RANCANG BANGUN MAXIMUM POWER POINT TRACK (1)
RANCANG BANGUN MAXIMUM POWER POINT TRACKER (MPPT)
PADA PANEL SURYA DENGAN MENGGUNAKAN METODE FUZZY
Atar Fuady Babgei - 2207100161
Jurusan Teknik Elektro-FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Kampus ITS, Keputih-Sukolilo, Surabaya-60111
Email: atarbey@gmail.com
energi fosil atau energi tak terbaharukan. Dalam
aplikasinya secara konvensional panel surya memiliki
banyak kekurangan terutama pada sisi efisensi
keluaran yang terbilang rendah, hal tersebut
dikarenakan perbedaan karakteristik antara panel
surya dengan beban. Ada beberapa faktor yang
mempengaruhi daya listrik yang dihasilkan oleh panel
surya, seperti besarnya tingkat intensitas cahaya dan
suhu kerja dari panel surya.
Selain itu, karakteristik V-I sel surya adalah
nonlinier dan berubah terhadap radiasi dan suhu
permukaan solar sel. secara umum, terdapat titik yang
unik pada kurva V-I atau kurva V-P, yang dinamakan
Maximum Power Point (MPP). Dimana pada titik
tersebut, solar sel bekerja pada efisiensi maksimum
dan menghasilkan daya keluaran paling besar. Letak
dari MPP tidak diketahui, tapi dapat dicari, dengan
menggunakan perhitungan atau algoritma penjejak.
Oleh karena itu algoritma Maximum Power Point
Tracker (MPPT) dibutuhkan untuk menjaga titik kerja
solar sel agar tetap pada titik MPP.
Maximum Power Point Tracker (MPPT) adalah
suatu metode untuk mencari point (titik) maksimum
dari karva karakteristik tegangan dan arus input (V-I)
pada aplikasi panel surya. Sistem Maximum Power
Point Tracker (MPPT) dengan bantuan Konverter DCDC digunakan untuk mengatur besarnya tegangan
keluaran pada panel surya, agar dapat memaksa panel
surya memperoleh daya maksimum pada berbagai
tingkat intensitas cahaya. Dengan menganalisa
masukan sumber hasil konversi panel surya dengan
memanfaatkan kemampuan kapasitas puncak dari
karakteristik panel, diharapkan efisiensi daya keluaran
kebeban dapat maksimum.
Abstrak - Panel Surya sebagai jenis pembangkit
listrik terbaharukan di masa datang akan semakin
memiliki peranan penting sebagai pengganti energi
fosil atau energi tak terbaharukan. Namun dalam
aplikasinya secara konvensional panel surya
mempunyai kekurangan yakni memiliki efisiensi yang
rendah, hal ini dikarenakan karakteristik V-I sel surya
yang tidak linier terhadap pembebanan. Ada
beberapa faktor yang mempengaruhi daya listrik yang
dihasilkan oleh panel surya, seperti besarnya tingkat
intensitas cahaya dan suhu kerja dari panel surya.
Secara umum, terdapat titik yang unik pada kurva
V-I atau kurva V-P, yang dinamakan Maximum Power
Point (MPP). Dimana pada titik tersebut, solar sel
bekerja pada efisiensi maksimum dan menghasilkan
daya keluaran paling besar. Letak dari MPP tidak
diketahui, tapi dapat dicari, dengan menggunakan
perhitungan atau algoritma penjejak. Oleh karena itu
algoritma Maximum Power Point Tracker (MPPT)
dibutuhkan untuk menjaga titik kerja solar sel agar
tetap bekerja pada titik MPP.
Dalam Tugas Akhir ini dilakukan perancangan
dan implementasi suatu alat berbasis mikrokontroller
untuk mengoptimalkan kerja dari Panel Surya dengan
cara mencari titik MPP (Maximum Power Point)
dengan metode menggunakan algoritma fuzzy,
kemudian mengimplementasinya menjadi tegangan
output dengan Buck Converter yang dikontrol dengan
PWM (Pulse Width Modulation), sehingga dapat
menghasilkan daya keluaran dengan efisiensi lebih
baik. Adapun hasil dari penelitian ini yakni sistem
MPPT dapat meningkatkan daya pada panel surya
dengan penambahan efisiensi rata-rata sebesar
21.87% dibandingkan dengan tanpa menggunakan
sistem MPPT.
