T1__BAB IV Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Alat Peraga Sistem Maximum Power Point Tracking dengan Metode Perturb and Observe untuk Solar Charger Controller 7 Ampere T1 BAB IV
BAB IV
PENGUJIAN SISTEM DAN ANALISIS
Pada bab ini akan ditunjukkan tentang hasil pengujian alat dan kemudian
dilakukan analisis dari hasil pengujian. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui cara
kerja dan tingkat keberhasilan alat.
4.1. Pengujian Buck Converter dan Boost Converter
Buck dan boost converter dirancang memiliki keluaran 14,4 Volt. Pengujian
dilakukan untuk pengecekan keluaran dari kedua konverter tersebut. Pengujian buck
converter dilakukan dengan memberi tegangan masukan dari 20 Volt kemudian
diturunkan secara perlahan hingga 0 Volt, sedangkan untuk boost converter diberi
tegangan masukan 0 Volt kemudian dinaikkan secara perlahan hingga 20 Volt. Dari
hasil pengujian didapat :
Tabel 4.1. Hasil Pengujian Buck dan Boost Converter
Tegangan Masukan
Tegangan Keluaran (Volt)
(Volt)
Buck Converter
Boost Converter
0
0
0
5
5
14,3
10
10
14,3
15
14,2
15
20
14,2
20
Dari hasil pengujian di atas, didapat bahwa buck dan boost converter yang telah
dirancang dapat bekerja dan dapat digunakan untuk mengisi baterai lead-acid 12 Volt.
4.2. Pengujian Panel Surya tanpa MPPT-P&O untuk Pengisian Baterai LeadAcid
Pengujian ini dilakukan dengan menyambungkan langsung panel surya ke baterai
lead-acid dan diambil sampel dengan rentang waktu 15 menit. Sebelum melakukan
pengisian, panel surya dihitung tegangan dan arusnya dengan menggunakan sensor arus
dan tegangan yang telah dibuat, lalu dilakukan perhitungan :
40
int average(int pins){
int sum = 0;
int read_val;
int i;
for(i = 0; i < 8; i++){
read_val = analogRead(pins);
sum += read_val;
delayMicroseconds(10);
}
return(sum/8);
}
int sensor(){
sp_v = average(spv) * spv_const;
sp_i = average(spi) * spi_const - spi_offs;
bat_v = average(btv) * btv_const;
l_i = average(li) * li_const - li_offs;
sp_w = sp_v * sp_i;
Serial.print(sp_v, DEC);
Serial.print(", ");
Serial.println(sp_i, DEC);
delayMicroseconds(2000);
}
Nilai dari konstanta spv_const, spi_const, dan spi_offs adalah nilai untuk
mendapat tegangan dan arus sebenarnya. Sebelum melakukan pembacaan dengan
sensor-sensor tersebut, dilakukan kalibrasi agar nilai dari perhitungan sesuai dengan
keluaran sebenarnya. Kalibrasi pada sensor tegangan dilakukan dengan mengukur nilai
resistor. Dari kalibrasi ini didapat nilai resistor untuk panel surya sebesar 9,87 kΩ dan
2,703 kΩ. Kemudian, nilai spv_const didapat dengan :
spv_const =
∗ .
�+ ,
∗ ,
�
�
= ,
9
Sedang untuk kalibrasi sensor arus, dilakukan dengan mencari keluaran dari
ACS712 saat dihubung singkat. Pada pembacaan analogRead Arduino, didapat nilai
sebesar 510, kemudian nilai dari spi_offs didapat dengan :
spi_offs =
∗
∗ .
