Template dan JURNAL 2 kolom

www.jurnalpa.eepis-its.edu

Jurnal
Elektro
PENS

Teknik Elektro Industri
Vol.2, No.2, 2017
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya

Desain dan Implementasi Zeta Converter dengan Metode MPPT
Modified P&O pada Aplikasi Rumah Mandiri
Mohammad Hefdi, Endro Wahjono, Syechu Dwitya Nugraha
Program Studi D4 Teknik Elektro Industri
Departemen Teknik Elektro
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
Kampus PENS, Jalan Raya ITS Sukolilo, Surabaya 60111
Tel: (031) 594 7280; Fax: (031) 594 6114
Email: mohammadhefdi@gmail.com, syechu@pens.ac.id, Endro@pens.ac.id

Abstrak

Panel surya memiliki peranan penting sebagai
konversi energi terbarukan dari energi cahaya
matahari menjadi energi listrik. Peranan panel surya
sebagai sumber listrik mempunyai kelemahan pada
daya keluaran yang dihasilkan tidak maksimal, nilai
efisiensi yang rendah, daya keluaran pada panel surya
fluktuatif dan dipengaruhi oleh tingkat irradiasi
cahaya yang diterima pada permukaan panel surya.
Banyak metode yang dapat digunakan untuk
mengatasi kelemahan pada panel surya dengan
metode Maximum Power Point Tracking (MPPT).
Metode MPPT yang digunakan Modified Perturb &
Observe untuk memaksimalkan keluaran daya panel
surya dan mengurangi ripple output yang diterpakan
pada pengaturan duty cycle sebagai penyulutan
switching konverter Zeta. Konverter ZETA
merupakan salah satu dc-dc konverter yang memiliki
peranan penaik dan penurun tegangan di sisi output
dengan ripple tegangan yang rendah. Penggunaan
metode MPPT modified P&O pada konverter Zeta

diharapkan dapat memaksimalkan daya luaran panel
surya dan mengurangi ripple tegangan output
konverter dengan kombinasi antara algoritma
modified P&O dan konverter ZETA.
Kata kunci – Panel Surya, Modified P&O, Konverter Zeta

1. Pendahuluan
Dalam membangkitkan daya maksimum dari panel
surya salah satu cara yang banyak digunakan adalah
Maximum Power Point Tracking (MPPT). MPPT

merupakan algoritma penjejak daya maksimum yang
dikombinasikan dengan konverter dc-dc. Algoritma
MPPT yang telah banyak diterapkan seperti Perturb
and Observe (P&O), Incremental Conductance (IC),
Open Voltage, Fixed Duty Cycle, Temperature
Methods, Fuzzy Logic method . Sedangkan konverter
dc-dc yang digunakan berupa konverter Buck, Boost,
Buck-Boost, dan pengembangan dari ketiga konverter
tersebut.

Algoritma MPPT modified P&O merupakan
algoritma pengembangan dari algortima P&O yang
dimodikasi dengan menambah parameter tentu
sebagai peningkatan performa koreksi dari algoritma
konvensional. Salah satu MPPT yang popular dan
banyak digunakan untuk memaksimalkan daya
keluaran panel surya yaitu MPPT P&O . Dengan
memodifikasi MPPT P&O konvensional dapat
meningkatkan performa koreksi terhadap peningkatan
daya dan ripple output dari konverter. Modifikasi
metode tersebut membentuk algoritma baru yang
dapat meningkatkan performa koreksi untuk
memaksimalkan daya keluaran panel surya.
Salah
satu
pendukung
dalam
mengimplementasikan MPPT yaitu konverter dc-dc.
Banyak jenis konverter dc-dc yang dapat digunakan
seperti buck, boost, buck-boost dan lain-lain. Salah

satu dc-dc konverter yang dapat digunakan untuk
mengatur tegangan pada panel surya untuk
menghasilkan daya maksimum pada panel surya
adalah konverter ZETA. Konverter ZETA merupakan
pengembangan dari konverter buck-boost dengan
menghasilkan ripple tegangan keluaran yang rendah
dan polaritas yang sama dengan polaritas tegangan
masukan pada konverter. Pada proyek akhir ini,
MPPT yang digunakan jenis modified P&O dengan

dc-dc konverter jenis ZETA untuk meningkatkan
performa koreksi dalam meningkatkan daya keluaran
panel surya.
2. Metode
Pada perancangan dan pembuatan perangkat
keras dari sistem Maximum Power Point Tracking
(MPPT) mengacu pada blok diagram seperti pada
gambar 1.

