HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
107 memiliki
harga yang relatif rendah sehingga pemanfaatan energi surya dapat dilakukan secara
optimal.
III.2 Perancangan Sistem
Baterai merupakan perangkat yang digunakan untuk menyimpan energi listrik
dan merupakan salah satu komponen penting pada PLTS. Perangkat ini berfungsi agar
PLTS dapat bekerja dengan stabil pada berbagai kondisi cuaca dan saat malam hari.
Pada pemakaian normal, baterai digunakan pada saat malam hari atau saat
cuaca dimana sinar matahari kurang. Bila terjadi kondisi beban yang berlebih pada siang
hari, baterai dapat digunakan untuk menambah daya yang dihasilkan panel surya agar
memenuhi permintaan beban.
Perancangan sistem secara keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 2.
Mikrokontroler berfungsi sebagai kendali utama pada sistem BCU yang mengolah data
dan mengirimkan data dari ke modul sun tracer, menampilkan data baterai ke LCD, dan
membaca data baterai arus, tegangan, temperatur. Kemudian interface akan
mengolah sinyal output sensor supaya bisa dibaca oleh mikrokontroler. Perangkat
sensor membaca data baterai selama proses charging dan discharging. Modul MPPT
dan sun tracer kemudian menentukan lokasi dari panel surya agar menangkap sinar
matahari yang optimal dan memaksimalkan daya output. Selanjutnya DC to AC
converter inverter akan mengubah tegangan searah dari baterai ke tegangan jala‐jala.
Secara garis besar, pelaksanaan perancangan sistem BCU diprioritaskan mulai dari
perangkat bagian charger atau pengisi baterai, perancangan mppt, perancangan
inverter dan monitoring sistem. Pada tahun pertama penelitian difokuskan pada bagian
charger dengan menggunakan MPPT dan pada tahun kedua merambah ke bagian
inverter.
108 Apabila
panel surya beroperasi pada titik Maximum Power Point MPP, makan daya maksimal
dapat dihasilkan dari panel. Pengoperasian panel surya di luar titik tersebut akan
mengurangi pemanfaatan daya yang tersedia sekaligus akan mengurangi efisiensi daya.
Pelacakan titik MPP pada teganganarus panel surya disebut dengan Maximum Power
Point Tracking. Dalam
tahapan ini kegiatan dititikberatkan pada metoda pengisian baterai dari panel
surya dengan menggunakan kontrol charger yang menggunakan MPPT. Charger ini
berfungsi sebagai kontrol untuk mengekstrak daya maksimal panel surya supaya berada
pada daerah operasi MPP, mengontrol proses pengisian agar baterai lebih tahan lama,
melindungi baterai dari over‐charging dan under‐charging, serta melindungi dari pemakaian
yang berlebih overload.
III.3 Maximum Power Point Tracking
MPPT merupakan sistem elektronik yang mengatur dan mengkondisikan panel
surya sedemikian rupa sehingga panel surya tersebut menghasilkan daya maksimal.
MPPT bukan merupakan sistem mekanik yang memposisikan panel terhadap matahari,
namun merupakan rangkaian elektronik murni yang mengatur titik kerja panel agar
diperoleh transfer daya terbaik yang dimiliki panel surya.
Sifat panel surya diwakili oleh karakteristik arus dan tegangannnya yang disebut
kurva I‐V seperti terlihat pada Gambar 3. Kurva tersebut menunjukkan arus yang
dihasilkan oleh panel surya ‐‐ dalam hal ini disebut modul fotovoltaik‐‐ I
m
, sebagai
suatu fungsi dari tegangan modul fotovoltaik V
m
, pada suatu radiasi spesifik dan
temperatur sel spesifik. Jika sebuah modul fotovoltaik dikenai hubung singkat V
m
= 0, maka
arus hubung singkat I
sc
mengalir. Pada keadaan rangkaian terbuka I
m
= 0, maka tegangan
modul disebut tegangan terbuka V
oc
. Daya yang dihasilkan modul fotovoltaik
adalah sama dengan hasil kali arus dan tegangan yang dihasilkan oleh modul fotovoltaik.