=
,
Dengan perhitungan-perhitungan di atas, didapat file dengan format .csv. Data
dari file tersebut dikirim ke MATLAB yang kemudian dihitung rata-rata dari arus dan
tegangannya :
41
>>
>>
>>
>>
data1 = readtable('noncharge.csv');
teg1 = data1{1:end,1};
arus1 = data1{:,1:end};
teg1_arus1_rerata = mean(data1{:,1:end})
teg1_arus1_rerata =
19.1847
0.8370
>> daya1 = teg1.*arus1;
>> daya1rerata = mean(daya1)
daya1rerata =
16.0572
Gambar 4.1. Sampel hasil pengukuran tegangan dan arus panel surya
42
Gambar 4.2. Grafik keluaran panel surya
Dari nilai-nilai di atas, didapat rata-rata untuk tegangan adalah 19,1847 Volt, arus
0,8370 Ampere, dan daya 16,0572 Watt. Setelah itu, dilakukan pengisian terhadap
baterai langsung dari panel surya. Seperti pengambilan data sebelumnya, maka didapat
keluaran rata-rata sebagai berikut :
>>
>>
>>
>>
data2 = readtable('charge.csv');
teg2 = data2{1:end,1};
arus2 = data2{:,1:end};
teg2_arus2_rerata = mean(data2{:,1:end})
teg_arus_rerata =
12.3628
0.6841
>> daya2 = teg2.*arus2;
>> daya2rerata = mean(daya2)
daya2rerata =
8.4571
43
Gambar 4.3. Sampel hasil pengukuran tegangan dan arus pengisian dengan panel surya
tanpa MPPT-P&O
44
Gambar 4.4. Grafik keluaran pengisian baterai dengan panel surya tanpa MPPT-P&O
Didapat rata-rata tegangannya 12,3628 Volt, arusnya 0,6841 Ampere, dan daya
8,4571 Watt. Tegangan ini turun dan menyesuaikan tegangan dari baterai yang diisi
ulang, yaitu 12,3 Volt. Untuk mengisi baterai lead-acid 12 Volt, diperlukan tegangan
antara 2,3 Volt hingga 2,4 Volt tiap selnya, atau 13,8 Volt hingga 14,4 Volt. Akan tetapi,
panel surya ketika digunakan untuk mengisi baterai akan mengalami penurunan
tegangan sesuai dengan kapasitas baterai yang tersisa. Hal ini mengakibatkan panel
surya tidak bisa secara maksimal digunakan untuk mengisi baterai secara langsung.
4.3. Pengujian Panel Surya dengan MPPT-P&O untuk Pengisian Baterai LeadAcid
Pengujian ini dilakukan dengan menghubungkan panel surya dengan sistem untuk
melakukan pengisian terhadap baterai dan diambil sampel dengan rentang waktu 15
menit. Sistem yang dijalankan adalah MPPT-P&O sebagai berikut :
void charge(){
switch(charge_con){
case on :
if(bat_v
>>
>>
data3 = readtable('chargesys.csv');
teg3 = data3{1:end,1};
arus3 = data3{:,1:end};
teg3_arus3_rerata = mean(data3{:,1:end})
teg_arus_rerata =
14.2002
0.7315
>> daya3 = teg3.*arus3;
>> daya3rerata = mean(daya3)
daya3rerata =
10.3883
46
Gambar 4.5. Sampel hasil pengukuran tegangan dan arus pengisian dengan panel surya
beserta MPPT-P&O
47
Gambar 4.6. Grafik keluaran pengisian baterai dengan panel surya serta MPPT-P&O
Dengan rata-rata tegangan sebesar 14,2002 Volt dan arus 0,7315 Ampere,
sehingga menghasilkan daya rata-rata sebesar 10,3883 Watt. Dari grafik pada Gambar
4.6. di atas, dapat dilihat bahwa keluaran dari sistem adalah 13,9 Volt hingga 14,3 Volt.
Dengan tegangan tersebut, maka panel surya dapat digunakan untuk mengisi baterai.
4.4. Pengujian Saklar Beban
Pada pengujian ini, beban lampu 12 Volt beserta potensiometer 10 kΩ dipasang.
Saklar beban akan aktif ketika kondisi baterai di atas 11,5 Volt dan daya dari panel
surya kurang dari 2 Watt.
void load_con(){
if(sp_w < sp_low_pow && load_stop < bat_v){
load_on;
lcd.setCursor(17,1);
lcd.print(" ON");
lcd.setCursor(14,2);
lcd.print(l_i,2);
}
else{
load_off;
lcd.setCursor(17,1);
48
lcd.print("OFF");
lcd.setCursor(14,2);
lcd.print("--.--");
}
}
Dari data yang didapat, ketika tegangan baterai 12,3 Volt dan panel surya dilepas,
lampu yang disambung dengan sistem dapat menyala dengan arus 0,2 Ampere.
