surya lebih kecil dari tegangan baterai (Vbat > VPV). Pada keadaan ini, PWM akan dimatikan, dan MOSFET 3 (Gambar 3.6) akan berfungsi sebagai dioda pemblokir. Sedangkan apabila arus dari proses pengisian daya baterai melebihi nilai 16 Ampere, maka metode P&O akan dimatikan, sehingga duty cycle tidak akan semakin besar. Meskipun batas aman dalam pengisian standar baterai dengan tegangan konstan adalah ±15% dari kapasitas tertulis baterai (PANASONIC, 2005), akan tetapi desain sistem charge controller hanya 20A, oleh karena itu batas tersebut diberikan untuk menghindari beban berlebih pada sistem. Diagram alir dari sistem pengisian baterai ditunjukkan oleh Gambar 3.7.

Page 47: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

27  

  

Gambar 3.7. Diagram Alir Algoritma Sistem

Untuk mendapatkan nilai daya maksimum dari PV maka dengan metode P&O (Peturbation & Observation) dapat diketahui besaran daya Ppv(k) saat ini, dengan melakukan pengambilan data terhadap besarnya nilai Arus Ipv(k), Vpv(k). Setelah itu, dilakukan pengambilan keputusan apakah PWM yang dikeluarkan kontroller perlu di naikkan atau diturunkan. Kemudian kembali dievaluasi apakah peningkatan PWM tersebut meningkatkan daya atau sebaliknya.

Page 48: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

28  

  

Gambar 3.8. Diagram Alir Algoritma MPPT P&O yang Digunakan

Metode P&O mengkaibatkan besaran dari tegangan akan berubah-ubah disekitar titik daya maksimum. Sehingga besarnya nilai tegangan akan selalu berosilasi dengan besar:

(3.1)

Page 49: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

29  

  

Dimana Vin adalah tegangan masukan dari panel surya, PWM Resolution merupakan besaran yang diatur oleh penulis karena nilai tersebut adalah nilai maksimal yang dibutuhkan oleh controller supaya tetap dapat membangkitkan sinyal PWM dengan frekuensi 70KHz yaitu sebesar 1023. Sebagai ilustrasi, apabila panel surya berada pada kondisi standar (STC) (Iradiansi = 1000W/m2, Suhu = 25 °C) maka panel surya dengan produsen GH Solar akan memiliki VMP sebesar 30.2 V (Zhejiang Ganghang), maka berdasarkan persamaan 3.1 keluaran dari charger controller akan mengalami peturbasi dengan besar yaitu 0.03V. Akan tetapi perubahan duty cycle hanya akan dilakukan apabila terjadi perubahan sebesar satu watt daya panel surya. Diagam blok pada Gambar 3.9. menjelaskan bagaimana sistem bekerja. Untuk mendapatkan nilai MPP , metode P&O seperti yang digambarkan pada Gambar 3.9. menggunakan persamaan (3.2) (Shiau, Wei, & Lee, 2015), yaitu:

tan tan 180° (3.2)

dengan I dan V adalah masing-masing arus dan tegangan dari baterai. Dengan begitu set point untuk MPPT adalah 180 derajat atau π. Sedangkan untuk proses pengisian baterai akan tercapai apabila tegangan dari baterai sebesar 13.8 V. Hal ini dapat dilakukan dengan mengubah sinyal PWM untuk masukan pada proses charging oleh konverter buck dan mengatur tegangan pada pada baterai. Selanjutnya baterai akan diukur arus dan tegangan pada baterai untuk melakukan perhitungan MPP.

Page 50: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

30  

  

Gambar 3.9. Diagram Blok implementasi MPPT pada Solar

Charger Controller

3.5. Spesifikasi Baterai

Baterai yang digunakan pada sistem PLTS di Teknik Fisika menggunakan baterai jenis VRLA yang diproduksi oleh BSB dengan kapasitas 200 Ah yang berkerja pada tegangan 12 V.

Page 51: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

31  

  

Gambar 3.10. Baterai yang Digunakan pada Sistem Plts

Baterai tersebut memiliki spesifikasi sebagai berikut:

Tabel 3.3. Spesifikasi Baterai

Tipe BSB SOLAR12-100 Nominal Voltage 12 Volt Kapasitas 200Ah Dimensi 330×171×214 (P×L×T)

Dengan menggunakan model yang telah disediakan di Simulink, baterai tersebut disimulasikan dan dikondisikan untuk sebagai penyimpan energi yang berasal dari panel surya untuk simulasi. Parameter baterai diatur seperti pada Gambar 3.11., dengan kapasistas 200 Ah, besarnya arus aman untuk proses pengisisian baterai adalah 15% dari arus spesifikasi (PANASONIC, 2005), maka apabila memperhitungkan adanya kerugian daya saat proses pengisian daya, namun besarnya arus yang aman untuk proses pengisian adalah 16A karena dibatasi spesifikasi dari konverter buck.

Page 52: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

32  

  

Untuk melakukan pengujian, baterai dikondisikan pada tegangan 12,04V, yang artinya baterai tersebut dalam keadaan kosong (muatan baterai 0-10% dari kapasitas). Hal ini dimaksudkan agar baterai dapat dialiri arus secara maksimal, karena pada saat pengisian dengan tegangan konstan, arus saat pengisian baterai akan berkuran seiring bertambahnya muatan baterai (PANASONIC, 2005).