109
Gambar 3. Karakteristik daya pada panel surya
Pada penelitian ini, algoritma yang digunakan untuk menentukan MPPT adalah
Perturb and Observe. Prinsipnya yaitu memodifikasi tegangan dan arus panel surya
sampai mendapatkan daya maksimal. Bila kenaikan tegangan sel ternyata menaikkan
daya keluaran maka sistem akan menaikkan tegangan sampai daya keluaran mulai turun.
Bila sampai tahap ini terjadi, maka tegangan akan diturunkan sampai diperoleh daya
maksimum lagi. Jadi titik daya maksimum akan diperoleh pada kisaran nilai tersebut.
Gambar 4 menunjukkan algoritma pemrograman yang digunakan untuk
membangun sistem MPPT. Dalam pelaksanaannya, perancangan awal dan pembuatan
pemrograman dilakukan dengan menggunakan modul mikrokontroler AVR. Perangkat
lunak yang digunakan adalah AVR Studio dari Atmel dengan menggunakan bahasa
pemrograman C.
Beberapa pemrograman yang sudah dilakukan adalah pembuatan routine untuk
kontrol keypad, Analog to Digital Converter 10 bit, dan kontrol IO. Sedangkan
pembuatan algoritma PO dikerjakan pada modul MP612.
110
Gambar 4. Algoritma Pemrograman MPPT
111
Gambar 5. Perancangan program mikrokontroler dengan menggunakan AVR Studio
Skema blok pengontrol utama MPPT MP612 dapat dilihat pada Gambar 6 di
bawah. Adapun fungsi yang penting dari skema tersebut antara lain adalah sebagai
pengukur tegangan dan arus dari sumber panel surya, implementasi algoritma MPPT
termasuk di dalamnya adalah perhitungan daya dan penjejak daya maksimum,
pengontrol sinyal PWM, pengukur arus luaran, proteksi dan komunikasi serial.
C1 C2
PWM BUCK-BOOST CONVERTER
MPPT charge controller
BOOST ON
L1 D1
BUCK ON
ANALOG SIGNAL CONDITIONING CIRCUIT
PV current
sense and
voltage sense
PV voltage sense
MPT612 IC
PV current sense BAT voltage sense
BAT current sense 3.3 V
1.8 V clock
reset temperature sense
+ +
+ +
+
LOAD CONTROL AND MONITOR
CIRCUIT MOSFET GATE
DRIVER CIRCUIT PWM
POWER SUPPLY RESET AND
CLOCK CIRCUIT
dari solar panel
ke baterai
beban DC
LEDIndikator Kontrol
Komunikasi Port Serial
sensor tegangan dan arus batere
112
Gambar 6. Blok diagram pengontrol utama MP612
Sistem MPPT lebih kompleks dibandingkan dengan sistem PWM biasa. Tegangan
pada panel surya berubah‐ubah dipengaruhi oleh suhu dan waktu. Tegangan optimal
pengisian baterai berubah mengikuti kondisi dari baterai pada saat itu, seperti yang
tercantum pada Gambar 7 di bawah ini.
