PERANCANGAN SISTEM MPPT DENGAN METODE IN

1

PERANCANGAN SISTEM MPPT
(MAXIMUM POWER POINT TRACKING)
DENGAN METODE INCREMENTAL
CONDUCTANCE UNTUK EFISIENSI
KINERJA SEL SURYA (PADA KONDISI
NORMAL DAN TERTUTUP BAYANGAN
SEBAGIAN)
PROPOSAL TUGAS AKHIR

Disusun oleh :
PRAMUDYA WIDYANTORO
1452500174

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS BUDI LUHUR
2018

LEMBAR PERSETUJUAN

Kami yang bertanda tangan di bawah ini menyatakan bahwa Proposal
Tugas Akhir dari mahasiswa:
Nama : PRAMUDYA WIDYANTORO
NIM : 1452500174
Judu
: PERANCANGAN SISTEM MPPT (MAXIMUM POWER
POINT
TRACKING)
DENGAN
METODE
INCREMENTAL CONDUCTANCE UNTUK EFISIENSI
KINERJA SEL SURYA (PADA KONDISI NORMAL DAN
TERTUTUP BAYANGAN SEBAGIAN)
telah diperiksa dan disetujui untuk dilanjutkan sebagai Tugas Akhir.

Jakarta,........................
2018
Menyetujui :
Ka. Program Studi Teknik Elektro
Akademik

Akhmad Musafa S.T., M.T.
S.T.,M.T.

Dosen Pembimbing

Indra Riyanto

ii

ABSTRAK
Dalam tugas akhir ini akan dirancang sistem MPPT dengan metode
Incremental Conductance untuk sel surya. Sistem yang akan dirancang
terdiri dari sel surya 200 watt peak, sensor tegangan, sensor arus,
mikrokontroller, DC-DC Converter, 3 lampu led dc 24 watt yang
dipasang seri. Incremental Conductance dipilih sebagai metode untuk
MPPT yang digunakan karena memiliki tingkat effisiensi yang baik
dibandingkan dengan metode Petrub and Observe. Cara kerja sistem
MPPT metode Incremental Conductance dengan mengukur nilai
tegangan dan arus keluaran solar sel dan membandingkannya dengan

nilai tegangan dan arus keluaran dari solar sel sebelumnya, sehingga
didapatkan nilai selisih tegangan dan arus yang diinputakan ke dc-dc
converter untuk mengatur switching duty cycle, tegangan keluaran
dari dc-dc converter akan berubah sesuai dengan duty cycle yang
dikirimkan dari sistem mikrokontroller. Sistem ini akan diujikan dengan
kondisi normal (permukaan sel surya tidak tertutup bayangan) dan
pada kondisi permukaan sel surya tertutup bayangan sebagian dengan
variasi 10%, 20%, 30%, 40% dan 50%. Hasil yang diharapkan sistem
MPPT dapat menstabilkan daya keluaran sel surya baik dalam kondisi
normal maupun tertutup bayangan sebagian. Selain itu juga diketahui
efisiensi daya sel surya pada berbagai kondisi pengujian.
Kata kunci: Sel Surya, Maximum Power Point Tracking, DC-DC
Converter, Mikrokontroller, Incremental Conductance

iii

ABSTRACT
In this final project will be designed MPPT system with Incremental
Conductance method for solar cell. The system to be designed consists
of 200 watt peak solar cells, voltage sensors, current sensors,

microcontroller, DC-DC converter, 3 watt dc lamp installed 24 series.
Incremental Conductance is chosen as a method for MPPT which is
used because it has a good level of efficiency compared to Petrub and
Observe method. How the MPPT system of the Incremental
Conductance method measures the value of the voltage and current of
the solar cell output and compares it with the value of the voltage and
current output of the previous solar cell, to obtain the value of voltage
and current difference that is input to the dc-dc converter to set the
switching duty cycle, the output of the dc-dc converter will change
according to the duty cycle sent from the microcontroller system. The
system will be tested under normal conditions (the surface of the solar
cell is not covered with shadows) and on the surface conditions of the
solar cell is covered in partial shadows with variations of 10%, 20%,
30%, 40% and 50%. The expected results of the MPPT system can
stabilize the output power of the solar cells in both normal and partial
shadow conditions. It is also known that the efficiency of solar cell
power in various test conditions.
Keyword: Solar cell, Maximum Power Point Tracking, DC-DC converter,
Microcontroller, Incremental Conductance