Gambar 3.11. Blok Baterai pada Simulink

Page 53: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

 

33  

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1. Pengujian Keluaran dari Panel Surya di PLTS Teknik Fisika

Pengukuran dilakukan untuk mengetahui bagaimana energi yang dapat dikonversi oleh panel surya di PLTS Teknik Fisika ITS. Data didapatkan dengan hasil simulasi dan pengukuran langsung pada PLTS. Waktu pengambilan data adalah pada tanggal 5 Juni 2016. Dengan suhu rata-rata harian adalah 30,2°C (BMKG, 2016). Simulasi dilakukan oleh perangkat lunak MATLAB 2013b berdasarkan model yang telah dibuat pada bagian 3.2.

Tabel 4.1. Tabel Pengukuran & Simulasi Iradiansi

Pukul (WIB)

Irradi-ansi

(W/m2)

Tegangan Sirkuit Terbuka VOC

(Volt)

Hubungan Arus Pendek ISC

(Ampere) Penguk-

uran Simu-

lasi Penguk-

uran Simu-

lasi 07:00 743 36,01 36 6,05 6,10

07:30 854 36,12 36,2 6,94 7,01

08:00 938 37,42 37,6 7,66 7,70

08:30 941 37,40 37,6 7,71 7,72

09:00 972 37,45 37,6 7,94 7,98

09:30 980 37,41 37,6 7,93 8,12

10:00 987 37,41 37,7 7,99 8,17

10:30 1001 37,46 37,71 8,15 8,21

11:00 991 37,38 37,71 8,02 8,19

11:30 981 37,34 37,6 8,00 8,12

Page 54: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

34  

  

Lanjutan Tabel 4.1.

Pukul (WIB)

Irradi-ansi

(W/m2)

Tegangan Sirkuit Terbuka VOC

(Volt)

Hubungan Arus Pendek ISC

(A) Penguk-

uran Simu-

lasi Penguk-

uran Simu-

lasi 12:00 976 37,31 37,6 7,97 8,01

12:30 963 37,31 37,5 7,83 7,90

13:00 933 37,3 37,4 7,63 7,66

13:30 923 37,33 37,3 7,41 7,57

14:00 919 36,28 36,51 7,38 7,54

14:30 828 35,7 36,0 6,70 6,79

15:00 645 35,31 35,81 5,21 5,29

15:30 514 35,45 35,7 4,2 4,22

16:00 479 35,3 35,4 3,95 4,01

Dari hasil pengukuran pada PLTS Teknik Fisika, diketahui

bahwa besarnya iradiansi yang diterima akan mencapai puncaknya pada pukul 08:00 hingga pukul 13:00. Dimana iradiansi hingga 1001 W/m2 dapat diterima oleh PLTS di Teknik Fisika. Dengan begitu pada rentang waktu tersebut, panel surya akan menggasilkan energi listrik dengan jumlah yang paling besar. Seperti dapat diamati pada Gambar 4.1, besarnya iradiansi yang diterima oleh panel surya berhubungan langsung dengan besarnya daya yang dapat dihasilkan oleh panel surya. Besarnya daya keluaran didapatkan dengan menghubungkan panel surya dengan beban buatan. Beban buatan yang digunakan adalah hambatan dengan besar 100Ω 50 Watt.

Berdasarkan data tersebut, dapat ditentukan kapan waktu untuk melakukan pengambilan data yang paling baik untuk mendapatkan variasi iradiansi matahari. Variasi iradiansi diperlukan untuk mengetahui bagaimana peforma dari algoritma MPPT.

Page 55: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

35  

  

 Gambar 4.1. Pengukuran Daya Keluaran Terhadap Perubahan

Iradiansi yang diterima PV dengan beban 100Ω

4.2. Pengujian Konverter DC-DC Synchronous Buck

Dalam tugas akhir ini, yang digunakan sebagai konverter tegangan tinggi dari panel surya untuk sistem pengisian daya baterai adalah jenis converter DC-DC synchronous buck. Seperti yang sudah dijelaskan pada bagian 3.3 sebelumnya. Sistem Synchronous Buck Converter yang digunakan di rancangan untuk digunakan pada arus hingga 20A dengan tegangan input adalah 90V menggunakan frekuensi switching untuk kedua MOSFET adalah 70KHz. Dengan menggunakan PWM komplementer, dihasilkan dua sinyal PWM dengan fasa yang berbeda 180°. Sinyal keluaran kontroller dengan menggunakan PWM komplementer ditunjukkan pada Gambar 4.2. yang diatur dengan duty cycle 90% dan frekuensi PWM adalah 70 KHz. Garis yang berwarna kuning menunjukkan sinyal PWM untuk MOSFET 1 dan MOSFET 3, sedangkan garis berwarna biru menunjukkan sinyal PWM untuk MOSFET 2. Saat MOSFET 1 dan MOSFET 3 bernilai 1, maka MOSFET 2 akan bernilai 0. Begitupun saat nilai MOSFET 1 dan 3 bernilai 0 maka MOSFET 2 akan bernilai 1.

 

12

12.5

13

13.5

14

14.5

460 560 660 760 860 960 1060

DAYA

 (WATT)

IRRADIANSI (W/M2)

Page 56: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

36  

  

Gambar 4.2. Sinyal PWM Komplementer

Pengujian konverter buck menggunakan beban buatan sebesar maksimal 150 Watt dengan hambatan 4,1Ω dilakukan untuk mengetahui efisiensi dari konverter buck yang dirancang dengan sumber tegangan input adalah 35,7V. Hasilnya disajikan dalam Tabel 4.2. berikut ini. Sebagai pembanding, hasil simulasi dari perancangan konverter buck pada program Simulink disajikan dalam Tabel 4.3.