Q1
Q3 Q4
Q2 V
V
V V
BAT+ PV+
PV- BAT-
Gambar 7. Rancangan DC‐to‐DC Converter
Blok DC to DC converter merupakan rangkaian step updown yang berfungsi
menyalurkan daya dari panel surya ke beban. Mengacu pada konfigurasi rangkaiannya,
converter ini dapat dioperasikan sebagai buck‐only tegangan panel surya lebih
113
BAT_12 V PV_positive
PV_current_ref_B PV_voltage_ref
PV input
J14D 282856-8
PV_current_ref_A Rsense
PV_power PV_positive
BAT_gate_drive BAT_gate_drive
V
DD3V3
BAT_voltage_ref BAT_current_ref_A
BAT_current_ref_B Load_current_ref_B
Load_current_ref_A BAT_POWER
6 7
5 8
Buck mode_enable PV_power
Load_cutoff BAT_12V
3 1
2 VCC
U3 IRS21171
IN
C14 10 F
25 V R28
10 k 5
R3 68.1 k
1
KK 1
2 7
8 +
MOV1
CN2220K25G
A2 P
N P
N P
N N
A1
R5 3.9 k
1
D19 24 V
0.5 W
Q11 PMBT2222A
2 Q9
PBSS4160T Q13
PBSS4160T
DNI R122
33 5
C62 4.7 F
50 V C4
680 F 35 V
C3 1000 F
50 V C5
1000 F 50 V
R32 10 k
5 R21
10 k 5
R121 100 k
5 R33
20 k 5
R6 0.010
1
R111 10 k
5 R31
C70 0.1 F
C13 0.1 F
C71 0.1 F
R81 20 k
5 R82
20 k 5
R124 1 k
5
NC1 COM
1 2
P C
3 2
1 1
2 3
2 1
E B
BAT_overvoltage Buck_PWM
Buck mode_enable
N
C15 10 F
63 V
P N
C69 0.1 F
C16 10 F
63 V R22
3 4
4 4
20 k 5
R76 1 k
5 R10
0.01 1
R1 C1
15 5
R2 15
5 4.7 nF
200 V C2
4.7 nF 200 V
D9 12 V
0.5 W
P 1
2 N
3 4
8 7
6 5
VB HO
V
S
NC2
TP11
1
TP7
1
TP12 Q5
PBSS8110Z M5
PMV65XP M6
PMV65XP Q1
PSMN8R2-80YS1 1
D2 STPS40L45CG
K A2
A1
D5 BYV42E
J14C F1
12 A fuse holder
282856-8 J14A
282856-8
KK 12 V battery
LOAD 2 LOAD 1
+ A2
A1 5
6
1
TP2
1
D8 BYV44
KK A2
A1
TP4
1
TP9
1
TP5
1
TP6
1
TP30
1
TP3 D1
ES1B
1 2
1
D7 ES1B
2 1
BAT_12V
D12 ES1B
2 1
TP1
1
Q3 PSMN8R2-80YS
D13 BYV42E
R4 27.4 k
1
R7 4.7 k
1 R8
0.005 1
R113 47 k
5
R16 33
5 R115
47 k 5
Q2 PSMN1R3-30YL1
Q8 PBSS4160T
Q4 PSMN1R3-30YL
L1 85 H
20 A TP8
4
1 4
9 3
10 2
11 1
12 P
N
C7 680 F
35 V C27
4.7 F 50 V
F2 12 A fuse holder
1 +
2
J14B 282856-8
3 +
4
Gambar 8. Rancangan DC‐to‐DC Converter
besar dari tegangan baterai, boost‐only tegangan panel surya lebih kecil dari tegangan
baterai atau buck‐boost dimana tegangan panel surya boleh bervariasi perpaduan
operasi buck dan boost.
Sampai pada akhir kegiatan ini telah dirancang rangkaian DC‐DC Buck‐Boost
Converter BCU dengan skema seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8. Masukan DC‐DC
Buck ‐Boost Converter didesain untuk dapat menangani variasi tegangan DC yang
berkisar antara 10 – 27 V tegangan nominal panel surya 12V, dengan arus pengisian
maksimum 6 A.
VoltageCurrent Sense
Bagian ini berfungsi mendeteksi besar arus dan tegangan yang diberikan pada masukan
DC ‐DC Buck‐Boost Converter, atau arus dan tegangan yang dihasilkan sumber listrik
114 dalam
hal ini adalah modul surya. Parameter nilai yang dideteksi memungkinkan untuk digunakannya
sebagai pengatur konfigurasi DC‐DC converter. Pada gambar berikut diperlihatkan
model rangkaian elektronika VoltageCurrent Sense.
