IMPLEMENTASI MPPT BERBASIS INCREMENTAL CONDUCTANCE PADA SISTEM PHOTOVOLTAIC UNTUK SISTEM PENERANGAN JALAN

IMPLEMENTASI MPPT BERBASIS

INCREMENTAL CONDUCTANCE PADA

SISTEM PHOTOVOLTAIC UNTUK SISTEM

PENERANGAN JALAN

SKRIPSI

Disusun oleh :

ACHMAD CHOLILUR ROHMAN NIM : 09530103

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2015

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Tiada kata yang terbaik dan terindah selain mengucap syukur kehadirat Allah SWT, karena berkat rahmat, taufik serta hidayahNya maka penulisan Tugas Akhir yang berjudul “IMPLEMENTASI MPPT BERBASIS INCREMENTAL CONDUCTANCE PADA SISTEM PHOTOVOLTAIC UNTUK SISTEM PENERANGAN JALAN” dapat terwujudkan, yang digunakan sebagai salah satu persyaratan untuk meraih gelar sarjana S-1.

Penulisan skripsi ini tidak dapat terselesaikan dengan baik tanpa adanya bimbingan dan sumbangan pemikiran dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih yang tidak terhingga dan penghargaan yang setinggi-tinginya kepada :

1. Kedua orang tua tercinta My Abi Moli dan My Ummi Musdolifah yang sudah mencurahkan segala kasih sayang, jerih payah dan doa tiada henti yang tidak akan dapat terbalas hingga kapan pun.

2. Kakaku tersayang Bang Deddy Feriawan dan Adekku Baynur Rofiq yang tak henti – hentinya memberi dukungan moril maupun materil serta menjadi penasehat yang bijaksana, penyemangat yang arif, dan sumber inspirasi.

3. Bapak Dr. H. Muhajir Effendy, MAP selaku Rektor Universitas Muhammadiyah Malang yang telah memberi kesempatan untuk melanjutkan pendidikan ke jenjang sarjana (S1) di Universitas Muhammadiyah Malang

4. Dekan Fakultas Teknik dan keluarga (FT) Bapak Ir. Sudarman, MT serta para pembantu dekan Fakultas Teknik dan Keluarga Universitas Muhammadiyah Malang.

5. Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, MT dan Bapak Machmud Effendy, ST., M. Eng. selaku Ketua Jurusan dan Sekretaris Jurusan Teknik Elektro yang telah memberikan dukungan dan motivasi selama proses perkuliahan hingga akhir jenjang kuliah.

6. Bapak Machmud Effendy, ST., M. Eng. selaku dosen pembimbing I yang membantu merumuskan pokok-pokok persoalan dan mengarahkan pada bentuk penyelesaian persoalan skripsi serta mengarahkan, memotivasi, dan memberikan masukan sehingga skripsi ini dapat diselesaikan.

7. Bapak Drs. Budhi Priyanto, Msi. selaku dosen pembimbing II yang telah banyak membantu menyempurnakan pokok-pokok persoalan sehingga penelitian yang dilakukan tidak menyimpang dari tujuan serta memberikan pengarahan dan motivasi sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.

8. Bapak dan Ibu dosen Teknik Elektro yang telah membimbing dan memberikan ilmu tentang dunia elektronika dan lainnya.

9. Keluarga besar Teknik Elektro Angkatan 2009 yang terus saling membantu dalam banyak hal.

10. Sahabat-sahabat kontrakan Tirta rona 25, Kost MSI F-17, Kost tirto Gang IX depan sawah yang menghabiskan waktu bersama-sama dalam susah dan senang.

11. And thanks to Mr. Arik untuk semua bantuan, semua waktu, dan segalanya.

Tidak menutup kemungkinan bahwa dalam penulisan laporan tugas akhir ini ada kesalahan, sehingga penulis selalu mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun guna kesempurnaan dari isi tugas akhir ini. Demikian, semoga bermanfaat bagi kita semua.