Tabel 4.2. Tabel Hasil Simulasi Konverter Buck

Duty Cycle

Iin (A)

Vout (V)

Iout (A)

Daya Masuk

(W)

Daya Keluar

(W)

Efisie-nsi (%)

0,3 0,84 3,887 2,68 24,63 22,65 98,44 0,4 1,46 7,426 3,54 59,80 55,11 98,41 0,5 2,26 10,97 4,40 84,25 78,77 98,35 0,6 3,24 14,51 5,27 109,07 100,79 98,34 0,7 4,39 18,05 6,13 138,37 126,84 98,28 0,8 5,71 21,59 6,99 173,85 157,11 98,18 0,9 7,20 25,12 7,84 194,56 175,07  98,16

Page 57: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

37  

  

Tabel 4.3. Tabel Hasil Pengujian Konverter Buck

Duty Cycle

Iin (A)

Vout (V)

Iout (A)

Daya Masuk

(W)

Daya Keluar

(W)

Efisie-nsi (%)

0,3 0,69 7,08 3,2 24,63 22,65 91,97 0,4 1,68 13,06 4,22 59,80 55,11 92,15 0,5 2,36 16,48 4,78 84,25 78,77 93,49 0,6 3,09 19,92 5,06 109,07 100,79 92,40 0,7 3,92 23,02 5,51 138,37 126,84 91,66 0,8 4,87 26,72 5,88 173,85 157,11 90,36 0,9 5,45 29,13 6,01 194,56 175,07 89,98

Untuk duty cycle 0.1-0.2 saat dilakukan pengujian tegangan yang terukur oleh voltmeter sangat kecil (≈0). Hal ini terjadi karena tegangan yang sangat kecil yang diakibatkan duty cycle yang kecil tersebut tidak mampu melakukan pengisian kapasitor, akibatnya tegangan keluaran dari konverter memiliki nilai yang mendekati nol. Untuk duty cycle 1 memiliki keluaran yang sama besar dengan keluaran duty cycle 0,9 atau 0,8. Efisiensi dari konverter buck yang telah dibuat hanya maksimal 93%. Hal ini dikarenakan terjadi perubahan energi listrik menjadi panas pada MOSFET. Selain pemilihan kawat untuk induktor yang masih kurang baik juga menjadi salah satu penyebab mengapa efisiensi dari konverter buck juga tidak baik, Pada saat di uji coba untuk melakukan prose pengisian baterai, efisiensi dari converter buck bahkan semakin rendah akibat panas pada MOSFET yang diakibatkan beban arus yang semakin besar. Perubahan energi listrik menjadi panas tentunya tidak terjadi pada model simulasi, oleh karena itu efisiensi dari simulasi pada program Simulink mendapatkan hasil yang sangat baik. Dalam simulasi juga dapat diamati arus riak yang terjadi akibat proses buka-tutup MOSFET juga kecil yaitu dibawah 1A, meskipun desain arus riak maksimum adalah 3A, seperti yang dalam Gambar 4.3, artinya pemilihan ukuran induktor sudah tepat dengan kebutuhan.

Page 58: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

38  

  

Gambar 4.3. Riak Arus pada Simulasi Konverter Buck

4.3. Hasil Implementasi MPPT

Setelah dilakukan pengujian terhadap konverter buck, pengujian selanjutnya melihat hasil implementasi dari algoritma MPPT pada panel surya dan baterai. Kemudian hasilnya dianalisis dan disajikan dalam kurva berikut ini. Hasil dari penerapan metode MPPT pada system PLTS di Teknik Fisika ditunjukkan pada Gambar 4.4. dan Gambar 4.5. Sistem melakukan proses pengisian sebelumnya kepada baterai yang sudah disiapkan dengan tegangan awal 12,04 V. Dibandingkan dengan proses menghubungkan langsung panel surya dengan baterai secara langsung tanpa melewati charger controller. Kurva Tegangan-Daya pada Gambar 4.4. dan Gambar 4.5. memperlihatkan bagaimana perbandingan peforma antara menggunakan algoritma MPPT dan tanpa MPPT. Dengan dihubungkannya baterai secara langsung dengan panel surya, maka tegangan dari panel surya secara langsung akan mengikuti tegangan dari baterai. Hal ini sangat merugikan karena besarnya tegangan dan arus tidak akan dapat mengatur besarnya tegangan dan arus untuk mencapai titik daya maksimum (MPP). Oleh karena itu seperti yang diperlihatkan oleh hasil pengujian, daya yang dihasilkan oleh system MPPT lebih besar daripada system panel surya yang dihubungkan langsung dengan beban. Alasan keamanan juga merupakan alasan lain mengapa sistem MPPT lebih baik daripada system tanpa MPPT karena besaran arus dapat dikontrol dengan baik oleh sistem konverter buck. Selain itu, dengan adanya charger controller maka ada pengaman arus balik

Page 59: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

39  

  

yang mungkin terjadi saat tegangan panel surya lebih rendah dari tegangan baterai. Keberhasilan metode MPPT dikarenakan konverter buck akan meyimpan secara sementara arus dari panel surya kedalam induktor. Dengan begitu, arus keluar dari panel surya tidak terbatas oleh kapasitas (arus hubungan pendek ISC) panel surya itu sendiri. Karena berdasarkan kurva I-V panel surya, pada iradiansi tertentu, panel surya hanya dapat menghasilkan arus maksimal sesuai dengan spesifikasinya. Oleh karena itu, saat dihubungkan langsung dengan baterai, tegangan panel surya dibatasi oleh tegangan baterai, dan arus dari panel surya dibatasi oleh spesifikasi dari panel surya itu sendiri.