iv

1

BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Sel surya merupakan perangkat yang mengkonversi energi
radiasi matahari menjadi energi listrik. Daya keluaran dari sel surya
bergantung dari beberapa faktor yaitu intensitas matahari yang salah
satunya dipengaruhi oleh faktor bayangan yang menutupi sel surya,
sehingga daya yang dihasilkan oleh sel surya tidak stabil. Untuk
memberikan daya keluaran sel surya yang stabil dan optimum maka
diperlukannya pengendali yang mampu mengontrol keluaran sel surya
pada kondisi yang maksmimal ketika intensitas cahaya berkurang dan
juga karena adanya efek bayangan yang menutupi sel surya. Maximum
Power Point Tracking (MPPT) adalah sebuah metode untuk menjaga
keluaran daya maksimum dari sebuah sumber energi, ketika daya dari
sumber energi tersebut berubah-ubah terhadap waktu karena
pengaruh beban, dan karena sifat dari sumber energi itu sendiri. Proses

tracking memiki beberapa metode seperti Constant Voltage,
Incremental Conductance, dan Petrub and Observe (Agary and
Tanudjaja, 2015).
Pada paper yang dikemukakan oleh (Christoer C dan Ramesh R.
2013) membahas mengenai perbandingan dari dua metode MPPT yaitu
Petrub and Observe dan Incremental Conductance. Beberapa
parameter digunakan untuk membandingkan ke dua metode ini yaitu
tegangan, arus, dan output daya sel surya. Simulink Matlab digunakan
untuk mengevaluasi hasil perbandingan dari model matematis sel
surya 70 watt peak. Dari kesimpulan didapatkan hasil metode
incremental conductance memiliki kinerja yang lebih baik dari pada
metode P&O. Algorimta ini memperbaiki dinamika dan kinerja steady
state dari sistem sel surya serta meningkatkan efisiensi sistem dc-dc
converter. Pada paper yang dikemukakan oleh (Nemsi, 2013)
membahas mengenai perbandingan antara metode MPPT: Petrub and
Observe dan Incremental Conductance. Kesimpulan pada paper ini
didapatkan bahwa metode Incremental Conductance dapat mencapai
MPP (Maximum Power Point) lebih cepat dibandingkan P&O untuk
penurunan suhu dan P&O bisa mencapai MPP lebih cepat dari pada
metode Incremental Conductance untuk perubahan radiasi. Pada paper

yang dikemukakan oleh (Rana, Ali and Ajad, 2016) membahas
mengenai perbandingan MPPT sel surya menggunakan metode P&0
dan Incremental Conductance yang disimulasikan menggunakan

2

Matlab dan dibandingkan dengan kondisi radiasi yang sama. Bila
radiasi matahari konstan atau berubah perlahan MPPT P&O berosilasi
dekat dengan MPP namun dalam kondisi radiasi matahari yang
bervariasi metode P&O tidak efektif, sedangkan metode Incremental
Conductance dapat menemukan MPP secara akurat pada kondisi
radiasi yang berubah dengan cepat. Pada paper yang dikemukakan
oleh (Joshi, 2013) membahas mengenai Maximum Power Point
Tracking dengan metode Incremental Conductance untuk menentukan
arus operasi maksimum pada daya keluaran maksimum. Dengan
menggunakan metode MPPT Incremental Conductance dapat
meningkatkan effisiensi sebesar 44%. Dengan metode ini memiliki
keuntungan yaitu effisiensi pelacakan yang baik, respon tinggi dan
kontrol yang baik untuk daya yang diadapat. Pada paper yang
dikemukakan oleh (Riyanto et al., 2016) membahas mengenai