Tabel 4.2. Hasil Pengujian Saklar Beban
Tegangan Baterai (Volt)
Daya Solar Panel
(Watt)
11
12,3
1
Off
On
3
Off
Off
4.5. Pengujian MPPT-P&O dengan Catu Daya
Pengujian sistem menggunakan catu daya dilakukan untuk mengetahui kinerja
sistem. Berikut adalah perbandingan arus pengisian menggunakan sistem dan tanpa
menggunakan sistem :
Tabel 4.3. Arus Pengisian tanpa Menggunakan Sistem
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Vin
(Volt)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
12,5
13
14
14,5
15
Arus tanpa Sistem
(Ampere)
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0,071
0,56
1,75
2,16
2,66
49
Tabel 4.4. Arus Pengisian dengan Menggunakan Sistem
Vin
(Volt)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Arus dengan
Sistem
(Ampere)
0
0
0
0
0
0
0
0
0,04
0,04
0,14
0,14
0,165
0,307
0,32
0,36
0,56
0,69
0,76
0,78
0,8
Dari Tabel 4.3. dan Tabel 4.4., didapat bahwa sistem dapat bekerja ketika
tegangan di bawah tegangan baterai, yaitu 12,3 Volt, sedangkan tanpa menggunakan
sistem, catu daya mulai bekerja disaat tegangan mendekati tegangan baterai. Saat
tegangan catu daya dinaikkan sedikit demi sedikit, arus yang dialirkan juga ikut naik.
Saat melebihi 14 Volt, tegangan dan arus pengisian dengan catu daya tanpa
menggunakan sistem masih terus naik. Hal ini akan dapat merusak baterai, karena
tegangan dan arus yang digunakan melebihi dari 14,4 Volt (tegangan maksimal
pengisian baterai 12 Volt, 6 sel) dan 2,1 A.
50
PENGUJIAN SISTEM DAN ANALISIS
Pada bab ini akan ditunjukkan tentang hasil pengujian alat dan kemudian
dilakukan analisis dari hasil pengujian. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui cara
kerja dan tingkat keberhasilan alat.
4.1. Pengujian Buck Converter dan Boost Converter
Buck dan boost converter dirancang memiliki keluaran 14,4 Volt. Pengujian
dilakukan untuk pengecekan keluaran dari kedua konverter tersebut. Pengujian buck
converter dilakukan dengan memberi tegangan masukan dari 20 Volt kemudian
diturunkan secara perlahan hingga 0 Volt, sedangkan untuk boost converter diberi
tegangan masukan 0 Volt kemudian dinaikkan secara perlahan hingga 20 Volt. Dari
hasil pengujian didapat :
Tabel 4.1. Hasil Pengujian Buck dan Boost Converter
Tegangan Masukan
Tegangan Keluaran (Volt)
(Volt)
Buck Converter
Boost Converter
0
0
0
5
5
14,3
10
10
14,3
15
14,2
15
20
14,2
20
Dari hasil pengujian di atas, didapat bahwa buck dan boost converter yang telah
dirancang dapat bekerja dan dapat digunakan untuk mengisi baterai lead-acid 12 Volt.