Tabel 4.4. Hasil Uji Pengisian Baterai tanpa MPPT Iradiansi (W/m2)

Tegangan (V)

Arus (I)

Daya (W)

460 12,04 3,77 45,39 551 12,04 4,56 54,90 610 12,04 5 60,2 699 12,04 5,67 68,27 778 12,04 6,3 75,85 841 12,04 6,91 83,14 846 12,04 6,84 82,35 917 12,04 7,75 93,31 998 12,04 8,15 98,13

1003 12,04 8,21 98,85

Page 60: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

40  

  

 

 

Gambar 4.4. Hasil Pengukuran Daya Keluaran Panel Surya tanpa MPPT

Berbeda halnya dengan saat dilengkapi MPPT dan konveter buck. Kemampuan menyimpan energi secara sementara, membuat proses pengisian baterai menjadi lebih optimal karena energi yang dihasilkan oleh panel surya dapat dimaksimalkan. Sedangkan Algoritma MPPT menentukan berapa tegangan yang terbaik bagi panel surya dalam melakukan pengisian daya Berikut adalah hasil dari implementasi MPPT. Untuk iradiansi matahari, tidak dapat diambil pada keadaan yang identik karena iradiansi matahari yang selalu berubah setiap menitnya, dan pengujian yang tidak dapat dilakukan secara bersamaan.

0

20

40

60

80

100

120

450 550 650 750 850 950 1050

Daya (W

)

Iradiansi (W/m2)

Daya Keluaran Tanpa MPPT

Page 61: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

41  

  

Tabel 4.5. Hasil Uji Pengisian Baterai dengan MPPT Iradiansi (W/m2)

Tegangan Panel (V)

Arus Panel

(I)

Tegangan Charger

(V)

Arus Charger

(I)

Daya Charger

(W) 479 6,94 25,66 12,06 6,94 83,72 546 7,8 25,83 12,06 7,80 94,08 623 9,13 26,06 12,06 9,13 110,16 705 10,15 26,25 12,06 10,15 122,41 774 11,43 26,49 12,06 11,43 137,85 823 12,16 26,62 12,06 12,16 146,65 852 12,78 26,73 12,05 12,48 150,38 946 14,13 26,98 12,05 14,13 170,27 989 14,43 27,05 12,05 14,43 173,88 998 14,93 27,11 12,05 14,93 179,91

 

 

Gambar 4.5. Hasil Pengukuran Daya Keluaran Panel Surya dengan Algoritma MPPT

0

50

100

150

200

450 550 650 750 850 950 1050

Daya (W

)

Iradiansi (W/m2)

Daya Keluaran Dengan MPPT

Page 62: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

42  

  

Gambar 4.6. Perbandingan Daya keluaran dengan dan tanpa

Algoritma MPPT Untuk proses konversi energi itu sendiri dengan menggunakan

konverter buck, terjadi penurunan daya yang cukup besar dari sistem. Seperti yang sudah dibahas sebelumya, kerugian daya paling besar disebabkan oleh disipasi daya menjadi panas akibat arus besar yang melewati MOSFET. Berikut adalah besar efisiensi dari sistem MPPT. Selain itu, pemilihan dioda untuk transmisi sinyal kontrol PWM juga belum maksimal, akibatnya proses pengendalian MOSFET tidak sempurna. Dioda yang digunakan memiliki keterlambatan, akibatnya terjadi ketidakserasian waktu membuka dan menutup MOSFET 1 dan MOSFET 3. Hal ini dapat ditanggulangi menggunakan dioda tipe UF (Ultra Fast) dan penambahan kapasitor masukan diantara MOSFET 1 dan MOSFET 3. Keterlambatan ini juga berbahaya karena dapat menyebabkan hubungan arus pendek pada MOSFET 3 yang berakibat rusaknya MOSFET 3. Apabila terjadi kerusakan pada

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

450 550 650 750 850 950 1050

Daya (W

)

Iradiansi (W/m2)

Tanpa MPPT MPPT

Linear (Tanpa MPPT) Linear (MPPT)

Page 63: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

43  

  

MOSFET 3, maka fungsi pengaman dari sistem charger tidak akan bekerja.

Tabel 4.6. Perbandingan Daya Masukan dan Daya Keluaran

Charge Controller Iradiansi (W/m2)

Daya Charger

(W)

Daya Masukan / MPP (W)

Efisiensi (%)

479 83,70 101,07 82,81 546 94,07 114,43 82,21 623 110,11 132,96 82,81 705 122,41 148,40 82,49 774 137,85 167,31 82,39 823 146,65 177,61 82,57 852 154,00 186,39 82,62 946 170,27 207,48 82,07 989 173,88 210,88 82,45 998 179,91 214,66 83,81

Pada Tabel 4.6. disajikan data perbandingan antara daya

keluaran dari panel surya dengan daya keluaran dari charger controller. Apabila digambarkan kurvanya, maka terlihat bahwa efisiensi cenderung stabil, namun daya keluaran dari panel surya akan mengikuti perubahan besarnya iradiansi yang diterima.