perancangan sel surya yang mampu melacak posisi sinar mathari ke
segala arah. Sistem ini terdiri dari 10 watt peak sel surya yang memilik
dua gerakan sumbu yaitu 120 O horizontal dan 360o azimuth. Penelitian
ini dilakukan untuk memaksimalkan jumlah cahaya yang diterima oleh
sel surya sehingga daya keluaran juga dapat dimaksimalkan sehingga
bisa menghasilkan suplai listrik darurat untuk penerangan dan
kebutuhan lainnya. Dari penelitian ini disimpulkan bahwa solar tracker
yang dibuat dapat melacak posisi matahari di bidang horizontal
(azimuth) dan di bidang vertical (elevasi), Solar tracker dapat
mempertahankan output panel suya dengan cara memposisikan tegak
lurus kearah sinar matahari. Pada paper yang dikemukakan oleh
(Goron and Njomo, 2016) membahas mengenai pemodelan matematis
dari sel surya yang berada di bawah bayangan sebagian, metode yang
dilakukan dengan melakukan pemodelan karateristik arus tegangan
dari setiap sel surya dan kemudian menjumlahkannya sesuai dengan
konfigurasi listrik dari setiap modul. Dari penelitian ini disimpulkan
bahwa tertutupnya bayangan pada sel surya ini menyebabkan cukup
banyak penurunan daya yang dihasilkan, peggunaan bypass diode
dapat mengurangi efek negatif dari efek bayangan pada sel surya.
Estimasi kerugian daya dibuat MPP dalam kondisi bayangan. Pada

paper yang dikemukakan oleh (Maghami, Hizam and Gomes, 2016)
membahas mengenai faktor lingukungan terhadap pengeluran daya sel
surya dengan cara membersihkan sel surya setiap minggunya dan
yang lainnya tidak dibersihkan dari debu. Dari penelitian ini didapatkan
kesimpulan faktor lingkungan yang berdebu menyebabkan efek
negative dari daya keluaran sel surya, sehingga menyebabkan daya

3

keluaran sel surya menurun. Pada paper yang dikemukakan oleh
(Alsayid et al., 2013) membahas mengenai kondisi sel surya yang
tertutup bayangan sebagian. Pada paper ini dilakukan ilustrasi dengan
menganalisa situasi yang berbeda dari kondisi bayangan yang tertutup
sebagian pada sel surya. Penelitian ini disimulasikan dengan Matlab
Simulink, dan efek bayangan dilakukan secara eksperimental dengan 2
buah sel surya berkapasitas 140 Watt yang dihubungkan secara seri.
Didapatkan kesimpulan bahwa tegangan akan turun dengan semakin
banyaknya bayangan yang menutupi sel surya dan kondisi sel surya
yang tertutup bayangan akan menyebabkan penurunan daya output
yang besar.

Berdasarkan penjabaran dari penelitian terdahulu dimana
permasalahan daya sel surya disebabkan oleh intensitas cahaya
matahari yang salah satunya dipengaruhi oleh faktor bayangan yang
menutupi sel surya. Sistem MPPT dengan metode Incremental
Conductance memiliki effisiensi yang lebih baik dibandingkan metode
Petrub and Observe dan efek bayangan pada sel surya akan
berdampak pada penurunan daya keluaran dari sel surya. Berdasarkan
hal ini maka pada tugas akhir yang dibuat akan dirancang sistem MPPT
pada sel surya menggunakan metode Incremental Conductance untuk
kondisi normal dan tertutup bayangan sebagian dengan variasi kondisi
10%, 20%, 30%,40%, dan 50%.

1.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah yang telah diuraikan, maka
rumusan masalah pada perencanaan penelitian tugas akhir adalah
sebagai berikut.
1. Bagaimana merancang sistem MPPT dengan menggunakan
metode Incremental Conductance pada sel surya.
2. Bagaimana kinerja MPPT dengan metode Incremental
Conductance pada kondisi 10%, 20%, 30%, 40% dan 50%.

1.3. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian dalam Tugas akhir ini adalah mengetahui
bagaimana unjuk kerja sistem MPPT metode Incremental Conductance
terhadap daya keluaran dan effisiensi daya sel surya dengan
menganalisis kinerja sistem untuk kondisi normal dan tertutup
bayangan sebagian dengan variasi kondisi 10%, 20%, 30%, 40% dan
50%.