4.2. Pengujian Panel Surya tanpa MPPT-P&O untuk Pengisian Baterai LeadAcid
Pengujian ini dilakukan dengan menyambungkan langsung panel surya ke baterai
lead-acid dan diambil sampel dengan rentang waktu 15 menit. Sebelum melakukan
pengisian, panel surya dihitung tegangan dan arusnya dengan menggunakan sensor arus
dan tegangan yang telah dibuat, lalu dilakukan perhitungan :
40
int average(int pins){
int sum = 0;
int read_val;
int i;
for(i = 0; i < 8; i++){
read_val = analogRead(pins);
sum += read_val;
delayMicroseconds(10);
}
return(sum/8);
}
int sensor(){
sp_v = average(spv) * spv_const;
sp_i = average(spi) * spi_const - spi_offs;
bat_v = average(btv) * btv_const;
l_i = average(li) * li_const - li_offs;
sp_w = sp_v * sp_i;
Serial.print(sp_v, DEC);
Serial.print(", ");
Serial.println(sp_i, DEC);
delayMicroseconds(2000);
}
Nilai dari konstanta spv_const, spi_const, dan spi_offs adalah nilai untuk
mendapat tegangan dan arus sebenarnya. Sebelum melakukan pembacaan dengan
sensor-sensor tersebut, dilakukan kalibrasi agar nilai dari perhitungan sesuai dengan
keluaran sebenarnya. Kalibrasi pada sensor tegangan dilakukan dengan mengukur nilai
resistor. Dari kalibrasi ini didapat nilai resistor untuk panel surya sebesar 9,87 kΩ dan
2,703 kΩ. Kemudian, nilai spv_const didapat dengan :
spv_const =
∗ .
�+ ,
∗ ,
�
�
= ,
9
Sedang untuk kalibrasi sensor arus, dilakukan dengan mencari keluaran dari
ACS712 saat dihubung singkat. Pada pembacaan analogRead Arduino, didapat nilai
sebesar 510, kemudian nilai dari spi_offs didapat dengan :
spi_offs =
∗
∗ .
=
,
Dengan perhitungan-perhitungan di atas, didapat file dengan format .csv. Data
dari file tersebut dikirim ke MATLAB yang kemudian dihitung rata-rata dari arus dan
tegangannya :
41
>>
>>
>>
>>
data1 = readtable('noncharge.csv');
teg1 = data1{1:end,1};
arus1 = data1{:,1:end};
teg1_arus1_rerata = mean(data1{:,1:end})
teg1_arus1_rerata =
19.1847
0.8370
>> daya1 = teg1.*arus1;
>> daya1rerata = mean(daya1)
daya1rerata =
16.0572
Gambar 4.1. Sampel hasil pengukuran tegangan dan arus panel surya
42
Gambar 4.2. Grafik keluaran panel surya
Dari nilai-nilai di atas, didapat rata-rata untuk tegangan adalah 19,1847 Volt, arus
0,8370 Ampere, dan daya 16,0572 Watt. Setelah itu, dilakukan pengisian terhadap
baterai langsung dari panel surya. Seperti pengambilan data sebelumnya, maka didapat
keluaran rata-rata sebagai berikut :
>>
>>
>>
>>
data2 = readtable('charge.csv');
teg2 = data2{1:end,1};
arus2 = data2{:,1:end};
teg2_arus2_rerata = mean(data2{:,1:end})
teg_arus_rerata =
12.3628
0.6841
>> daya2 = teg2.*arus2;
>> daya2rerata = mean(daya2)
daya2rerata =
8.4571
43
Gambar 4.3. Sampel hasil pengukuran tegangan dan arus pengisian dengan panel surya
tanpa MPPT-P&O
44
Gambar 4.4. Grafik keluaran pengisian baterai dengan panel surya tanpa MPPT-P&O
Didapat rata-rata tegangannya 12,3628 Volt, arusnya 0,6841 Ampere, dan daya
8,4571 Watt. Tegangan ini turun dan menyesuaikan tegangan dari baterai yang diisi
ulang, yaitu 12,3 Volt. Untuk mengisi baterai lead-acid 12 Volt, diperlukan tegangan
antara 2,3 Volt hingga 2,4 Volt tiap selnya, atau 13,8 Volt hingga 14,4 Volt. Akan tetapi,
panel surya ketika digunakan untuk mengisi baterai akan mengalami penurunan
tegangan sesuai dengan kapasitas baterai yang tersisa. Hal ini mengakibatkan panel
surya tidak bisa secara maksimal digunakan untuk mengisi baterai secara langsung.