Malang, 26 Januari 2013

Penulis

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL ... i

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

LEMBAR PERSETUJUAN ... iii

SURAT PERNYATAAN ... iv

KATA PENGANTAR ... v

DAFTAR ISI ... vii

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xii

ABSTRAKSI ... xi

ABSTRACT ... xii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Rumusan Masalah ... 2

1.3. Tujuan ... 3

1.4. Batasan Masalah ... 3

1.5. Metodologi Pelaksanaan ... 4

1.6. Sistematika Penulisan ... 4

BAB II Landasan Teori ... 6

2.1. Photovoltaic ... 6

2.1.1. Cell Photovoltaic ... 6

2.1.2. Prinsip Kerja Sel Surya (Solar Cell) ... 6

2.1.3. Persamaan Karakteriktik Sel Surya ... 7

2.1.4. Modul Sel Surya ... 11

2.2. Maksimum Power Point Tracking (MPPT) ... 11

2.2.1. Incremental Conductance ... 13

2.3. Energi Listrik ... 15

2.4. Buckboost Converter ... 16

2.4.1. Prinsip Kerja Buckboost Converter ... 17

2.4.2. Dua Mode Buckboost Converter ... 17

2.5. Mikrokontroller ... 18

2.5.1. Atmega 328 ... 21

2.5.2. Konfigurasi Pin AVR Atmega 328 ... 21

2.6. Sensor Arus ... 24

2.7. Rangkaian Pembagi Tegangan ... 25

BAB III Perencanaan dan Pembuatan Alat ... 27

3.1. Photovoltaic Mono-Crystalline Silicone Cells SL50CE-18 ... 28

3.2. Sensor Arus ... 28

3.3. Rangkaian Sensor Tegangan ... 29

3.4. Minimum Sistem Mikrokontroller ... 31

3.5. Rangkaian Buckboost Converter ... 32

3.6. Display LCD (Liquid Crystal Display) ... 37

3.3. Perencanaan Perangkat Lunak ... 37

3.7. Program Mikrokontroller ... 37

3.7.1. Timer/Counter ... 38

3.7.2. ADC (Analog to Digital Converter) ... 39

3.7.3. Incremental Conductance ... 41

BAB IV Pengujian dan Analisa Alat ... 43

4.1. Pengujian Rangkaian Sensor Arus ... 43

4.2. Pengujian Rangkaian Sensor Tegangan ... 45

4.3. Pengujian Rangkaian Buckboost Converter ... 46

4.4. Pengujian Rangkaian Kontrol ICM dan Display ... 49

BAB V Penutup ... 53

5.1. Kesimpulan ... 53

5.2. Saran ... 53

LAMPIRAN

DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Konfigurasi Port B ... 22

Tabel 2.2. Konfigurasi Port C ... 23

Tabel 2.3. Konfigurasi Port D ... 23

Tabel 3.1. Data Spesifikasi Photovoltaic ... 28

Tabel 3.2. Register ADMUX ... 39

Tabel 3.3. Konfigurasi Clock ADC ... 40

Tabel 3.4. Pemilihan Sumber Picu ADC ... 40

Tabel 4.1. Data Hasil Pengujian Sensor Arus ... 44

Tabel 4.2. Data Hasil Pengujian Sensor Tegangan ... 45

Tabel 4.3. Data Hasil Pengujian Buckboost Converter ... 48

Tabel 4.4. Data Hasil Pengujian Lapangan(23-01-2015) ... 50

Tabel 4.5. Data Hasil Pengujian Lapangan(02-02-2015) ... 50

Tabel 4.6. Data Hasil Pengujian Lapangan(03-02-2015) ... 51

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Skema Sederhana Sistem Panel PV ... 6