Page 64: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

44  

  

Gambar 4.7. Pengaruh MPP terhadap Iradiansi

Simulasi juga dilakukan didasarkan model panel surya dan konverter buck yang telah dibuat, kemudian untuk baterai menggunakan blok yang telah disediakan dalam program Simulink. Hasilnya disajikan dalam Tabel 4.7 Apabila hasil tersebut dibandingkan dengan simulasi yang telah dibuat sebelumnya, hasilnya berbeda cukup signifikan. Pada simulasi, konverter buck dapat bekerja dengan baik, selain itu daya keluaran pada simulasi yang dihasilkan oleh panel surya juga lebih besar, meskipun tidak terlalu signifikan.

Tabel 4.7. Data Simulasi Pengisian Baterai dengan MPPT

Iradiansi (W/m2)

Tegangan Panel (V)

Arus Panel

(I)

Tegangan Charger

(V)

Arus Charger

(I)

Daya Charger

(W) 479 25,86 4,01 12,04 8,47 101,98 546 25,95 4,64 12,04 9,83 118,40 623 26,16 5,22 12,04 11,14 134,18 774 26,55 6,66 12,04 14,43 173,71 823 26,71 6,82 12,04 14,86 178,87 852 26,86 6,99 12,04 15,30 184,22 989 27,25 8,17 12,04 18,14 218,35 998 27,62 8,11 12,04 18,23 219,54

0

50

100

150

200

250

450 550 650 750 850 950 1050

Iradiansi (W/m2)

Iradiansi Terhadap MPP

Daya Charger (W)

Daya Maksimum PV MPP (W)

Efisiensi (%)

Page 65: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

45  

  

Tabel 4.8. Perbandingan Daya Masukan dan Daya Keluaran pada

Simulasi MPPT Solar Charger Controller Iradiansi (W/m2)

Daya Charger

(W)

Daya Masukan / MPP (W)

Efisiensi (%)

479 101,98 103,70 98,3 546 118,40 120,41 98,3 623 134,18 136,56 98,2 774 173,71 176,82 98,2 823 178,87 182,16 98,1 852 184,22 187,75 98,1 989 218,35 222,63 98,0 998 219,54 223,99 98,0

Gambar 4.8. Daya Keluaran Simulasi dengan Pengujian

Berdasarkan kurva tersebut dapat dinyatakan bahwa Algoritma MPPT berhasil pada simulasi maupun pengujian, akan tetapi sebagai catatan, perlu dilakukan perbaikan pada konverter buck supaya hasil daya keluaran dapat lebih maksimal. Sedangkan

0

50

100

150

200

250

450 550 650 750 850 950 1050

Daya (W

att)

Iradiansi (W/m2)

Perbandingan Daya Keluaran Simulasi dan Pengujian

Simulasi

Pengujian

Page 66: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

46  

  

pada Gambar 4.9. Respon dinamik dari MPPT didapatkan dengan melaukan pengambilan data setiap satu millisecond. Respon dinamik dari sistem ditunjukkan pada Gambar 4.9. Untuk parameter respon sistem ditunjukkan pada Tabel 4.9.

Gambar 4.9. Respon Dinamik Sistem MPPT pada Iradiansi

989 W/m2

Tabel 4.9. Respon Dari Sistem MPPT

Respon Nilai Settling Time 1,026 s

Error Steady State 2,1 % Rise Time 1,026 s

Dikarenakan sistem ini merupakan pengendali proporsional, maka tidak ada overshoot pada sistem. Set point seperti pada persamaan 3.2, telah ditentukan yaitu sebesar 1 radian.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0.00

0.26

0.51

0.77

1.02

1.28

1.53

1.79

2.04

2.30

2.55

2.81

3.06

3.32

3.57

3.83

4.08

4.34

4.59

4.85

Radian

Waktu (s)

Respon Dinamik saat Iradiansi 989 W/m2

Page 67: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

 

47  

BAB V KESIMPULAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil analisis data dan pembahasan serta mengacu pada tujuan, maka kesimpulan dari laporan ini antara lain. a. Penggunaan MPPT pada solar charger controller dapat

meningkatkan efisiensi dari proses pengisian daya pada baterai dapat meningkatkan daya keluaran dari panel surya hingga 84%. Dengan settling time 1,026 detik dan error steady state adalah 2,1%

b. Dengan menggunakan MOSFET sebagai pengganti dioda pada synchronous buck converter dapat mengurangi kerugian daya akibat tegangan maju (forward voltage) dari dioda dimana MOSFET tidak memiliki tegangan maju akan tetapi hambatan nyala (RDSON), akan tetapi disipasi daya akibat panas dari MOSFET masih besar. Efisisensi dari konverter buck dapat mencapai 93,49%. Akan tetapi pada saat arus yang dilewati besar, efisiensi turun hingga 82,21%.

c. Iradiansi matahari sangat berpengaruh pada besarnya MPP dari panel surya.

5.2. Saran

Adapun saran yang dapat diberikan berdasarkan hasil analisis data dan pembahasan yang telah dilakukan adalah sebagai berikut: a. Sebaiknya system baterai yang digunakan untuk panel surya

dengan daya maksimum 230 Wp dan VOC 37.5V adalah baterai 12V

b. Penggunaan metode P&O berhasil akan tetapi masih ada kekurangan pada system konverter synchronous buck

Page 68: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

48  

  

Halaman ini sengaja kosong

Page 69: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

 

53  

LAMPIRAN Kode Sumber : #include "main.h"