II.
Kata kunci : Panel Surya, MPPT, Metode Fuzzy,
Buck Converter
I.
TEORI PENUNJANG
2.1 Panel Surya
Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya
yang mengubah cahaya menjadi listrik. Mereka
disebut surya atas matahari atau "sol" karena matahari
merupakan sumber cahaya terkuat yang dapat
dimanfaatkan. Panel surya sering kali disebut sel
photovoltaic, photovoltaic dapat diartikan sebagai
"cahaya-listrik". Sel surya atau sel PV bergantung
pada efek photovoltaic untuk menyerap energi
PENDAHULUAN
Pembangkit listrik tenaga surya merupakan salah
satu pembangkit tenaga listrik alternatif yang banyak
dikembangkan, panel surya (solar panel) sebagai jenis
pembangkit listrik terbaharukan di masa datang akan
semakin memiliki peranan penting sebagai pengganti
1
tersebut, solar sel bekerja pada efisiensi maksimum
dan menghasilkan daya keluaran paling besar.
Pada gambar 2.2 diperlihatkan pengaruh
iradiasi terhadap daya dan tegangan keluaran dari
solar sel. sedangkan pada gambar 2.3 diperlihatkan
pengaruh dari suhu permukaan solar sel pada kurva IV.
matahari dan menyebabkan arus mengalir antara dua
lapisan bermuatan yang berlawanan.
Berikut merupakan beberapa faktor yang
mempengaruhi kerja dari sel surya agar
pengoperasianya dapat mencapai nilai maksimum [1]:
a. Suhu permukaan panel surya
b. Radiasi solar matahari (iradiasi)
c. Kecepatan angin bertiup
d. Keadaan atmosfir bumi
e. Orientasi panel atau array PV
f. Posisi letak sel surya (array) terhadap matahari
(tilt angle)
Untuk mendekati kinerja dari sel surya, suatu
model matematik dikembangkan untuk menirukan
solar sel. Gambar 2.1 menunjukkan rangkaian
persamaan solar sel, dimana I dan V adalah arus dan
tegangan solar sel, kemudian, IL adalah cell’s
photocurrent. Rp dan Rs adalah tahanan shunt dan
tahanan seri dari solar sel.
Gambar 2.2 Karakteristik P-V untuk level iradiasi (cahaya
matahari) berubah-ubah [2]
Gambar 2.1 Rangkaian persamaan sel surya [2]
Persamaan dari rangkaian diatas adalah :
Gambar 2.3 Kurva I-V panel surya untuk penyinaran tetap
dan suhu bervariasi [2]
[2-1]
Dimana :
Io
= arus saturasi reverse (Ampere)
n
= faktor ideal dioda
q
= pengisian electron (1.602·10-19 C)
k
= konstanta Boltzman (1.3806.10-23 J.K-1)
T
= temperatur solar sel (oK)
2.2 Maximum Power Point Tracking (MPPT)
Maximum Power Point Tracking atau sering
disingkat dengan MPPT merupakan sebuah sistem
elektronik yang dioperasikan pada sebuah panel surya
sehingga panel surya bisa menghasilkan daya
maksimum. Perlu diperhatikan, MPPT bukanlah
sebuah sistem tracking mekanik yang digunakan untuk
mengubah posisi modul terhadap posisi matahari
sehingga mendapatkan energi maksimum matahari.
MPPT benar-benar sebuah sistem elektronik yang bisa
menelusuri titik daya maksimum power yang bisa
dikeluarkan oleh sebuah panel PV.
Sistem MPPT bekerja dengan cara memaksa
panel surya agar bekerja pada titik daya
maksimumnya, sehingga daya yang mengalir ke beban
adalah daya maksimal. Pada umumnya digunakan
DC-DC converter dalam sebuah sistem MPPT untuk
menggeser daya operasi dari panel surya menjadi titik
daya maksimalnya.