Gambar 2.2. Skema Efek Photovoltaic ... 7

Gambar 2.3. Rangkaian Pengganti Sel Surya ... 8

Gambar 2.4. Karakteristik Sel Photovoltaic Terhadap Perbedaan Radiasi ... 9

Gambar 2.5. Karakteristik Sel Photovoltaic Terhadap Perbedaan Suhu ... 10

Gambar 2.6. Blok Diagram MPPT ... 12

Gambar 2.7. Kurva Kemiringan P-V ... 13

Gambar 2.8. Flowchart Algoritma Incremental Conductane ... 15

Gambar 2.9. Kurva I-V ... 16

Gambar 2.10. Rangkaian Buckboost Converter ... 17

Gambar 2.11. Buckboost Converter Dalam Kondisi Switch On ... 17

Gambar 2.12. Buckboost Converter Dalam Kondisi Switch Off ... 18

Gambar 2.13. Konfigurasi Pin Atmega 328 ... 22

Gambar 2.14. Rangkaian Pembagi Tegangan ... 25

Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem MPPT ... 27

Gambar 3.2. Diagram Blok ACS712 ... 29

Gambar 3.3. Rangkaian Pembagi Tegangan (Sensor Tegangan Photovoltaic) .... 30

Gambar 3.4. Rangkaian Pembagi Tegangan (Sensor Tegangan Buckboost) ... 30

Gambar 3.5. Rangkaian Minimum Sistem Atmega 328 ... 31

Gambar 3.6. Rangkaian Buckboost Converter ... 36

Gambar 3.7. Konfigurasi Pin LCD Terhadap Pin Kontrol ... 37

Gambar 3.8. Alur Algoritma Incremental Conductance ... 42

Gambar 4.1. Rangkaian Pengujian Sensor Arus ... 43

Gambar 4.2. Rangkaian Pengujian Sensor Tegangan ... 45

Gambar 4.3. Rangkaian Pengujian Buckboost Converter ... 46

Gambar 4.4. Data Sinyal PWM Hasil Pengujian (D. Cycle = 50%) ... 47

Gambar 4.5. Data Sinyal PWM Hasil Pengujian (D. Cycle = 60%) ... 47

Gambar 4.6. Data Sinyal PWM Hasil Pengujian (D. Cycle = 49%) ... 48

Gambar 4.7. Diagram Blok Pengujian Lapangan ... 49

xiii

DAFTAR PUSTAKA

1. Yuniar, Frediawan. “Perancangan maksimum power point tracking untuk panel surya menggunakan konverter buck-boost dengan metode logika fuzzy (hardware))”. Laporan Tugas Akhir Jurusan Elektro. UMM. 2013 2. W. Hart, Daniel. 1997. “Introduction To Power Electronic”. Valparaiso

University, Indiana: Prenice-Hall International, Inc.

3. H. Rashid, Muhammad. 2001. “Power Electronics Handbook”. Canada: Academic Press.

4. Andrianto, Heri. 2013. “Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMega16

Menggunakan Bahasa C (CodeVisionAVR)”. Bandung : Informatika

5. http://www.atmel.com/v2PFResults.aspx#

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Belakangan ini energi yang terbarukan banyak di perbincangkan diseluruh dunia karena bahan bakar fosil yang digunakan untuk pembangkitan semakin hari akan menipis. Selain itu sisa-sisa pembakaran dari pembangkit listrik atau limbahnya dapat mencemari lingkungan. Dengan perkembangan teknologi, telah banyak sumber energi terbarukan yang dapat di manfaatkan diantaranya yaitu angin dikonversi menggunakan turbin angin, tenaga air berskala kecil (mikrohidro), matahari yang dikonversi menggunakan PV (Photovoltaic).