PV voltage sense circuit
PV current sense circuit
PV_voltage_ref 2nd order low-pass filter
PV volt sense_boost
PV volt sense_buck V
DD3V3_A
V
DD3V3_A
V
DD3V3
1 2
U4B LPV324M
R23 10 k
1 C20
0.01 F C22
0.01 F
C21 0.1 F
L8 121E_bead
C19 10 F
16 V CMAX
TP13
5 6
7 1
11 4
V
DD3V3_A U4A
LPV324M
3 2
1 11
4
R26 10 k
1 R27
1 k 1
R24 10 k
1 R25
68.1 k 1
0.01 F C18
U4C LPV324M
R64 10 k
1 C68
0.01 F TP15
10 9
8 1
11 4
R35 10 k
1 R66
10 k 1
V
DD3V3_A
GNDA GNDA
GNDA GNDA
GNDA GNDA
GNDA
GNDA GNDA
PV_current_ref_A
C25 0.01 F
TP14
1 1
2 5
3 4
VIN+ V+
U14 VIN
GND INA194AIDBVT
OUT GAIN 50
R29 68.1 k
1
2nd order low-pass filter
PV current sense GNDA
GNDA
C26 0.01 F
GNDA
C49 0.1 F
C24 0.1 F
V
DD3V3_A
V
DD3V3_A
U4D LPV324M
12 13
14 11
4
R30 68.1 k
1 0.01 F
C23 R86
100 1
PV_current_ref_B
R87 1
1 100
1
GNDA
GNDA
Gambar 9. Rangkaian voltagecurrent sense
MPT612 Digital Circuit
Bagian ini merupakan perangkat utama untuk implementasi algoritma MPPT dimana
proses identifikasi atau tracking daya maksimum masukan dari modul surya dilakukan.
Bagian ini juga merespon parameter pembacaan besar arus dan tegangan solar panel
dalam bentuk pengisian daya pada baterai atau distribusi arus pada beban. MPT612
merupakan mikrokontroler yang mengendalikan proses tracking, sensing arus dan
tegangan serta kontrol lain termasuk port untuk komunikasi. Bentuk rangkaian
elektronika dari MPT612 digital circuit dapat dilihat seperti pada gambar berikut.
115
V
DD3V3 D10
MMBD4148
X1 12.000 MHz
SW2 RESET SW
R72 47 k
5
R120 1 M
5 C41
0.1 F
DC1 0.1 F
C42 22 pF
C43 22 pF
3 1
2
MPT612FBD48
PIO19MAT1_2MISO1 1
42 2
3 44
47 48
41 45
46 13
14 29
30 22
23 24
28 18
21 32
PIO20MAT1_3MOSI1 PIO21SSEL1MAT3_0
PIO20 PIO21
PIO14EINT1SCK1DCD1 PIO17CAP1_2SCL1
PIO18CAP1_3SDA1 PIO13MAT1_1DTR1
PIO15EINT2RI1 PIO16EINT0MAT0_2
PIO0MAT3_1TXD0 PIO1MAT3_2RXD0
TXD0 EINT1
PIO17 PIO18
RXD0 PIO8TXD1PWMOUT1
PIO9RXD1PWMOUT2 PIO4SCK0
PIO5MISO0 PIO6MOSI0
PWMOUT0 PIO2SCL0
PIO3SDA0 PVVOLTSENSEBUCK
33 PVVOLTSENSEBOOST
34 PVCURRENTSENSE
35 PIO10CAP1_0RTS1AD3
36 PIO11CAP1_0CTS1AD4
37 PIO12MAT1_0DSR1AD5
PV volt sense_buck Powerdown_wakeup
Buck_power_enable PIO09
PIO08 Load_cutoff
Buck_PWM
PV volt sense_boost PV current sense
PIO2 PIO3
Load current sense BAT current charge
NTC for ambient temp measurement
NTC response At 25 C = 1.5 k
At 0 C = 4.28 k At 85 C = 440
BAT volt sense
GNDA GNDA
V DD
A DC
38 PIO25AD6
39 7
19 31
43 PIO26AD7
GNDA 8
TRSTPIO27CAP2_0 9
TMSPIO28CAP2_1 10
TCKPIO29CAP2_2 15
PIO30MAT3_3TDI 16
PIO31TDO 26
RTCK 27
JTAGSEL