Persamaan diatas digunakan dalam simulasi
menggunakan
komputer
untuk
mendapatkan
karakteristik keluaran solar sel, seperti pada gambar
2.2 dan 2.3. Kurva ini menunjukkan sangat jelas
bahwa karakteristik keluaran solar sel adalah nonlinier dan sangat dipengaruhi oleh radiasi sinar
matahari dan temperatur.
Selain itu, karakteristik V-I sel surya adalah
nonlinier dan berubah terhadap radiasi dan suhu
permukaan solar sel. Secara umum, terdapat titik yang
unik pada kurva V-I atau kurva V-P, yang dinamakan
Maximum Power Point (MPP). Dimana pada titik
2
Pada gambar 2.4 dan 2.5 diperlihatkan efek
pembebanan
Gambar 2.4 Pengaruh pembebanan pada kurva VI panel
surya [5]
Gambar 3.1 Diagram sistem MPPT
Pada bagian yang pertama terdapat panel surya yang
berfungsi menghasilkan energi listrik dari sinar
matahari yang di serap. Output dari panel surya
tersebut akan menghasilkan tegangan dan arus yang
berubah-ubah tergantung dengan kondisi suhu, dan
intensitas radiasi matahari (irradiance).
Mikrokontroler berfungsi menerima input analog dari
berbagai sensor, mengubahnya terlebih dahulu
menjadi digital (ADC Convertion), kemudian diproses
kedalam algoritma FLC (Fuzzy Logic Controller).
Hasil dari algoritma FLC tersebut berupa sinyal PWM
yang digunakan untuk switching MOSFET pada
rangkaian Buck Converter.
Gambar 2.5 Karakteristik P dan V pada panel surya [5]
Di sebelah kiri dari MPP perubahan daya terhadap
perubahan tegangan dP/dV>0, sementara di sebelah
kanan, dP/dV 0, hal tersebut diketahui bahwa
penggangguan (perturbation ) dilakukan untuk
memindahkan tegangan kerja sel surya maju ke arah
MPP. Jika dP/dV
PADA PANEL SURYA DENGAN MENGGUNAKAN METODE FUZZY
Atar Fuady Babgei - 2207100161
Jurusan Teknik Elektro-FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Kampus ITS, Keputih-Sukolilo, Surabaya-60111
Email: atarbey@gmail.com
energi fosil atau energi tak terbaharukan. Dalam
aplikasinya secara konvensional panel surya memiliki
banyak kekurangan terutama pada sisi efisensi
keluaran yang terbilang rendah, hal tersebut
dikarenakan perbedaan karakteristik antara panel
surya dengan beban. Ada beberapa faktor yang
mempengaruhi daya listrik yang dihasilkan oleh panel
surya, seperti besarnya tingkat intensitas cahaya dan
suhu kerja dari panel surya.
Selain itu, karakteristik V-I sel surya adalah
nonlinier dan berubah terhadap radiasi dan suhu
permukaan solar sel. secara umum, terdapat titik yang
unik pada kurva V-I atau kurva V-P, yang dinamakan
Maximum Power Point (MPP). Dimana pada titik
tersebut, solar sel bekerja pada efisiensi maksimum
dan menghasilkan daya keluaran paling besar. Letak
dari MPP tidak diketahui, tapi dapat dicari, dengan
menggunakan perhitungan atau algoritma penjejak.
Oleh karena itu algoritma Maximum Power Point
Tracker (MPPT) dibutuhkan untuk menjaga titik kerja
solar sel agar tetap pada titik MPP.
Maximum Power Point Tracker (MPPT) adalah
suatu metode untuk mencari point (titik) maksimum
dari karva karakteristik tegangan dan arus input (V-I)
pada aplikasi panel surya. Sistem Maximum Power
Point Tracker (MPPT) dengan bantuan Konverter DCDC digunakan untuk mengatur besarnya tegangan
keluaran pada panel surya, agar dapat memaksa panel
surya memperoleh daya maksimum pada berbagai
tingkat intensitas cahaya. Dengan menganalisa
masukan sumber hasil konversi panel surya dengan
memanfaatkan kemampuan kapasitas puncak dari
karakteristik panel, diharapkan efisiensi daya keluaran
kebeban dapat maksimum.