Dewasa ini telah banyak dijumpai, orang menggunakan photovoltaic sebagai alat yang mengkonversi energi matahari. Pemanfaatan dalam kehidupan sehari-hari diantaranya sebagai pengisi baterai sepeda listrik, pemanas air, juga sebagai pembangkit tenaga listrik yang akan dihubungkan langsung ke jala-jala PLN ataupun sebagai sumber tenaga pada lampu penerangan jalan. Photovoltaic atau yang lebih dikenal dengan sel surya (solar cell) merupakan teknologi yang ramah lingkungan dan tidak menghasilkan noise (kebisingan) dan polusi udara. Selain itu cara kerja dari photovoltaic juga tergolong cukup sederhana yaitu dengan mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik melalui silikon-silikon yang ada didalamnya. Akan tetapi dalam pemakaian secara konvensional photovoltaic memiliki kekurangan yaitu efisiensi keluaran yang rendah. Hal tersebut disebabkan oleh beberapa faktor, yaitu besarnya tingkat intensitas cahaya

1   

dan suhu kerja dari panel surya. Selain itu efisiensi dari sebuah photovoltaic juga dipengaruhi oleh kondisi sekitar, seperti adanya gedung pepohonan ataupun awan yang dapat menutupi permukaan dari photovoltaic. Sehingga dapat menyebabkan photovoltaic dalam keadaan partially shaded. Oleh karena itu diperlukan teknologi yang dapat memaksimalkan daya keluaran dari photovoltaic tersebut. Jika ditinjau dari karakteristik kurva I-V, photovoltaic mempunyai karaktristik

nonlinear dan berubah terhadap radiasi dan suhu permukaan. Selain itu pada

kurva I-V juga terdapat titik puncak yang biasa dinamakan dengan Maximum Power Point (MPP). Di mana pada titik tersebut photovoltaic dapat menghasilkan daya keluaran maksimal. Untuk mendapatkan nilai MPP diperlukan sebuah metode yang mampu memaksimalkan tegangan keluaran dari photovoltaic untuk dapat mengisi baterai back-up.

1.2Rumusan Masalah

Berdasar uraian di atas, masalah yang timbul dari latar belakang tersebut adalah:

1. Bagaimana melakukan perancangan sistem MPPT untuk mendapatkan tegangan maksimal.

2. Bagaimana merancang sistem untuk mengetahui naik-turunnya tegangan dan arus pada pembangkit listrik tenaga surya (PLTS).

3. Bagaimana mengendalikan sinyal pensaklaran Buckboost konverter dengan menggunakan algoritma Incremental Conductance.

2   

4. Bagaimana menganalisa hasil rancangan sistem terhadap respon yang diberikan.

1.3Tujuan

Adapun tujuan dari pembuatan skripsi ini adalah, untuk medapatkan tegangan output maksimal pada MPPT terhadap perubahan intensitas cahaya matahari, agar dapat mengisi muatan listrik pada baterai back-up secara maksimal pula.

1.4Batasan Masalah

Agar tujuan dari skripsi ini tidak menyimpang dari tujuan semula, dibutuhkan suatu batasan-batasan yang jelas guna mengarahkan pembahasan. Batasan-batasan masalah adalah sebagai berikut:

1. Perancangan hardware MPPT menggunakan konverter DC to DC dengan metode Incremental Conductance.

2. Model konverter DC to DC yang digunakan adalah konverter DC to DC tipe Buckboost.

3. Tegangan maksimal yang dapat dihasilkan adalah 17,5Volt dengan menggunakan baterai back-up 12Volt / 7Ampere.

4. Penggunakan Photo Voltaic dengan daya solar cell 50wp.

3   

1.5 Metodologi Pelaksanaan

1. Studi litertur:

Studi dengan cara melakukan pengkajian berdasarkan data-data yang didapat dari perpustakaan atau sumber lainnya yang berupa buku, internet, ataupun dari buku laporan penelitian.

2. Studi lapang:

Yaitu memperoleh data dengan cara langsung dalam analisis dan simulasi pada sistem.

3. Perancangan sistem:

Melakukan perancangan sistem MPPT berdasarkan rancangan blok digram yang telah direncanakan.

4. Pengujian dan analisis data:

Melakukan beberapa pengujian secara aktual serta menganalisa hasil pengujian untuk mendapatkan hasil sesuai dengan perancangan.