6 RST
TRST TMS
TCK TDI
TDO RTCK
DEBUGSEL
11 X1
DR3 10 k
5
4 V
DDRTC
25 RTXC2
DR4 10 k
5 R79
2.2 k 1
V
DD3V3
A K
U15 V
DD3V3
R75 2.2 k
5 D18
LED_RED1
V
DD3V3
A K
V
DD3V3 R57
1 k 5
V
DD3V3
Buck mode_enable
R53 10 k
5 R56
4.7 k 5
L4 121E_bead
R65 4.7 k
5 D17
LED_GREEN1
V
DD3V3
A K
R58 2.2 k
5 D16
LED_YELLOW1
DR2 10 k
5 DR1
10 k 5
R67 10 k
5
R84 100
1 NTC1
NTC
20 RTXC1
G ND
G ND
G ND
A DC
G ND
12 X2
TP19
1
TP23
1
TP24
1
TP31
1 2
1
TP32
1
TP25
1
TP21
1 5
V DD
C V
DD1V8 L3
121E_bead C40
0.1 F C38
0.1 F C37
0.1 F C39
0.1 F
2 1
40 17
V DD
I O
V DD
I O
V
DD3V3 L2
121E_bead
2 1
V
DD3V3_A
Gambar 10. Rangkaian Digital MPT612
Power Supply
Rangkaian power supply dirancang untuk memberikan supply daya pada divais
elektronika BCU. Rangkaian power supply dapat bekerja dengan mengambil energi
listrik dari baterai 12 V
DC
dan menghasilkan luaran 3,3 V
DC
. Skema rangkaian elektronika
power supply dapat dilihat seperti pada gambar di bawah.
116
U12 74LVC1G332GW
Q6 PMBT2222A
D11 PMEG6010CEJ
M1 PMV65XP
N CMAX
U10 TPS73018DBV
Q7 PMBT2222A
U11B LPV324M
U11C LPV324M
GNDA Load_current_ref_B
Load_current_ref_A Load current sense
Buck_power_enable U11A
LPV324M
R123 100 k
1 TP27
2 3.3 V_standby
3.3 V_standby BAT_voltage_ref
1
BAT voltage comparator Switching regulator circuit for V
DD3V3
1
PV voltage comparator 3
1 1
1 3
2 5
B C
E E
B C
C59 0.1 F
4 6
4 11
R77 100 k
1 R118
4.7 k 5
R108 22 k
1 R107 DNI
10 k 1
R116 15 k
1 R106
15 k 1
R103 1 M
5 TP26
L7 47 H
1 1
2 3
4 K
A 2
C56 0.1 F
C51 330 pF
C55 0.1 F
C54 680 F
10 V C57
0.1 F C58
0.1 F C52
2.2 F 16 V
R119 4.7 k
5 R101
10 k 5
R100 47 k
5 R96
20.5 k 1
R93 0.2
C53 47 F
25 V CMAX
C65 4.7 F
50 V L5
121 Bead
2 1
L6 121
Bead
1 2
U11D LPV324M
R104 100 k
1 TP29
12 3.3 V_standby
PV_voltage_ref Powerdown_wakeup
13 14
1 11
4
R110 20.5 k
1 R105
10 k 1
R98 100
1 R99
12.4 k 1
R97 100
5
R94 2.2 k
1 R102
1 M 2 5
R109 1 M
5 TP28
1
3.3 V_standby 5
6 11
4 7
10 9
11 4
8 3.3 V_standby
3.3 V_standby
R78 10 k
1 R117
15 k 1
3.3 V_standby V
DD3V3
1 3
5 4
2 GND
IN EN
OUT NR
3.3 V_standby GNDA
BAT_current_ref_B BAT_12 V
V
DD1V8
MT1 MOUNTING
HOLE
BAT_current_ref_B 1
R114 2 M 2
1 C61
4.7 nF
C60 0.1 F
C73 0.33 F
3.3 V_standby 1
7 6
5 8
SW emitter Timing cap
GND SW collector
I peak sense V
CC
Comp inv IP Drive collector
U9
MC33063A
1 1
1
Gambar 11. Skema Power Supply
Realisasi Rangkaian PCB
Seluruh sub‐sistem rangkaian BCU selanjutnya diimplementasikan pada papan PCB
seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut tampilan tampak atas dan bawah.