Abstrak - Panel Surya sebagai jenis pembangkit
listrik terbaharukan di masa datang akan semakin
memiliki peranan penting sebagai pengganti energi
fosil atau energi tak terbaharukan. Namun dalam
aplikasinya secara konvensional panel surya
mempunyai kekurangan yakni memiliki efisiensi yang
rendah, hal ini dikarenakan karakteristik V-I sel surya
yang tidak linier terhadap pembebanan. Ada
beberapa faktor yang mempengaruhi daya listrik yang
dihasilkan oleh panel surya, seperti besarnya tingkat
intensitas cahaya dan suhu kerja dari panel surya.
Secara umum, terdapat titik yang unik pada kurva
V-I atau kurva V-P, yang dinamakan Maximum Power
Point (MPP). Dimana pada titik tersebut, solar sel
bekerja pada efisiensi maksimum dan menghasilkan
daya keluaran paling besar. Letak dari MPP tidak
diketahui, tapi dapat dicari, dengan menggunakan
perhitungan atau algoritma penjejak. Oleh karena itu
algoritma Maximum Power Point Tracker (MPPT)
dibutuhkan untuk menjaga titik kerja solar sel agar
tetap bekerja pada titik MPP.
Dalam Tugas Akhir ini dilakukan perancangan
dan implementasi suatu alat berbasis mikrokontroller
untuk mengoptimalkan kerja dari Panel Surya dengan
cara mencari titik MPP (Maximum Power Point)
dengan metode menggunakan algoritma fuzzy,
kemudian mengimplementasinya menjadi tegangan
output dengan Buck Converter yang dikontrol dengan
PWM (Pulse Width Modulation), sehingga dapat
menghasilkan daya keluaran dengan efisiensi lebih
baik. Adapun hasil dari penelitian ini yakni sistem
MPPT dapat meningkatkan daya pada panel surya
dengan penambahan efisiensi rata-rata sebesar
21.87% dibandingkan dengan tanpa menggunakan
sistem MPPT.
II.
Kata kunci : Panel Surya, MPPT, Metode Fuzzy,
Buck Converter
I.
TEORI PENUNJANG
2.1 Panel Surya
Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya
yang mengubah cahaya menjadi listrik. Mereka
disebut surya atas matahari atau "sol" karena matahari
merupakan sumber cahaya terkuat yang dapat
dimanfaatkan. Panel surya sering kali disebut sel
photovoltaic, photovoltaic dapat diartikan sebagai
"cahaya-listrik". Sel surya atau sel PV bergantung
pada efek photovoltaic untuk menyerap energi
PENDAHULUAN
Pembangkit listrik tenaga surya merupakan salah
satu pembangkit tenaga listrik alternatif yang banyak
dikembangkan, panel surya (solar panel) sebagai jenis
pembangkit listrik terbaharukan di masa datang akan
semakin memiliki peranan penting sebagai pengganti
1
tersebut, solar sel bekerja pada efisiensi maksimum
dan menghasilkan daya keluaran paling besar.
Pada gambar 2.2 diperlihatkan pengaruh
iradiasi terhadap daya dan tegangan keluaran dari
solar sel. sedangkan pada gambar 2.3 diperlihatkan
pengaruh dari suhu permukaan solar sel pada kurva IV.
matahari dan menyebabkan arus mengalir antara dua
lapisan bermuatan yang berlawanan.
Berikut merupakan beberapa faktor yang
mempengaruhi kerja dari sel surya agar
pengoperasianya dapat mencapai nilai maksimum [1]:
a. Suhu permukaan panel surya
b. Radiasi solar matahari (iradiasi)
c. Kecepatan angin bertiup
d. Keadaan atmosfir bumi
e. Orientasi panel atau array PV
f. Posisi letak sel surya (array) terhadap matahari
(tilt angle)
Untuk mendekati kinerja dari sel surya, suatu
model matematik dikembangkan untuk menirukan
solar sel. Gambar 2.1 menunjukkan rangkaian
persamaan solar sel, dimana I dan V adalah arus dan
tegangan solar sel, kemudian, IL adalah cell’s
photocurrent. Rp dan Rs adalah tahanan shunt dan
tahanan seri dari solar sel.