5. Pengambilan kesimpulan:

Yaitu berisikan kesimpulan dan saran atas analisa yang dibuat untuk pengembangan lebih lanjut.

1.6Sistematika Penulisan

Sistematika pembahasan pada skripsi perancangan Maksimum Power

Point Tracking (MPPT) untuk panel surya menggunakan konverter Buckboost

dengan metode Incremental Conductance adalah sebagai berikut:

4   

5    BAB I PENDAHULUAN

Pembahasan mengenahi tentang menguraikan tentang latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan yang ingin dicapai, metodologi pelaksanaan serta sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Pada yang membahasan mengenahi teori yang mendasari penyusunan skripsi ini terhadap komponen-komponen pendukung. BAB III PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ALAT

Melakukan pembahasan terhadap perancangan dan proses pembuatan perangkat sistem.

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ALAT

Bab yang membahas secara keseluruhan dari sistem dan melakukan pengujian serta menganalisa hasil pengujian pada setiap percobaan per-blok maupun keseluruhan.

BAB V Kesimpulan dan Saran

Pada bab akhir dari penyusunan skripsi ini berisikan kesimpulan dan saran untuk melakukan perbaikan-perbaikan guna menghasilkan sistem yang lebih baik.

DAFTAR PUSTAKA

1. Yuniar, Frediawan. “Perancangan maksimum power point tracking untuk panel surya menggunakan konverter buck-boost dengan metode logika fuzzy (hardware))”. Laporan Tugas Akhir Jurusan Elektro. UMM. 2013 2. W. Hart, Daniel. 1997. “Introduction To Power Electronic”. Valparaiso

University, Indiana: Prenice-Hall International, Inc.

3. H. Rashid, Muhammad. 2001. “Power Electronics Handbook”. Canada: Academic Press.

4. Andrianto, Heri. 2013. “Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMega16 Menggunakan Bahasa C (CodeVisionAVR)”. Bandung : Informatika

5. http://www.atmel.com/v2PFResults.aspx#

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Belakangan ini energi yang terbarukan banyak di perbincangkan diseluruh dunia karena bahan bakar fosil yang digunakan untuk pembangkitan semakin hari akan menipis. Selain itu sisa-sisa pembakaran dari pembangkit listrik atau limbahnya dapat mencemari lingkungan. Dengan perkembangan teknologi, telah banyak sumber energi terbarukan yang dapat di manfaatkan diantaranya yaitu angin dikonversi menggunakan turbin angin, tenaga air berskala kecil (mikrohidro), matahari yang dikonversi menggunakan PV (Photovoltaic).

Dewasa ini telah banyak dijumpai, orang menggunakan photovoltaic sebagai alat yang mengkonversi energi matahari. Pemanfaatan dalam kehidupan sehari-hari diantaranya sebagai pengisi baterai sepeda listrik, pemanas air, juga sebagai pembangkit tenaga listrik yang akan dihubungkan langsung ke jala-jala PLN ataupun sebagai sumber tenaga pada lampu penerangan jalan. Photovoltaic atau yang lebih dikenal dengan sel surya (solar cell) merupakan teknologi yang ramah lingkungan dan tidak menghasilkan noise (kebisingan) dan polusi udara. Selain itu cara kerja dari photovoltaic juga tergolong cukup sederhana yaitu dengan mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik melalui silikon-silikon yang ada didalamnya. Akan tetapi dalam pemakaian secara konvensional

dan suhu kerja dari panel surya. Selain itu efisiensi dari sebuah photovoltaic juga dipengaruhi oleh kondisi sekitar, seperti adanya gedung pepohonan ataupun awan yang dapat menutupi permukaan dari photovoltaic. Sehingga dapat menyebabkan photovoltaic dalam keadaan partially shaded. Oleh karena itu diperlukan teknologi yang dapat memaksimalkan daya keluaran dari photovoltaic tersebut. Jika ditinjau dari karakteristik kurva I-V, photovoltaic mempunyai karaktristik nonlinear dan berubah terhadap radiasi dan suhu permukaan. Selain itu pada kurva I-V juga terdapat titik puncak yang biasa dinamakan dengan Maximum Power Point (MPP). Di mana pada titik tersebut photovoltaic dapat menghasilkan daya keluaran maksimal. Untuk mendapatkan nilai MPP diperlukan sebuah metode yang mampu memaksimalkan tegangan keluaran dari photovoltaic untuk dapat mengisi baterai back-up.