117
Gambar 12. Printed Circuit Board prototype BCU
III.4 Rangkaian Inverter
Inverter merupakan bagian dari sistem BCU yang mengkonversi sumber arus searah
DC menjadi arus bolak‐balik AC. Hasil keluaran Inverter berupa arus AC yang siap
digunakan untuk pemakaian sebagaimana yang tersedia pada jaringan jala‐jala listrik
PLN. Blok Perancangan inverter dapat dilihat pada Gambar 13 berikut.
DCDC Boost
dan MPPT
Single-Phase AC Grid
DCAC Inverter
Modul Panel Surya
LCD Display dan User
Interface Auxiliary
Power Supply
+12V +5V
+3.3V
EMI Filter
dsPIC DSC
118
Gambar 13. Blok diagram perancangan Inverter
Sumber
listrik searah yang dihasilkan oleh panel surya diubah menjadi arus dan tegangan
AC yang mempunyai fasa sama dengan fasa jala‐jala. Filter EMI Electromagnetic
Interference bertugas mengurangi noise yang dihasilkan oleh inverter dan
menjembatani impedansi dengan jala‐jala Gambar 14. Jantung pengendali berupa prosesor
yang mengendalikan aliran daya dari panel surya ke jala‐jala. Prosesor tersebut menjalankan
algoritma MPPT, fault control, dan beberapa interaksi digital lainnya.
Modul Panel
Surya
EMIEMC Single-Phase
AC Grid Filter
Interleaved Flyback
Gambar 14. Interleaved flyback converter
Interleaved flyback converter mengurangi arus ripple yang melalui kapasitor. Bentuk
gelombang input dan output dari interleaved flyback berupa duty cycle 50 terhadap
pasangannya. Secara
keseluruhan, rangkaian kontrol terdiri dari Digital Phase‐Locked Loop PLL, MPPT
Loop, Current Control Loop dan Load Balance Control Loop Gambar 15.
119
I
ACREF
PI PWM
ADC Output Filter
SH
AC Grid
SH
ACgrid AC inv
AC pv
pv
PLL MPPT
EMIEMC Filter
Gambar 15. Diagram Control Loop
Digital Phase‐Locked Loop PLL
Salah satu komponen paling penting pada rangkaian converter adalah PLL yang
menghasilkan frekuensi tegangan jala‐jala dan sudut fasa untuk mengontrol sinkronisasi
keluaran ke jala‐jala. Frekuensi estimasi
e
ω dan sudut fasa e θ yang dibuat oleh PLL tidak
hanya berfungsi mengontrol dan menghasilkan sinyal melalui proses sintesis dan
transformasi, namun berfungsi pula untuk proteksi bila terjadi pemutusan mendadak
pada jala‐jala. Pendeteksian ini dilakukan dengan menggunakan hardware maupun
software. Pada
sisi software, tegangan jala‐jala diambil sampelnya menggunakan ADC dan disimpan
pada suatu register. Pada setiap kali dilakukan sampel, polaritas tegangan juga akan
direkam. Bilamana terjadi perubahan polaritas, software akan mencatat terjadinya zero
‐voltage detect. Sebuah counter akan menghitung jangka waktu terjadinya dua buah
zero‐voltage detect yang menunjukkan setengah dari perioda tegangan jala‐jala. Nilai
itu akan disimpan dan dijadikan rujukan untuk menentukan sudut fasa pada tabel untuk
menghasilkan sinusoidal 0‐90 derajat. Sedangkan sudut fasa 90‐180 derajat dapat dihasilkan
dari kebalikannya.