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/ #define PERIOD_VALUE (1023 - 1) /* Period Value */ #define PULSE1_VALUE 512 /* Capture Compare 1 Value */ #define ADC_CONVERTED_DATA_BUFFER_SIZE ((uint32_t) 32) /* Size of array aADCxConvertedData[] */ /* Private define ------------------------------------------------------------*/ /* Private macro -------------------------------------------------------------*/ /* Private variables ---------------------------------------------------------*/ /* Timer handler declaration */ TIM_HandleTypeDef TimHandle; /* ADC handler declaration */ ADC_HandleTypeDef AdcHandle; /* ADC channel configuration structure declaration */ ADC_ChannelConfTypeDef sConfig; /* Timer Output Compare Configuration Structure declaration */ TIM_OC_InitTypeDef sPWMConfig; /* Timer Break Configuration Structure declaration */ TIM_BreakDeadTimeConfigTypeDef sBreakConfig; /* ADC */ ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;

Page 70: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

54  

  

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitDef; /* MPPT Variable */ double P1=0; /*Power (t-1) */ double P2=0; /*Power (t) */ double V_In=0; /*Input Voltage from PV) */ double V_Out=0; /*Input Current from PV) */ double I_In=0; /*Output Voltage from PV) */ double I_Out=0; /*Output Current from PV) */ uint16_t Pulse_Period = 0; /* Pulse for Driving Buck Converter */ int16_t Delta_Period = 0; /* Delta Pulse for Driving Buck Converter */ /* ADC Conversion Array */ static uint16_t aADCxConvertedData[ADC_CONVERTED_DATA_BUFFER_SIZE]; /* Counter Prescaler value */ uint32_t uwPrescalerValue = 0; /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/ void SystemClock_Config(void); void ADC_Config(void); void ADC_Convert(void); void PWM_InitConfig(void); static void Error_Handler(void); void setPeriod(uint32_t Pulse_Period); uint16_t PO(double V, double I,double VO); /* Private functions ---------------------------------------------------------*/

Page 71: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

55  

  

/** * @brief Main program * @param None * @retval None */ int main(void) { HAL_Init(); /* Configure the system clock to 72 MHz */ SystemClock_Config(); ADC_Config(); PWM_InitConfig(); /* Configure LED3 */ BSP_LED_Init(LED3); BSP_LED_Init(LED4); PWM_InitConfig(); HAL_ADC_Start(&AdcHandle); while (1) { ADC_Convert(); /* Running ADC Conversion */ if(V_Out >= 13.8){ /*Checking Battery Voltage (V>=12.8V)*/ BSP_LED_On(LED4); /*Stopping PWM Driver */ Error_Handler(); /*Infinite Idle LOOP*/ } if (I_Out < 16){ /*Checking Battery Current (I<16A) */ setPeriod(PO(V_In, I_In, V_Out)); /* Checking MPPT */ } HAL_Delay(5); /* Delay 5 ms */

Page 72: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

56  

  

} } void setPeriod(uint32_t Pulse_Period){ sPWMConfig.Pulse = Pulse_Period; if(HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&TimHandle, &sPWMConfig, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK) { /* Configuration Error */ Error_Handler(); } } void PWM_InitConfig(void){ /* Compute the prescaler value to have TIM1 counter clock equal to 72MHz */ uwPrescalerValue = (uint32_t) ((SystemCoreClock / 72000000) - 1); /*##-1- Configure the TIM peripheral #######################################*/ TimHandle.Instance = TIM1; TimHandle.Init.Prescaler = uwPrescalerValue; TimHandle.Init.Period = PERIOD_VALUE; TimHandle.Init.ClockDivision = 0; TimHandle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; TimHandle.Init.RepetitionCounter = 0; if(HAL_TIM_PWM_Init(&TimHandle) != HAL_OK) { /* Initialization Error */ Error_Handler(); } /*##-2- Configure the PWM channels #########################################*/ /* Common configuration for all channels */

Page 73: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

57  

  

sPWMConfig.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1; sPWMConfig.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH; sPWMConfig.OCNPolarity = TIM_OCNPOLARITY_HIGH; sPWMConfig.OCIdleState = TIM_OCIDLESTATE_SET; sPWMConfig.OCNIdleState = TIM_OCNIDLESTATE_RESET; sPWMConfig.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE; /* Set the pulse value for channel 1 */ sPWMConfig.Pulse = PULSE1_VALUE; if(HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&TimHandle, &sPWMConfig, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK) { /* Configuration Error */ Error_Handler(); } /* Set the Break feature & Dead time */ sBreakConfig.BreakState = TIM_BREAK_DISABLE; sBreakConfig.DeadTime = 5; sBreakConfig.OffStateRunMode = TIM_OSSR_ENABLE; sBreakConfig.OffStateIDLEMode = TIM_OSSI_ENABLE; sBreakConfig.LockLevel = TIM_LOCKLEVEL_1; sBreakConfig.BreakPolarity = TIM_BREAKPOLARITY_HIGH; sBreakConfig.BreakFilter = 0; sBreakConfig.AutomaticOutput = TIM_AUTOMATICOUTPUT_ENABLE; sBreakConfig.Break2State = TIM_BREAK2_ENABLE; sBreakConfig.Break2Polarity = TIM_BREAK2POLARITY_HIGH;

Page 74: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

58  

  

sBreakConfig.Break2Filter = 0; if(HAL_TIMEx_ConfigBreakDeadTime(&TimHandle, &sBreakConfig) != HAL_OK) { /* Configuration Error */ Error_Handler(); } /*##-3- Start PWM signals generation #######################################*/ /* Start channel 1 */ if(HAL_TIM_PWM_Start(&TimHandle, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK) { /* Starting Error */ Error_Handler(); } /* Start channel 1N */ if(HAL_TIMEx_PWMN_Start(&TimHandle, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK) { /* Starting Error */ Error_Handler(); } } void ADC_Config(void){ AdcHandle.Instance = ADC1; if (HAL_ADC_DeInit(&AdcHandle) != HAL_OK) { /* ADC de-initialization Error */ Error_Handler(); } AdcHandle.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_ASYNC_DIV1; AdcHandle.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B; AdcHandle.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;