1.4. Batasan Masalah

4

Agar perancangan yang dibahas dalam tugas akhir ini tidak
terlalu luas dan menyimpang dari topik yang telah ditentukan, maka
penulis perlu membatasi permasalahan sebagai berikut:
1. Sel surya yang digunakan adalah kapasitas 200 watt peak.
2. Pengendalian keluaran dilakukan dengan mengatur duty cycle
pada masukan dc-dc converter.
3. Pengujian beban menggunakan beban dc dengan 3 lampu LED
24 watt yang dipasang seri.
4. Metode yang akan digunakan adalah Incremental Conductance.
5. Kondisi sel surya saat menerima cahaya pada keadaan normal
dan tertutup bayangan sebagian sebesar 10%, 20%, 30%, 40%
dan 50%.

1.5. Metode Penelitian
Metode penelitian yang akan digunakan dalam penyusunan
tugas akhir adalah sebagai berikut:
1. Studi Literatur
Metode ini dilakukan dengan cara membaca dan mempelajari
berbagai literatur berupa buku, jurnal, artikel interenet
mengenai MPPT dengan metode Incremenal Conductance, efek
bayangan pada sel surya, dan perancangan dc-dc converter.
2. Perancangan Sistem
Metode ini dilakukan dengan merancang sistem MPPT pada sel
surya, yang meliputi perancangan sistem mekanik, elektronik,
maupun metode program. Perancangan sistem mekanik
meliputi instalasi sel surya. Sistem elektronik yang dirancang
terdiri dari rangkaian dc-dc converter dan rangkaian
mikrokontroller dan rangkaian beban. Metode dalam
pemrograman menggunakan metode Incremenal Conductance.
3. Pembuatan Sistem
Tahap ini merupakan implementasi dari sistem yang telah
dirancang. Pada tahap ini dilakukan pembuatan sistem MPPT
pada sel surya hingga dapat bekerja dengan baik.
4. Pengujian Sistem
Pada tahap ini dilakukan mengujian sistem yang telah dibuat
untuk mengetahui kinerja dari MPPT pada sel surya pada
kondisi normal dan pada kondisi bayangan sebagian.
5. Analisa Hasil

5

Tahap terakhir yang akan dilakukan dalam tugas akhir adalah
menganlisa data hasil pengujian sistem
Pelaksanaan tugas akhir ini direncanakan dalam kurun waktu
empat bulan, dengan rincian kegiatan sebagai berikut:

Jenis
Kegiatan

Tabel 2.1 Rencana jadwal pelaksanaan
Rencana Waktu Pelaksanaan
Februari
Maret
April
I II III I
I II III I
I II III I
I
V
V
V

Mei
II III

I
V

Studi
Literatur
Perancang
an Sistem
Pembuata
n Sistem
Pengujian
Sistem
Analisa
Hasil

1.5. Sistematika Penulisan
Sistematika pembahasan yang akan diuraikan dalam tugas akhir
ini terbagi dalam 5 bab, dimana tiap-tiap bab terdiri dari beberapa sub
bab akan dibahas sebagai berikut:
BAB I

PENDAHULUAN
Berisi latar belakang permasalahan, rumusan masalah,
tujuan penelitian, batasan masalah, metode penelitian,
dan sistematika penulisan.

BAB II

TEORI DASAR
Membahas tentang teori sel surya, MPPT, rangkaian dc-dc
converter,
metode
Incremental
Conductance,
pengaplikasian sensor arus dan tegangan,

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

6

Membahas tentang perencanaan dan pembuatan sistem
secara keseluruhan
BAB IV

BAB V

PENGUJIAN DAN ANALISA DATA
Berisi tentang uji coba alat yang
pengoperasian dan spesifikasi sistem.

telah

dibuat,

KESIMPULAN
Merupakan kesimpulan dari hasil pengujuan dan analisa

7

BAB II
RANCANGAN SISTEM
2.1

Digram Blok Sistem

Gambar 2.1 Diagram Blok Sistem
Keterangan:
Vsc
= Tegangan keluaran dari Sel surya
Isc
= Arus keluaran dari Sel surya
Vdc
= Tegangan keluaran dari DC-DC converter
Idc
= Arus keluaran dari DC-DC converter
Pada Gambar 2.1 dapat dijelaskan bagian-bagian diagram blok sebagai
berikut:
1. Sel surya menerima cahaya dari sinar matahari dan
menghasilkan tegangan dan arus.
2. Efek bayangan digunakan untuk mengetahui efek dari adanya
kondisi sel surya tertutup bayangan dengan kondisi 10%, 20%,
30%, 40% dan 50%.
3. Sensor tegangan pada keluaran sel surya berfungsi untuk
membaca nilai tegangan keluaran dari sel surya.
4. Sensor arus pada keluaran sel surya berfungsi untuk membaca
nilai arus keluaran dari sel surya.