120 MPPT
Loop Algoritma
yang digunakan pada perancangan inverter ini adalah Perturb Observe. Diagram
alur algoritmanya dapat dilihat pada gambar berikut. Penjejakan MPP dilakukan
dengan cara menaikkan atau menurunkan arus referensi secara periodik Gambar
16. Blok
‘MPPT ref C’ menunjukkan proses terjadinya proses ‘perturb’ pada tegangan yang dihasilkan
oleh panel surya. Sedangkan tanda plus atau minus menunjukkan arah apakah
selaras dengan ‘perturb’ atau kebalikannya.
121
Start
Read PowerOld
Measure V
pv
, I
pv
PowerNew = V
pv
I
pv
PowerNew PowerOld MPPT ref+
C
PowerOld = PowerNew
Yes
No
MPPT ref- C
Gambar 15. Diagram alur MPPT pada Inverter
Current Control Loop
Bagian ini berupa PI Proportional Integral dan merupakan jantung dari sistem kontrol.
Loop ini akan mengkoreksi kesalahan dari dua arus yaitu arus input dan arus referensi.
Keluaran dari current control loop adalah berupa sinyal kontrol yang memastikan arus
input selalu sesuai dengan arus referensi. Current control loop beroperasi pada
frekuensi 57 kHz dan bandwidth 2500Hz untuk frekuensi switching 114 kHz. Keluaran
122 dari
current control loop menentukan duty cycle kerja mosfet. Adapun pemodelan kontrolnya
dapat dilihat pada Gambar 17 berikut.
V
in_ref-secondary1
Out1
V
grid
and I
ACref
V
o
I
oref
Transfer Fcn3 1
10e-3s+1 Transfer Fcn2
1 10e-3s+1
Scope7 Scope6
Scope3 Scope2
FlybackBuck Boost 1 Vin
D Vo
D1 I
I
o MOSFET1
I
MOSFET2
ADC1 In1
In2 In3
In4 In5
In6 Out1
Out2 Out3
Out4 Out5
Out6
Digital Controller 1
V V
o in
I
oref
I I
o MOSFET1
I
MOSFET2
D1 D2
Gambar 17. Pemodelan kontrol Inverter dengan menggunakan Matlab
Load Balance Control Loop
Keluaran tegangan dari masing‐masing flyback bisa jadi sedikit berbeda. Perbedaan ini
terjadi karena adanya perbedaan karakteristik internal pada mosfet, resistansi internal
trafo, kapasitor dan diode. Oleh karena itu bila duty cycle yang sama diumpankan
kepada kedua mosfet, akan menghasilkan perbedaan pembebanan diantara dua flyback.
Kondisi ini memerlukan pengontrol pembagian beban yang bisa menyeimbangkan arus
pada flyback. Salah satu masukan yang dijadikan indikator adalah selisih arus diantara
mosfet dari dua flyback, hasilnya berupa koreksi duty cycle yang kemudian diumpankan
kembali ke mosfet.