Page 75: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

59  

  

AdcHandle.Init.ScanConvMode = ENABLE; /* Sequencer disabled (ADC conversion on only 1 channel: channel set on rank 1) */ AdcHandle.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV; AdcHandle.Init.LowPowerAutoWait = DISABLE; AdcHandle.Init.ContinuousConvMode = ENABLE; /* Continuous mode disabled to have only 1 sequence converted at each conversion trig, and because discontinuous mode is enabled */ AdcHandle.Init.NbrOfConversion = 4; /* Sequencer of regular group will convert the 2 first ranks: rank1, rank2, rank3 */ AdcHandle.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START; /* Trig of conversion start done manually by software, without external event */ AdcHandle.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE; AdcHandle.Init.DMAContinuousRequests = ENABLE; AdcHandle.Init.Overrun = ADC_OVR_DATA_OVERWRITTEN; /* Initialize ADC peripheral according to the passed parameters */ if (HAL_ADC_Init(&AdcHandle) != HAL_OK) { Error_Handler(); } /* ### - 2 - Start calibration ############################################ */ if (HAL_ADCEx_Calibration_Start(&AdcHandle, ADC_SINGLE_ENDED) != HAL_OK) {

Page 76: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

60  

  

Error_Handler(); } /* ### - 3 - Channel configuration ######################################## */ sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_1; /* Sampled channel number PA.0*/ sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1; /* Rank of sampled channel number ADCx_CHANNEL */ sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_61CYCLES_5; /* Sampling time (number of clock cycles unit) */ sConfig.SingleDiff = ADC_SINGLE_ENDED; /* Single-ended input channel */ sConfig.OffsetNumber = ADC_OFFSET_NONE; /* No offset subtraction */ sConfig.Offset = 0; /* Parameter discarded because offset correction is disabled */ if (HAL_ADC_ConfigChannel(&AdcHandle, &sConfig) != HAL_OK) { Error_Handler(); } /* ### - 3 - Channel configuration 2######################################## */ sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_2; /* Sampled channel number PA.1*/ sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_2; /* Rank of sampled channel number ADCx_CHANNEL */ /* Parameter discarded because offset correction is disabled */ if (HAL_ADC_ConfigChannel(&AdcHandle, &sConfig) != HAL_OK) { Error_Handler(); }

Page 77: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

61  

  

/* ### - 3 - Channel configuration 23######################################## */ sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_3; /* Sampled channel number PA.2*/ sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_3; /* Rank of sampled channel number ADCx_CHANNEL */ /* Parameter discarded because offset correction is disabled */ if (HAL_ADC_ConfigChannel(&AdcHandle, &sConfig) != HAL_OK) { Error_Handler(); } /* ### - 3 - Channel configuration 4######################################## */ sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_4; /* Sampled channel number PA.3 */ sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_4; /* Rank of sampled channel number ADCx_CHANNEL */ /* Parameter discarded because offset correction is disabled */ if (HAL_ADC_ConfigChannel(&AdcHandle, &sConfig) != HAL_OK) { Error_Handler(); } /* ### - 4 - Start conversion in DMA mode ################################# */ if (HAL_ADC_Start_DMA(&AdcHandle, (uint32_t *)aADCxConvertedData, ADC_CONVERTED_DATA_BUFFER_SIZE ) != HAL_OK) { Error_Handler();

Page 78: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

62  

  

} } void ADC_Conversion(void){} void ADC_Convert(void){ V_Out = aADCxConvertedData [0] * 15.36 /4095; V_In = aADCxConvertedData [1] * 55.77 /4095; I_In = aADCxConvertedData [3] * 28.96 /4095; I_Out = aADCxConvertedData [4] * 18.3 /4095; } void SystemClock_Config(void){ RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct; RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct; RCC_PeriphCLKInitTypeDef RCC_PeriphClkInit; /* Enable HSE Oscillator and activate PLL with HSE as source */ RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE; RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON; RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9; /* Configures the USB clock */ HAL_RCCEx_GetPeriphCLKConfig(&RCC_PeriphClkInit);

Page 79: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

63  

  

RCC_PeriphClkInit.USBClockSelection = RCC_USBCLKSOURCE_PLL_DIV1_5; HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&RCC_PeriphClkInit); if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct)!= HAL_OK) { /* Initialization Error */ while(1); } /* Select PLL as system clock source and configure the HCLK, PCLK1 and PCLK2 clocks div+iders */ RCC_ClkInitStruct.ClockType = (RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK | RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2); RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK; RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1; RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2; RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1; if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2)!= HAL_OK) { /* Initialization Error */ while(1); } } uint16_t PO(double V, double I,double Vbat){ uint16_t D; /*Check if Battery Voltage Greater than PV */ if (V < Vbat){

Page 80: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

64  

  