8

5.
6.
7.

8.
9.

2.2

Sensor tegangan pada keluaran dc-dc converter berfungsi untuk
membaca nilai tegangan keluaran dari dc-dc converter.
Sensor arus pada keluaran dc-dc converter berfungsi untuk
membaca nilai arus keluaran dari dc-dc converter.
Sistem MPPT berfungsi sebagai pusat kendali dari sistem yang
akan dirancang dengan menggunakan mikrokontroller Arduino
yang ditanamkan metode Incremental Conductance.
DC-DC converter berfungsi untuk menaikkan dan menurunkan
tegangan, dengan mengatur duty cycle pada mikrokontroller.
DC load merupakan beban yang akan digunakan dalam
perancangan ini yaitu menggunakan 3 lampu LED 24 watt yang
diapasang seri.

Prinsip Kerja Sistem

Metode Incremntal Conductance diawali dengan pengambilan
data tegangan dan arus oleh sensor. Data arus dan tegangan yang
diambil merupakan data arus dan tegangan dari keluran sel surya.
Data tersebut akan di inisialisasi oleh variable baru yaitu ΔV dan ΔI.

∆ V =(V ( n )−V ( n−1 ))
∆ I =(I ( n )−I ( n−1 ))
∆ P=( P ( n )−P ( n−1 ))
ΔV merupakan pengurangan dari nilai tegangan baru dan tegangan
sebelumnya
ΔI merupakan pengurangan arus baru dan arus sebelumnya
ΔP merupakan hasil dari pengurangan daya baru dengan daya
sebelumnya yang
didapatkan dari hasil perkalian antara nilai
tegangan dengan nilai arus.

9

MPP (Maximum Power Point) merupakan posisi dimana didapatkannya
daya yang maksimal pada sistem MPPT. Nilai MPP akan dicapai jika

dP
=0
dV

dP
> 0 menunjukkan nilai tegangan sel surya kurang dari titik MPP
dV
dP
=0
dV

menunjukkan nilai tegangan sel surya sama dengan titik

MPP

dP

dV V

maka duty cycle akan dinaikkan sehingga

tegangan pada dc-dc converter akan bertambah sehingga akan
mendekati titik MPP. Sedangkan Jika nilai

dI −I
=
dV V

maka duty cycle

akan dipertahankan karena nilai daya keluaran telah berada pada titik
MPP atau daya yang didapatkan telah maksimal. Dan apabila nilai

dI
I
←
dV V

maka duty cycle akan diturunkan sehingga tegangan

keluaran pada dc-dc converter akan berkurang dan menuju titik MPP.
Tahap terakhir dari metode Incremental Conductance yaitu proses
memperbaharui nilai tegangan dan arus. Setelah proses update nilai
data tegangan dan arus maka tahap selanjutnya yaitu proses kembali
pada pembacaan data sensor tegangan dan arus.

10

Gambar 2.2 Diagram alir MPPT

2.3

Rencana Pengujian

Pada tugas akhir ini, akan dilakukan beberapa pengujian yang
meliputi pengujian sel surya pada kondisi normal, pengujian sel surya
dengan tertutup bayangan sebagian, pengujian sensor tegangan,
pengujian sensor arus, pengujian dc-dc converter, pengujian sistem
keseluruhan.