1.2Rumusan Masalah

Berdasar uraian di atas, masalah yang timbul dari latar belakang tersebut adalah:

1. Bagaimana melakukan perancangan sistem MPPT untuk mendapatkan tegangan maksimal.

2. Bagaimana merancang sistem untuk mengetahui naik-turunnya tegangan dan arus pada pembangkit listrik tenaga surya (PLTS).

3. Bagaimana mengendalikan sinyal pensaklaran Buckboost konverter dengan menggunakan algoritma Incremental Conductance.

4. Bagaimana menganalisa hasil rancangan sistem terhadap respon yang diberikan.

1.3Tujuan

Adapun tujuan dari pembuatan skripsi ini adalah, untuk medapatkan tegangan output maksimal pada MPPT terhadap perubahan intensitas cahaya matahari, agar dapat mengisi muatan listrik pada baterai back-up secara maksimal pula.

1.4Batasan Masalah

Agar tujuan dari skripsi ini tidak menyimpang dari tujuan semula, dibutuhkan suatu batasan-batasan yang jelas guna mengarahkan pembahasan. Batasan-batasan masalah adalah sebagai berikut:

1. Perancangan hardware MPPT menggunakan konverter DC to DC dengan metode Incremental Conductance.

2. Model konverter DC to DC yang digunakan adalah konverter DC to DC tipe Buckboost.

3. Tegangan maksimal yang dapat dihasilkan adalah 17,5Volt dengan menggunakan baterai back-up 12Volt / 7Ampere.

1.5 Metodologi Pelaksanaan 1. Studi litertur:

Studi dengan cara melakukan pengkajian berdasarkan data-data yang didapat dari perpustakaan atau sumber lainnya yang berupa buku, internet, ataupun dari buku laporan penelitian.

2. Studi lapang:

Yaitu memperoleh data dengan cara langsung dalam analisis dan simulasi pada sistem.

3. Perancangan sistem:

Melakukan perancangan sistem MPPT berdasarkan rancangan blok digram yang telah direncanakan.

4. Pengujian dan analisis data:

Melakukan beberapa pengujian secara aktual serta menganalisa hasil pengujian untuk mendapatkan hasil sesuai dengan perancangan.

5. Pengambilan kesimpulan:

Yaitu berisikan kesimpulan dan saran atas analisa yang dibuat untuk pengembangan lebih lanjut.

1.6Sistematika Penulisan

Sistematika pembahasan pada skripsi perancangan Maksimum Power Point Tracking (MPPT) untuk panel surya menggunakan konverter Buckboost dengan metode Incremental Conductance adalah sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Pembahasan mengenahi tentang menguraikan tentang latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan yang ingin dicapai, metodologi pelaksanaan serta sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Pada yang membahasan mengenahi teori yang mendasari penyusunan skripsi ini terhadap komponen-komponen pendukung. BAB III PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ALAT

Melakukan pembahasan terhadap perancangan dan proses pembuatan perangkat sistem.

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ALAT

Bab yang membahas secara keseluruhan dari sistem dan melakukan pengujian serta menganalisa hasil pengujian pada setiap percobaan per-blok maupun keseluruhan.

BAB V Kesimpulan dan Saran

Pada bab akhir dari penyusunan skripsi ini berisikan kesimpulan dan saran untuk melakukan perbaikan-perbaikan guna menghasilkan sistem yang lebih baik.