BSP_LED_On(LED4); /*Stopping PWM Driver */ }else{ BSP_LED_Off(LED4); /*Starting PWM Driver */ P1=P2; P2=V*I; float dP=P2-P1; if (Delta_Period==0){ if (dP>1){ Delta_Period=1; Pulse_Period=Pulse_Period+Delta_Period;} else{ if (dP<-1){ Delta_Period=-1; Pulse_Period=Pulse_Period+Delta_Period; }else{ Delta_Period=0;} } } else{ if ((dP<1)&&(dP>-1)){ Delta_Period=0; Pulse_Period=Pulse_Period+Delta_Period; }else{ if ((dP>1) && (Delta_Period>0)){ Delta_Period=1; Pulse_Period=Pulse_Period+Delta_Period;} else if ((dP<-1) && (Delta_Period>0)){ Delta_Period=-1; Pulse_Period=Pulse_Period+Delta_Period;}

Page 81: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

65  

  

else if ((dP<-1) && (Delta_Period<0)){ Delta_Period=1; Pulse_Period=Pulse_Period+Delta_Period;} else if ((dP>1) && (Delta_Period>0)){ Delta_Period=-1; Pulse_Period=Pulse_Period+Delta_Period; } } } } D = Pulse_Period/(Pulse_Period+1023); return D; } static void Error_Handler(void){ /* Turn LED3 on */ BSP_LED_On(LED3); while (1) { } }  

 

Page 82: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

 

49  

DAFTAR PUSTAKA

Yuanhui, B., & Wei, L. (2011). Research of Maximum Power Point Tracking for Photovoltaic with Buck Chopper . Intelligent Systems and Applications (ISA), 28-29 (May 2011), 1-4.

Arulmurugan, R., & Suthanthira Vanitha, N. (2013). Intelligent fuzzy MPPT controller using analysis of DC to DC novel buck converter for photovoltaic energy system applications . Pattern Recognition, Informatics and Mobile Engineering (PRIME).

Iqbal, Z., Nasir, U., Rasheed, M., & Munir, K. (2015). A comparative analysis of synchronous buck, isolated buck and buck converter . in Environment and Electrical Engineering (EEEIC) 2015 IEEE 15th International Conference(10-13 Jun), 992-996.

JiLong , W., & ShengMin , L. (2015). Research on PV maximum power point tracking based on improved perturbation and observation methodin. Chinese Automation Congress (CAC)(27-29 Nov. 2015.), 1344-1348.

Kollimalla, S., & Mishra, M. (Sept. 2014). A Novel Adaptive P&O MPPT Algorithm Considering Sudden Changes in the Irradiance. Energy Conversion, IEEE Transactions, 29(3), 602-610.

Markvart, T. (1994). Solar Electricity,. Chichester: John Wiley & Sons,.

Page 83: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

50  

  

Musseli, M., Notton, G., Poggi, P., & Louche, A. (2000). PV-hybrid power systems sizing incorporating battery storage: An analysis via simulation calculations. Renewable Energy, 20(1), 1-7.

PANASONIC. (2005, Juni). VRLA BATTERIES : CHARGING METHODS. Retrieved from Pansonic.

Pantelimon, R., Adam, M., Andrusca, M., & Pancu, C. (2013). Aspects regarding solar battery charge controllers in Advanced Topics in Electrical Engineering (ATEE). 2013 8th International Symposium, 1-6.

Prima, B. (2013). RANCANG BANGUN MAXIMUM POWER POINT TRACKING (MPPT) PADA PANEL PHOTOVOLTAIC BERBASIS LOGIKA FUZZY DI BUOY WEATHER STATION. Surabaya: ITS.

Rashid, M. H. (2001). Power Electronics Handbook. Canada: Academic Press.

Shiau, J.-K., Wei, Y.-C., & Lee, M.-Y. (2015). Fuzzy Controller for a Voltage-Regulated Solar-Powered MPPT System for Hybrid Power System Applications. Energies, 3292-3312.

Tjahjono, A., Qudsi, O., Windarko, N., Anggriawan, D., Priyadi, A., & Purnomo, M. (2014). Photovoltaic module and maximum power point tracking modelling using Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System. Electrical Engineering and Informatics (MICEEI).

Page 84: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

51  

  

Z. Iqbal, U. N. (2015). A comparative analysis of synchronous buck, isolated buck and buck converter. Environment and Electrical Engineering (EEEIC). Rome.

Zhejiang Ganghang. (n.d.). GH Solar Datasheet. Beijing: Zhejiang Ganghang.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 85: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

52  

  

 

 

 

 

   

 

 

 

Halaman ini sengaja kosong 

Page 86: RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER …repository.its.ac.id/81817/1/2412100019-Undergraduate_Thesis.pdf · RANCANG BANGUN MPPT SOLAR CHARGER CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCHRONOUS

  

BIODATA PENULIS

Penulis dilahirkan di kota Semarang pada tanggal 10 Oktober 1994. Melalui pendidikan dasar di SD Yayasan Binong Permai dan jenjang lanjut di SLTPN 9 Tangerang. Menempuh pendidikan sekolah menengah atas di SMAN 8 Tangerang dan berhasil masuk Perguruan Tinggi Negeri Institut Teknologi Sepuluh Nopember melalui jalur SNMPTN Undangan. Selama masa perkuliahan penulis aktif berkegiatan di ranah

Laboratorium sebagai admin Laboratorium Simulasi dan Komputasi Teknik Fisika ITS. Penulis mengabil Tugas Akhir pada semester kedelapan pada bidang minat Rekayasa Instrumentasi. Melalui buku ini, penulis berharap agar penelitian ini dapat bermanfaat untuk penelitian selanjutnya dan berdampakkpostitif bagi perkembangan ilmu pengetahuan bagi bangsa dan negara.