Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Penggunaan Modul Buck dan Boost Converter pada Panel Surya untuk Pengisian Baterai
PENGGUNAAN MODUL BUCK DAN BOOST CONVERTER
PADA PANEL SURYA UNTUK PENGISIAN BATERAI
oleh
Yohanes Bosco Adrian Budhi Setyanto
NIM : 612006018
Skripsi
Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Januari 2014
INTISARI
Skripsi ini dirancang dan direalisasikan untuk memanfaatkan modul buck dan
boost converter pada panel sel surya. Penggunaan modul buck dan boost converter
bertujuan agar konversi energi cahaya ke energi listrik pada sel surya dapat lebih
maksimal untuk pengisian sebuah baterai.
Komponen utama yang digunakan pada alat ini adalah panel sel surya, modul buck
dan boost converter, dan modul baterai. Panel sel surya digunakan untuk mengubah
energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Panel sel surya yang digunakan memiliki
efisiensi maksimum 32 W. Modul buck dan boost converter berperan sebagai alat yang
dapat mengkonversi fluktuasi tegangan keluaran dari panel sel surya menjadi standar
tegangan pengisian baterai aki 12 V 5 Ah. Modul baterai terdiri dari 2 bagian utama, yaitu
indikator LED dan sebuah baterai aki 12 V 5 Ah. Indikator LED akan menyala terang
ketika kapasitas baterai aki 12 V 5 Ah telah terisi penuh.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa efisiensi daya yang dihasilkan oleh buck dan
boost converter adalah 71,52%. Modul buck dan boost converter dapat bekerja maksimal
ketika tegangan inputan 6 – 25 Volt. yang merupakan fluktuasi keluaran dari panel sel
surya. Arus keluaran dari panel sel surya dipengaruhi oleh cuaca dan daerah tempat
peletakan. Di tempat pengujian skripsi ini, arus maksimal yang dihasilkan hanya 0.6 A.
i
ABSTRACT
This objective of this paper was to analyze the usage of a buck and boost
converter module on solar panels. Buck and boost converter module was used in order
to maximize the conversion of light energy to electricity in solar panel that will, in turn,
be used in charging a battery.
Main components used in the experiment are solar panels, buck and boost
converter module, and battery module. Solar panels, with maximum efficiency of 32W,
are used to convert light energy from the sun to electricity. Buck-boost converter
module functions as an adaptor to convert fluctuating voltage output from solar panels
to a standard 12 V 5Ah voltage used in charging a battery cell. Battery module consists
of 2 main components, Indicator LED light and a 12V 5Ah battery cell. LED indicator
will light up only when the battery cell is fully charged.
The experiment results showed that buck-boost converter produced 71.52%
power efficiency. Buck and boost converter module is most productive when voltage
input ranged between 6 – 25 V, due to fluctuation in voltage output from solar panels.
Current output from solar panels is dependant on weather and panels location. In this
experiment, maximum current output produced is up to 0.6A.
ii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yesus Kristus yang telah
memberikan berkat, penyertaan, kekuatan, kesehatan, ketenangan, dan kesabaran dalam
menyelesaikan tugas akhir ini, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik
sebagai syarat untuk menyelesaikan studi strata satu dan mendapatkan gelar sarjana
teknik di Fakultas Elektronika dan Komputer Universitas Satya Wacana Salatiga.
Melalui kesempatan ini juga, penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak –
pihak yang telah membantu dan berjasa dalam terselesaikannya tugas akhir ini, antara
lain :
1. Papi Stefanus Hadi Poerwoto dan mami Rita Maria Dwi Artanti yang telah dengan
sabar mendukung dan mendoakan YB dalam menyelesaikan kuliah teknik elektro
ini. Terima kasih buat pengertian dan kepercayaan yang papi mami kasih buat YB.
2. Adikku tersayang Bastian Dwi Prabowo yang ada di Bali yang telah memberikan
semangat baik via telp, BBM, maupun kontak lainnya.
3. Bapak Gunawan dan Bapak Dalu yang telah membimbing dan menuntun selama
proses perancangan dan realisasi skripsi ini. Terima kasih atas semua dukungan
dan waktu – waktu yang telah diluangkan untuk revisi – revisi dan bimbingan
yang telah diberikan.