Gambar 2.2 Karakteristik P-V untuk level iradiasi (cahaya
matahari) berubah-ubah [2]
Gambar 2.1 Rangkaian persamaan sel surya [2]
Persamaan dari rangkaian diatas adalah :
Gambar 2.3 Kurva I-V panel surya untuk penyinaran tetap
dan suhu bervariasi [2]
[2-1]
Dimana :
Io
= arus saturasi reverse (Ampere)
n
= faktor ideal dioda
q
= pengisian electron (1.602·10-19 C)
k
= konstanta Boltzman (1.3806.10-23 J.K-1)
T
= temperatur solar sel (oK)
2.2 Maximum Power Point Tracking (MPPT)
Maximum Power Point Tracking atau sering
disingkat dengan MPPT merupakan sebuah sistem
elektronik yang dioperasikan pada sebuah panel surya
sehingga panel surya bisa menghasilkan daya
maksimum. Perlu diperhatikan, MPPT bukanlah
sebuah sistem tracking mekanik yang digunakan untuk
mengubah posisi modul terhadap posisi matahari
sehingga mendapatkan energi maksimum matahari.
MPPT benar-benar sebuah sistem elektronik yang bisa
menelusuri titik daya maksimum power yang bisa
dikeluarkan oleh sebuah panel PV.
Sistem MPPT bekerja dengan cara memaksa
panel surya agar bekerja pada titik daya
maksimumnya, sehingga daya yang mengalir ke beban
adalah daya maksimal. Pada umumnya digunakan
DC-DC converter dalam sebuah sistem MPPT untuk
menggeser daya operasi dari panel surya menjadi titik
daya maksimalnya.
Persamaan diatas digunakan dalam simulasi
menggunakan
komputer
untuk
mendapatkan
karakteristik keluaran solar sel, seperti pada gambar
2.2 dan 2.3. Kurva ini menunjukkan sangat jelas
bahwa karakteristik keluaran solar sel adalah nonlinier dan sangat dipengaruhi oleh radiasi sinar
matahari dan temperatur.
Selain itu, karakteristik V-I sel surya adalah
nonlinier dan berubah terhadap radiasi dan suhu
permukaan solar sel. Secara umum, terdapat titik yang
unik pada kurva V-I atau kurva V-P, yang dinamakan
Maximum Power Point (MPP). Dimana pada titik
2
Pada gambar 2.4 dan 2.5 diperlihatkan efek
pembebanan
Gambar 2.4 Pengaruh pembebanan pada kurva VI panel
surya [5]
Gambar 3.1 Diagram sistem MPPT
Pada bagian yang pertama terdapat panel surya yang
berfungsi menghasilkan energi listrik dari sinar
matahari yang di serap. Output dari panel surya
tersebut akan menghasilkan tegangan dan arus yang
berubah-ubah tergantung dengan kondisi suhu, dan
intensitas radiasi matahari (irradiance).
Mikrokontroler berfungsi menerima input analog dari
berbagai sensor, mengubahnya terlebih dahulu
menjadi digital (ADC Convertion), kemudian diproses
kedalam algoritma FLC (Fuzzy Logic Controller).
Hasil dari algoritma FLC tersebut berupa sinyal PWM
yang digunakan untuk switching MOSFET pada
rangkaian Buck Converter.
Gambar 2.5 Karakteristik P dan V pada panel surya [5]
Di sebelah kiri dari MPP perubahan daya terhadap
perubahan tegangan dP/dV>0, sementara di sebelah
kanan, dP/dV 0, hal tersebut diketahui bahwa
penggangguan (perturbation ) dilakukan untuk
memindahkan tegangan kerja sel surya maju ke arah
MPP. Jika dP/dV