Gambar 1. Blok diagram sistem.

Gambar 2. Rangkaian ekivalen PV

Model matematika dari PV divariasikan
dengan arus short circuit dan tegangan open. Dengan
menggunakan hokum Kirchhoff rangakain tersebut
dapat dituliskan sebagai berikut :
Ipv = Iph – Io
(1)
Iph adalah arus yang dihasilkan pada panel, I
pv merupakan arus yang mengalir ke beban dan Io
merupakan arus pada diode internal PV. Daya listrik
yang dihasilkan panel surya ketika mendapat cahaya
diperoleh dari kemampuan perangkat panel surya
tersebut untuk memproduksi tegangan. Kemampuan
ini mempresentasikan dalam kurva daya-tegangan
(V-P) sesuai pada gambar 3.

Pada gambar 1. merupakan blok diagram sistem
MPPT dengan menggunakan konverter ZETA

dengan metode modified P&O untuk mendapatkan
daya maksimum dari 6 PV sebagai konsumsi beban
pada rumah mandiri. Dari blok diagram tersebut,
dapat dijelaskan sebagai berikut :
1.
2.

3.

4.

5.

PV berjumlah 6 dengan spesifikasi yang sama
dengan total daya 810 watt
Konverter ZETA sebagai penaik dan penurun
tegangan melalui proses switching PWM yang
di atur dengan duty cycle menggunakan
algoritma MPPT modified P&O
Algoritma MPPT modified P&O bekerja

melalui sensing arus dan tegangan di sisi panel
surya kemudia dikonversi menjadi duty cycle.
Mikrokontroller yang digunakan STM32F407
Discovery
LCD menampilkan daya maksimum, daya
output, tegangan input dan tegangan output.

Panel Surya
Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel
surya yang mengubah cahaya menjadi listrik. Panel
surya sering kali disebut sel photovoltaic,
Photovoltaic dapat diartikan sebagai "cahaya-listrik".
Panel surya terdiri dari sel-sel photovoltaic, yang
menghasilkan listrik dari cahaya matahari. Rangkaian
ekivalen sel surya dipresentasikan sebagai sumber
arus ideal, diode, resistansi paralel dan resistansi seri.
Arus searah yang dihasilkan dari sumber arus ideal
adalah sebanding dengan iradiasi cahaya yang
diterima sel surya. Resistansi seri dan paralel
mempresentasikan nilai drop tegangan sepanjang

sampai kontak terminal luar dan arus bocor sepanjang
jalur sel[1]. Rangkaian ekivalen panel surya
ditunjukkan pada gambar 2.

Gambar 3. a) Kurva V-P pada irradiasi konstan
b) Kurva V-P pada temperature konstan

Pada gambar 3.a menggambarkan kurva V-P
kondisi irradiasi konstan pada PV dan gambar 3.b
menggambarkan kurva V-P kondisi temperature
konstan. Dari kedua gambar tersebut, posisi daya
maksimum dari PV berbeda akibat pengaruh
temperature dan irradiasi.
Pada proyek akhir ini akan digunakan panel
surya dengan kapasitas 135WP setiap panel dan
digunakan sebanyak 6 buah dengan rangkaian 3 seri
yang diparalel dengan 3 seri (3//3). Panel surya
memiliki spesifikasi seperti pada tabel 1.