4. Seluruh dosen dan karyawan Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer, Pak
Iwan, Pak Han, Pak Harsono, Pak Liek selaku wali studi saya, Koh Deddy, Pak
BM, Pak SAP, Pak HTT, Pak Lukas, Pak Daniel, Ibu Ivana, Pak Herdy, Pak
Mathias, Pak DU, Pak Andreas, Mbak – mbak TU, Mbak Tien, Mbak Rieska,
Mbak Ditha, Mbak xxx, yang telah mendidik dan membantu saya dalam
menempuh jalan yang panjang ini. Terima kasih atas dukungan baik secara
langsung ataupun tidak langsung selama saya menempuh kuliah.
5. Sahabatku dan teman – teman lunaticers, Raymond, Willmond, Leo – Ririn, Ko
Richard, Yohan – Ivana, yang tak ada capeknya mencomoohi supaya saya cepat
lulus, kerja, nikah, dll.
6. Teman – teman seperjuangan, Andy Butar, Yongky, Hangga Petiz, Ranjit, Dion,
Eky, Samudra, Angling, Budi, Novi, Budi kong, Yosa, Heru, Chandra, Yoyo,
iii
Jimmy A Thenk, dan semua angkatan 2006 yang telah berjuang bersama
menempuh kuliah dan skripsi ini.
7. Teman – teman kos Seruni 4 dan Kalisombo 27, Butar, Ko Ricky ngengek, Yoshe,
Budhenk, Victor, Rudi, Edo, Bernard Bear, Nono, Poer, Jong2, bebek, cemplon,
cimod, Sumbogo, Bulu, momoy, Honk, tuyul, dll yang telah bersama hidup baik
susah ataupun senang, baik nakal ataupun tidak. KALIAN LUAR BIASAAA!!!
8. Sanak keluarga, teman – teman, dan pihak – pihak lain yang tidak dapat saya
sebutkan satu per satu. Terima kasih atas semuanya.
Akhir kata, penulis berharap agar tugas akgir ini dapat berguna dan
memberikan manfaat bagi pembaca sekalian. Penulis menyadari tak ada gading
yang tak retak, tak ada manusia yang sempurna, sama halnya dengan tugas akhir
ini yang jauh dari sempurna. Penulis mengharapkan kritik dan saran yang
membangun demi kemajuan kita bersama.
Salatiga, 8 Januari 2014
YB. Adrian B.S
Penulis
iv
DAFTAR ISI
HALAMAN
INTISARI
i
ABSTRACT
ii
KATA PENGANTAR
iii
DAFTAR ISI
v
DAFTAR GAMBAR
vii
DAFTAR TABEL
viii
BAB I
PENDAHULUAN
1
1. 1. Tujuan
1
1. 2. Latar Belakang Masalah
1
1. 3. Spesifikasi Alat
2
1. 4. Sistematika Penulisan
3
DASAR TEORI
4
2. 1. Sel Surya
4
2. 2. Buck dan Boost Converter
7
2. 3. Akumulator
12
BAB II
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI
14
3. 1. Diagram Blok dan Cara Kerja Penggunaan Modul
Buck dan Boost Converter pada Sel Surya
13
3. 2. Modul Sel Surya (Photo Voltaic)
3. 2. 1. Meja Penopang
15
3. 2. 2. Panel Sel Surya
16
3. 3. Modul Buck dan Boost Converter
3. 3. 1. Modul Boost Converter
17
3. 3. 2. Modul Buck Converter
22
3. 4. Modul Baterai
3. 4. 1.
Indikator Baterai
26
3. 4. 2.