III.5 Prototip, Pengujian dan Pengukuran
Pada tahun pertama kegiatan, pekerjaan yang dilakukan dititikberatkan pada
pekerjaan perancangan. Tiap blok atau bagian‐bagian rangkaian dilakukan oleh peneliti
yang mempunyai keahlian di bidangnya. Adapun pengukuran parameter hasil rancangan
dengan menggunakan alat ukur masih sedikit dilakukan. Perancangan BCU dilakukan
123 pada
modul‐modul terpisah, seperti modul charger, modul mikrokontroler dan modul komunikasiinterface.
Pembuatan protitip dilakukan pada PCB. Bagian sun tracker secara
fisik telah dikerjakan pada tahun pertama. Sun tracker memerlukan desain mekanik
dan kontrol yang dilakukan di tahun kedua. Namun sebagai persiapan, telah dilakukan
studi tentang pola dan radiasi matahari dalam rentang waktu satu tahun. Hal ini
penting dilakukan sebagai acuan kerja mikrokontroler nantinya. Kontrol untuk motor stepper
sudah dibuat untuk penggerak solar panel. Rancangan awal dilakukan untuk merealisasikan
mode single‐axis menggunakan IC L298N lihat Gambar 22.
Gambar 18. Pengukuran karakterisasi panel surya
124
Gambar 19. Pengukuran menggunakan beban untuk menentukan kurva I‐V
Karakterisasi energi matahari yang diterima oleh panel surya diperoleh dari
sampel pengukuran selama satu bulan dan dapat dilihat pada Gambar 20 berikut.
5 10
15 20
25 30
35 40
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
13
Gambar 20. Grafik rata‐rata daya output panel surya 50Wp
di lokasi 6°5252.60 S 107°3640.05 E Komplek LIPI Bandung
Po W
day n
Sampel: Mei 2011
P
avg
= 30,1 Watt
125 Dari
grafik pengukuran menunjukkan bahwa pada siang hari energi yang mampu diserap
oleh panel surya tidak sepenuhnya berada pada titik maksimal. Pengukuran
prototipe battery control unit dapat dilihat pada tabel di bawah. Nilai
parameter disesuaikan dengan spesifikasi komponen yang digunakan pada modul MP612.
Parameter Nilai
Tegangan PV
nom
12 V
Tegangan PV
max
27 V
Arus PV
max
6 A
Tegangan Minimum untuk operasi MPP
10 V
Daya PV
max
100Watt
Baterai
Jenis Baterai
Lead ‐acid, gel
Tegangan Baterai
nom
12V Arus
Pengisian
max
6A
Beban
Load DC voltage
sama dengan tegangan baterai
Maximum load current
8A PV
reverse polarity protection Ya
PV reverse current flow protection
Ya Surgetransient
protection 1.5
kVA Maximum
controller standby current 10mA
Tabel 2. Pengukuran parameter battery control unit
126
Gambar 21. Pemrograman kontrol motor menggunakan modul mikrokontroler
Penggerak motor untuk rangkaian mekanis panel direalisasikan menggunakan IC L298N.
Sedangkan kontrolnya ditangani oleh mikrokontroler. IC ini bisa difungsikan untuk
stepper motor maupun DC motor dual, seperti terlihat pada gambar di bawah.
127
Gambar 22. Diagram rangkaian penggerak motor untuk mekanik panel sampai dengan 2 A
Gambar 23. Pengujian BCU di laboratorium
128 Sedangkan
pada tahun kedua, bagian inverter pengukurannya dilakukan menggunakan perangkat
lunak dari SDK. Dimana CH1 adalah arus inverter Q24, CH2 adalah utility voltage
Q24, CH3 tegangan DC BUS Q24 dan CH4 tegangan loop controller output Q24.
129
Gambar 24. Pengukuran inverter DC ke AC.
Gambar 25. Pengukuran blok grid‐tied pada inverter.
130
Gambar 26. Panel surya array untuk pengujian tipe string
131
Gambar 27. Desain PCB dan protitipe BCU
132
Gambar 28. Pemrograman inverter dengan menggunakan Code Composer Studio
133
Gambar 29. Implementasi pemrograman Inverter ke SDK