.1

Tabel 1. Spesifikasi panel surya

Parameter
Maximum Power
Open-Circuit Voltage
Short-Circuit Current
Voltage maximum
Current maximum
2.2

Nilai
135 W
61.3 V
3.41 A
47 V
2.88 A

ZETA Converter
Konverter ZETA bekerja layaknya buck boost,

dimana dapat menaikkan maupun menurunkan
tegangan DC yang masuk berdasarkan besar duty
cycle PWM yang disulut pada komponen pensaklaran.
Rangkaian konverter ZETA ditunjukkan seperti pada
gambar 4.

Energi yang tersimpan pada induktor harus sama
pada saat awal dan akhir pensaklaran, rumus energi
pada induktor dapat dituliskan pada persamaan 6.
E=

1 2
LI
2 L

(6)

Karena energi yang disimpa pada harus sama dengan
0 pada setiap cycle, maka
∆ILoff + ∆ILon = 0

(7)
Dengan mensubsitusikan ∆ILon dan ∆ILoff didapat :
Vi DT Vo ( 1−D ) T
∆ILon+ ∆ILoff =
+
=0
(8)

Gambar 4. Rangkaian ZETA Converter[2]

1)

Prinsip Kerja
Konverter ini bekerja berdasarkan sinyal
pensaklaran, ton dan toff. Hubungan tegangan input
dan output dapat dicari dengan kondisi saklar ON dan
OFF. Kodisi saklar ON ditunjukkan pada gambar 5.

Vout
D
Vin = 1−D
Vout
D=
Vin+Vout

L

L

(9)
(10)

Dalam menganalisa arus dan tegangan saat saklar
terbuka dan tertutup, ditampilkan dalam bentuk
gelombang pada gambar 7.

I
L
2

I
L
1

Gambar 5. Kondisi saklar tertutup

Saat saklar dalam kondisi On atau terutup, seperti
pada gambar 5. yaitu dari t=0 sampai t=DT, arus pada
induktor dapat ditulis :

dIl Vl
dt = L

(2)

Sehingga nilai perubahan arus pada induktor saat
akhir dari kondisi on adalah
DT

∆ILon=

DT

∫ d IL = ∫
0

0

Vi DT
Vl
dt = L
L

(3)

Kemudian kondisi selanjutnya adalah saat saklar
terbuka (OFF), seperti pada gambar 6.

Gambar 7. Gelombang arus dan tegangan konverter ZETA

Pada gambar 7. ketika saklar on, kapasitor C
mengisi Vout dan terhubung seri dengan Lib
sehingga yang melewati Lib adalah +Vin seperti yang
ditampilkan pada gambar 7.
Sedangkan pada gambar 6. pada saat kondisi
saklar off, tegangan melalui Lib sama dengan Vout
karena diparallel dengan Cout. Karena Cout mengisi
Vout sehingga tegangan yang melewati saklar ketika
saklar off adalah Vin + Vout, menyebabkan tegangan
yang melalui Lia adalah –Vout seperti yang
ditampilkan pada gambar 7.
2.3

I
L
1

I
L
2

Gambar 6. Kondisi saklar terbuka

Pada kondisi off atau saklar terbuka, seperti pada
gambar 6. arus pada induktor dapat dirumuskan :

dIl Vo
dt = L

(4)

Sehingga perubahan arus pada saat waktu saklar
terbuka adalah
(1−D )T

∆ILoff =

∫0

(1−D )T

d IL =

∫0

Vl = Vo ( 1−D ) T
L
L dt
(5)

MPPT Modified P&O
Karakteristik daya keluaran sel surya
dipengaruhi oleh irradiasi sinar matahari dan
temperature permukaan sel surya. MPPT merupakan
metode penjejak daya maksimum seperti Perturb and
Observe (P&O). (P&O) sebagai algoritma kontrol
MPPT karena komputasi yang mudah dan cepat yang
mengacu pada karakteristik P-V dari sel surya. Seperti
pada gambar 8. terdapat 3 jenis titik yang berada pada
3 posisi.

∆Dk merupakan perubahan duty cycle setiap step k.
Nilai N merupakan scaling factor yang mempunyai
nilai 0