Baterai
27
v
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN ANALISIS
BAB V
28
4. 1. Panel Surya
28
4. 2. Modul Buck dan Boost Converter
31
4. 3. Modul Baterai
35
PENUTUP
36
5. 1. Kesimpulan
36
5. 2. Saran Pengembangan
36
DAFTAR PUSTAKA
37
LAMPIRAN
vi
DAFTAR GAMBAR
HALAMAN
Gambar 2.1. Gambar persambungan semikonduktor tipe-p dan tipe-n
4
Gambar 2.2. Ilustrasi penyatuan elektron dan hole ketika terkena sinar matahari
5
Gambar 2.3. Gambar lapisan yang ada pada sel surya
6
Gambar 2.4. Rangkaian ideal buck-boost converter
7
Gambar 2.5. Skema buck converter
7
Gambar 2.6. Buck converter ketika mosfet on
8
Gambar 2.7. Buck converter ketika mosfet off
8
Gambar 2.8. Sinyal keluaran buck converter
9
Gambar 2.9. Rangkaian boost converter
10
Gambar 2.10. Boost converter saat mosfet on
10
Gambar 2.11. Boost converter saat mosfet off
11
Gambar 2.12. Sinyal keluaran dari boost converter
11
Gambar 3.1. Blok Diagram Keseluruhan Alat
14
Gambar 3.2. Meja penopang panel surya
15
Gambar 3.3. Bentuk fisik Kyocera KC32T
16
Gambar 3.4. Rangkaian dalam tampak bawah IC MC34063
18
Gambar 3.5. Konfigurasi pin MC34063 (tampak atas)
18
Gambar 3.6. Untai dasar boost converter dengan MC34063
19
Gambar 3.7. Untai dasar buck converter dengan MC34063
23
Gambar 3.8. Untai indikator baterai
27
Gambar 4.1. Kondisi tempat pengujian modul panel sel surya
28
Gambar 4.2. Grafik pengujian daya keluaran terhadap waktu pada panel
surya dengan beban resistor 1 kΩ
29
Gambar 4.3. Grafik pengujian daya keluaran terhadap waktu pada panel
surya dengan beban resistor 47 Ω
30
Gambar 4.4. Grafik pengujian tegangan keluaran boost converter dengan
variasi tegangan masukan
31
Gambar 4.5. Grafik pengujian tegangan keluaran buck converter dengan
variasi tegangan masukan
32
vii
DAFTAR TABEL
HALAMAN
Tabel 3.1.
Spesifikasi panel sel surya Kyocera KC32T
Tabel 4.1.
Hasil pengujian modul buck – boost converter dengan
17
power supply 15 V 3 A
32
Tabel 4.2.
Hasil pengujian pengisian baterai dalam sehari
33
Tabel 4.3.
Pengujian indikator LED menggunakan power supply 15 V 3 A
35
viii
PADA PANEL SURYA UNTUK PENGISIAN BATERAI
oleh
Yohanes Bosco Adrian Budhi Setyanto
NIM : 612006018
Skripsi
Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Januari 2014
INTISARI
Skripsi ini dirancang dan direalisasikan untuk memanfaatkan modul buck dan
boost converter pada panel sel surya. Penggunaan modul buck dan boost converter
bertujuan agar konversi energi cahaya ke energi listrik pada sel surya dapat lebih
maksimal untuk pengisian sebuah baterai.
Komponen utama yang digunakan pada alat ini adalah panel sel surya, modul buck
dan boost converter, dan modul baterai. Panel sel surya digunakan untuk mengubah
energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Panel sel surya yang digunakan memiliki
efisiensi maksimum 32 W. Modul buck dan boost converter berperan sebagai alat yang
dapat mengkonversi fluktuasi tegangan keluaran dari panel sel surya menjadi standar
tegangan pengisian baterai aki 12 V 5 Ah. Modul baterai terdiri dari 2 bagian utama, yaitu
indikator LED dan sebuah baterai aki 12 V 5 Ah. Indikator LED akan menyala terang
ketika kapasitas baterai aki 12 V 5 Ah telah terisi penuh.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa efisiensi daya yang dihasilkan oleh buck dan
boost converter adalah 71,52%. Modul buck dan boost converter dapat bekerja maksimal
ketika tegangan inputan 6 – 25 Volt. yang merupakan fluktuasi keluaran dari panel sel
surya. Arus keluaran dari panel sel surya dipengaruhi oleh cuaca dan daerah tempat
peletakan. Di tempat pengujian skripsi ini, arus maksimal yang dihasilkan hanya 0.6 A.
i
ABSTRACT
This objective of this paper was to analyze the usage of a buck and boost
converter module on solar panels. Buck and boost converter module was used in order
to maximize the conversion of light energy to electricity in solar panel that will, in turn,
be used in charging a battery.