11

1. Pengujuan sel surya pada kondisi normal dengan cara
mengukur tegangan keluaran dari sel surya.
2. Pengujian sel surya pada kondisi tertutup bayangan dengan
variasi 10%, 20%, 30%, 40% dan 50% dengan menggunakan
papan atau triplek untuk menghasilkan bayangan yang
diinginkan dan mengukur tegangan keluaran yang dihasilkan
dari sel surya.
3. Pengujian sensor tegangan dengan cara mengukur tegangan
keluaran dari sel surya dan membandingkannya dengan
pembacaan multimeter.
4. Pengujian sensor arus dengan cara mengukur arus keluaran
dari sel surya dan membandingkannya dengan pembacaan
multimeter.
5. Pengujian dc-dc converter dengan cara memberikan masukan
sinyal PWM dengan duty cycle yang berbeda pada tegangan
yang sama menggunakan sumber tegangan berupa power
supply dan mencatat hasil dari tegangan keluaran, arus
keluaran, daya keluaran, dan effisiensi dari dc-dc converter.
6. Pengujian sistem keseluruhan dengan cara menghidupkan
sistem dan meletakannya dibawah sinar matahari pada
kondisi normal dan pada kondisi tertutup bayangan sebesar
10%, 20%, 30%, 40% dan 50% mengamati hasil output sistem
berupa tegangan, arus , daya dan effisiensi serta mencatat
hasilnya dan menampilkan dalam grafik.

2.4

Analisa Sistem

Berdasarkan rencana pengujian yang telah dijelaskan akan
didapatkan:
1. Perbandingan daya kerluaran dengan menggunakan MPPT dan
tanpa menggunakan MPPT pada kondisi bayangan normal
(permukaan sel surya tidak tertutup bayangan) dan kondisi
permukaan sel surya tertutup bayangan dengan variasi 10%,
20%, 30%, 40% dan 50%.
2. Effisiensi dari sistem keseluruhan dengan menggunakan MPPT
dan tanpa menggunakann MPPT pada kondisi bayangan
normal (permukaan sel surya tidak tertutup bayangan) dan
kondisi permukaan sel surya tertutup bayangan dengan
variasi 10%, 20%, 30%, 40% dan 50%.

12

DAFTAR PUSTAKA
Agary, A. and Tanudjaja, H. (2015) ‘PERANCANGAN SISTEM MAXIMUM
POWER POINT TRACKING CONVERTER BERBASIS MIKROKONTROLER
ATMEGA 328 DESIGN OF MAXIMUM POWER POINT TRACKING
CONVERTER SYSTEM BASED ON MICROCONTROLLER Sistem
Pembangkit Listrik dengan Sel surya Sistem pembangkit listrik
menggunakan’, pp. 353–365.
Alsayid, B. a et al. (2013) ‘Partial Shading of PV System Simulation with
Experimental Results’, Smart Grid and Renewable Energy,
4(September), pp. 429–435. doi: 10.4236/sgre.2013.46049.
Goron, D. and Njomo, D. (2016) ‘MATHEMATICAL MODELLING AND
SIMULATION OF A PARTIALLY SHADED PHOTOVOLTAIC MODULE’,
7(2), pp. 1187–1198.
Joshi, L. (2013) ‘Incremental Conductance Based Maximum Power Point
Tracking (MPPT) for Photovoltaic System’, International Journal of
Engineering of Emerging Technology and Advanced Engineering,
3(4),
pp.
645–650.
Available
at:
http://ijera.com/papers/Vol2_issue2/IF2214201424.pdf.
Maghami, M. R., Hizam, H. and Gomes, C. (2016) ‘Mathematical
relationship identification for photovoltaic systems under dusty
condition’, Proceedings - EMS 2015: UKSim-AMSS 9th IEEE
European Modelling Symposium on Computer Modelling and
Simulation, pp. 288–292. doi: 10.1109/EMS.2015.51.
Nemsi, S. (2013) ‘Comparative Study Between Two Maximum Power
Point Tracking ( MPPT ) Techniques for Photovoltaic System’, 16, pp.
773–782.
Ramesh R, C. C. (2013) ‘Comparative Study of P&O and InC MPPT
Algorithms’, American Journal of Engineering Research, 2(12), pp.
2320–847. Available at: www.ajer.org.
Rana, M., Ali, R. and Ajad, A. K. (2016) ‘Analysis of P & O and INC MPPT
Techniques for PV Array Using MATLAB’, 11(4), pp. 80–86. doi:
10.9790/1676-1104028086.
Riyanto, I. et al. (2016) ‘Portable Photo voltaic Power plant with Solar
Tracker for Disaster Affected Area Emergency Power Supply The 7th
Indonesia Japan’, (November).