4.3. Pengujian Panel Surya dengan MPPT-P&O untuk Pengisian Baterai LeadAcid
Pengujian ini dilakukan dengan menghubungkan panel surya dengan sistem untuk
melakukan pengisian terhadap baterai dan diambil sampel dengan rentang waktu 15
menit. Sistem yang dijalankan adalah MPPT-P&O sebagai berikut :
void charge(){
switch(charge_con){
case on :
if(bat_v
>>
>>
data3 = readtable('chargesys.csv');
teg3 = data3{1:end,1};
arus3 = data3{:,1:end};
teg3_arus3_rerata = mean(data3{:,1:end})
teg_arus_rerata =
14.2002
0.7315
>> daya3 = teg3.*arus3;
>> daya3rerata = mean(daya3)
daya3rerata =
10.3883
46
Gambar 4.5. Sampel hasil pengukuran tegangan dan arus pengisian dengan panel surya
beserta MPPT-P&O
47
Gambar 4.6. Grafik keluaran pengisian baterai dengan panel surya serta MPPT-P&O
Dengan rata-rata tegangan sebesar 14,2002 Volt dan arus 0,7315 Ampere,
sehingga menghasilkan daya rata-rata sebesar 10,3883 Watt. Dari grafik pada Gambar
4.6. di atas, dapat dilihat bahwa keluaran dari sistem adalah 13,9 Volt hingga 14,3 Volt.
Dengan tegangan tersebut, maka panel surya dapat digunakan untuk mengisi baterai.
4.4. Pengujian Saklar Beban
Pada pengujian ini, beban lampu 12 Volt beserta potensiometer 10 kΩ dipasang.
Saklar beban akan aktif ketika kondisi baterai di atas 11,5 Volt dan daya dari panel
surya kurang dari 2 Watt.
void load_con(){
if(sp_w < sp_low_pow && load_stop < bat_v){
load_on;
lcd.setCursor(17,1);
lcd.print(" ON");
lcd.setCursor(14,2);
lcd.print(l_i,2);
}
else{
load_off;
lcd.setCursor(17,1);
48
lcd.print("OFF");
lcd.setCursor(14,2);
lcd.print("--.--");
}
}
Dari data yang didapat, ketika tegangan baterai 12,3 Volt dan panel surya dilepas,
lampu yang disambung dengan sistem dapat menyala dengan arus 0,2 Ampere.
Tabel 4.2. Hasil Pengujian Saklar Beban
Tegangan Baterai (Volt)
Daya Solar Panel
(Watt)
11
12,3
1
Off
On
3
Off
Off
4.5. Pengujian MPPT-P&O dengan Catu Daya
Pengujian sistem menggunakan catu daya dilakukan untuk mengetahui kinerja
sistem. Berikut adalah perbandingan arus pengisian menggunakan sistem dan tanpa
menggunakan sistem :
Tabel 4.3. Arus Pengisian tanpa Menggunakan Sistem
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Vin
(Volt)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
12,5
13
14
14,5
15
Arus tanpa Sistem
(Ampere)
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0,071
0,56
1,75
2,16
2,66
49
Tabel 4.4. Arus Pengisian dengan Menggunakan Sistem
Vin
(Volt)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Arus dengan
Sistem
(Ampere)
0
0
0
0
0
0
0
0
0,04
0,04
0,14
0,14
0,165
0,307
0,32
0,36
0,56
0,69
0,76
0,78
0,8
Dari Tabel 4.3. dan Tabel 4.4., didapat bahwa sistem dapat bekerja ketika
tegangan di bawah tegangan baterai, yaitu 12,3 Volt, sedangkan tanpa menggunakan
sistem, catu daya mulai bekerja disaat tegangan mendekati tegangan baterai. Saat
tegangan catu daya dinaikkan sedikit demi sedikit, arus yang dialirkan juga ikut naik.
Saat melebihi 14 Volt, tegangan dan arus pengisian dengan catu daya tanpa
menggunakan sistem masih terus naik. Hal ini akan dapat merusak baterai, karena
tegangan dan arus yang digunakan melebihi dari 14,4 Volt (tegangan maksimal
pengisian baterai 12 Volt, 6 sel) dan 2,1 A.
50