Main components used in the experiment are solar panels, buck and boost
converter module, and battery module. Solar panels, with maximum efficiency of 32W,
are used to convert light energy from the sun to electricity. Buck-boost converter
module functions as an adaptor to convert fluctuating voltage output from solar panels
to a standard 12 V 5Ah voltage used in charging a battery cell. Battery module consists
of 2 main components, Indicator LED light and a 12V 5Ah battery cell. LED indicator
will light up only when the battery cell is fully charged.
The experiment results showed that buck-boost converter produced 71.52%
power efficiency. Buck and boost converter module is most productive when voltage
input ranged between 6 – 25 V, due to fluctuation in voltage output from solar panels.
Current output from solar panels is dependant on weather and panels location. In this
experiment, maximum current output produced is up to 0.6A.
ii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yesus Kristus yang telah
memberikan berkat, penyertaan, kekuatan, kesehatan, ketenangan, dan kesabaran dalam
menyelesaikan tugas akhir ini, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik
sebagai syarat untuk menyelesaikan studi strata satu dan mendapatkan gelar sarjana
teknik di Fakultas Elektronika dan Komputer Universitas Satya Wacana Salatiga.
Melalui kesempatan ini juga, penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak –
pihak yang telah membantu dan berjasa dalam terselesaikannya tugas akhir ini, antara
lain :
1. Papi Stefanus Hadi Poerwoto dan mami Rita Maria Dwi Artanti yang telah dengan
sabar mendukung dan mendoakan YB dalam menyelesaikan kuliah teknik elektro
ini. Terima kasih buat pengertian dan kepercayaan yang papi mami kasih buat YB.
2. Adikku tersayang Bastian Dwi Prabowo yang ada di Bali yang telah memberikan
semangat baik via telp, BBM, maupun kontak lainnya.
3. Bapak Gunawan dan Bapak Dalu yang telah membimbing dan menuntun selama
proses perancangan dan realisasi skripsi ini. Terima kasih atas semua dukungan
dan waktu – waktu yang telah diluangkan untuk revisi – revisi dan bimbingan
yang telah diberikan.
4. Seluruh dosen dan karyawan Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer, Pak
Iwan, Pak Han, Pak Harsono, Pak Liek selaku wali studi saya, Koh Deddy, Pak
BM, Pak SAP, Pak HTT, Pak Lukas, Pak Daniel, Ibu Ivana, Pak Herdy, Pak
Mathias, Pak DU, Pak Andreas, Mbak – mbak TU, Mbak Tien, Mbak Rieska,
Mbak Ditha, Mbak xxx, yang telah mendidik dan membantu saya dalam
menempuh jalan yang panjang ini. Terima kasih atas dukungan baik secara
langsung ataupun tidak langsung selama saya menempuh kuliah.
5. Sahabatku dan teman – teman lunaticers, Raymond, Willmond, Leo – Ririn, Ko
Richard, Yohan – Ivana, yang tak ada capeknya mencomoohi supaya saya cepat
lulus, kerja, nikah, dll.
6. Teman – teman seperjuangan, Andy Butar, Yongky, Hangga Petiz, Ranjit, Dion,
Eky, Samudra, Angling, Budi, Novi, Budi kong, Yosa, Heru, Chandra, Yoyo,
iii
Jimmy A Thenk, dan semua angkatan 2006 yang telah berjuang bersama
menempuh kuliah dan skripsi ini.
7. Teman – teman kos Seruni 4 dan Kalisombo 27, Butar, Ko Ricky ngengek, Yoshe,
Budhenk, Victor, Rudi, Edo, Bernard Bear, Nono, Poer, Jong2, bebek, cemplon,
cimod, Sumbogo, Bulu, momoy, Honk, tuyul, dll yang telah bersama hidup baik
susah ataupun senang, baik nakal ataupun tidak. KALIAN LUAR BIASAAA!!!
8. Sanak keluarga, teman – teman, dan pihak – pihak lain yang tidak dapat saya
sebutkan satu per satu. Terima kasih atas semuanya.
Akhir kata, penulis berharap agar tugas akgir ini dapat berguna dan
memberikan manfaat bagi pembaca sekalian. Penulis menyadari tak ada gading
yang tak retak, tak ada manusia yang sempurna, sama halnya dengan tugas akhir
ini yang jauh dari sempurna. Penulis mengharapkan kritik dan saran yang
membangun demi kemajuan kita bersama.
Salatiga, 8 Januari 2014
YB. Adrian B.S
Penulis
iv
DAFTAR ISI
HALAMAN
INTISARI
i
ABSTRACT
ii
KATA PENGANTAR
iii
DAFTAR ISI
v
DAFTAR GAMBAR
vii
DAFTAR TABEL
viii
BAB I
PENDAHULUAN
1
1. 1. Tujuan
1
1. 2. Latar Belakang Masalah
1
1. 3. Spesifikasi Alat
2
1. 4. Sistematika Penulisan
3
DASAR TEORI
4
2. 1. Sel Surya
4
2. 2. Buck dan Boost Converter
7
2. 3. Akumulator
12
BAB II
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI
14
3. 1. Diagram Blok dan Cara Kerja Penggunaan Modul
Buck dan Boost Converter pada Sel Surya
13
3. 2. Modul Sel Surya (Photo Voltaic)
3. 2. 1. Meja Penopang
15
3. 2. 2. Panel Sel Surya
16
3. 3. Modul Buck dan Boost Converter
3. 3. 1. Modul Boost Converter
17
3. 3. 2. Modul Buck Converter
22
3. 4. Modul Baterai
3. 4. 1.
Indikator Baterai
26
3. 4. 2.
Baterai
27
v
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN ANALISIS
BAB V
28
4. 1. Panel Surya
28
4. 2. Modul Buck dan Boost Converter
31
4. 3. Modul Baterai
35
PENUTUP
36
5. 1. Kesimpulan
36
5. 2. Saran Pengembangan
36
DAFTAR PUSTAKA
37
LAMPIRAN
vi
DAFTAR GAMBAR
HALAMAN
Gambar 2.1. Gambar persambungan semikonduktor tipe-p dan tipe-n
4
Gambar 2.2. Ilustrasi penyatuan elektron dan hole ketika terkena sinar matahari
5
Gambar 2.3. Gambar lapisan yang ada pada sel surya
6
Gambar 2.4. Rangkaian ideal buck-boost converter
7
Gambar 2.5. Skema buck converter
7
Gambar 2.6. Buck converter ketika mosfet on
8
Gambar 2.7. Buck converter ketika mosfet off
8
Gambar 2.8. Sinyal keluaran buck converter
9
Gambar 2.9. Rangkaian boost converter
10
Gambar 2.10. Boost converter saat mosfet on
10
Gambar 2.11. Boost converter saat mosfet off
11
Gambar 2.12. Sinyal keluaran dari boost converter
11
Gambar 3.1. Blok Diagram Keseluruhan Alat
14
Gambar 3.2. Meja penopang panel surya
15
Gambar 3.3. Bentuk fisik Kyocera KC32T
16
Gambar 3.4. Rangkaian dalam tampak bawah IC MC34063
18
Gambar 3.5. Konfigurasi pin MC34063 (tampak atas)
18
Gambar 3.6. Untai dasar boost converter dengan MC34063
19
Gambar 3.7. Untai dasar buck converter dengan MC34063
23
Gambar 3.8. Untai indikator baterai
27
Gambar 4.1. Kondisi tempat pengujian modul panel sel surya
28
Gambar 4.2. Grafik pengujian daya keluaran terhadap waktu pada panel
surya dengan beban resistor 1 kΩ
29
Gambar 4.3. Grafik pengujian daya keluaran terhadap waktu pada panel
surya dengan beban resistor 47 Ω
30
Gambar 4.4. Grafik pengujian tegangan keluaran boost converter dengan
variasi tegangan masukan
31
Gambar 4.5. Grafik pengujian tegangan keluaran buck converter dengan
variasi tegangan masukan
32
vii
DAFTAR TABEL
HALAMAN
Tabel 3.1.
Spesifikasi panel sel surya Kyocera KC32T
Tabel 4.1.
Hasil pengujian modul buck – boost converter dengan
17
power supply 15 V 3 A
32
Tabel 4.2.
Hasil pengujian pengisian baterai dalam sehari
33
Tabel 4.3.
Pengujian indikator LED menggunakan power supply 15 V 3 A
35
viii