219410880 Perancangan Dan Pembuatan MPPT Berbasis ANFIS
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
A. JUDUL
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN MAXIMUM POWER POINT
TRACKER (MPPT) PADA SISTEM PANEL SURYA MENGGUNAKAN
METODE ADAPTIVE NEURO-FUZZY INFERENCE SYSTEM (ANFIS)
B. LATAR BELAKANG
Setiap manusia pada umumnya sangat bergantung pada sumber energi
listrik yang tidak dapat diperbaharui, seperti batubara dan minyak bumi (bahan
bakar fosil). Bahan bakar ini memiliki kelemahan, yaitu keberadaannya semakin
lama semakin berkurang, dan juga tidak ramah lingkungan karena proses
pembakaran yang dilakukan akan menghasilkan polusi udara berupa gas karbon
dioksida (CO2), yaitu gas yang dapat menyebabkan efek rumah kaca. Di masa
mendatang konsumsi energi akan semakin meningkat, namun ketersediaan bahan
bakar fosil akan semakin berkurang. Hal tersebut menyebabkan penelitian untuk
menemukan sumber energi alternatif menjadi isu penting pada saat ini. Salah
satunya penelitian tentang sumber energi terbarukan (Renewable Energy).
Sumber energi terbarukan (Renewable Energy) merupakan teknologi
pilihan untuk menghasilkan energi bersih. Salah satunya adalah konversi energi
surya (matahari), yang merupakan topik paling sering dibahas dalam bidang sistem
energi terbarukan. Sumber energi matahari memiliki kelebihan yaitu ketersediaan
sumber energi terjamin dan ramah lingkungan. Piranti yang digunakan untuk
mengubah energi yang dihasilkan dari intensitas cahaya matahari menjadi energi
listrik adalah sebuah photovoltaic solar panel (panel surya). Namun, terdapat
kendala pada aplikasi panel surya, yaitu efisiensi 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 cell. 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 cell bekerja pada efisiensi maksimum dan menghasilkan
daya keluaran paling besar. Letak dari MPP tidak dapat diketahui, tetapi dapat
1
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
dicari, dengan menggunakan perhitungan atau algoritma penjejak. Oleh karena itu,
algoritma Maximum Power Point Tracker (MPPT) dibutuhkan untuk menjaga titik
kerja solar cell agar tetap pada titik MPP.
Maximum Power Point Tracker (MPPT) adalah suatu metode untuk
mencari point (titik) maksimum dari kurva karakteristik tegangan dan arus input
(V-I) pada aplikasi panel surya. Sistem Maksimum Power Point Tracker (MPPT)
dengan bantuan konverter DC-DC 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 ke beban dapat
maksimum.
Tugas akhir ini membahas tentang perancangan dan pembuatan dari
Maximum Power Point Tracker (MPPT) dengan menggunakan Cuk Konverter. Dan
pada tugas akhir ini untuk mencari titik MPP (Maximum Power Point) digunakan
metode Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) dengan menggunakan
Arduino sebagai kontrollernya.
C. RUMUSAN MASALAH
Berdasarkan uraian di atas masalah yang timbul dari tugas akhir ini adalah,
1. Bagaimana mencari titik daya maksimum (MPP) dari kurva karakteristik tegangan
dan arus input (V-I) pada aplikasi panel surya
2. Bagaimana mendesign Maximum Power Point Tracker (MPPT) dengan
menggunakan Cuk Konverter
3. Bagaimana merancang hardware yang sesuai untuk sistem agar sesuai dengan
performansi yang diharapkan.
D. BATASAN MASALAH
Agar tujuan dari tugas akhir ini tidak menyimpang dari tujuan semula, dibutuhkan
suatu batasan-batasan yang jelas guna mengarahkan pembahasan. Batasan-batasan
masalah tersebut adalah sebagai berikut,
Fokus pembahasan pada tugas akhir ini adalah perancangan dan pembuatan
perangkat kerja dari Maximum Power Point Tracking
2
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
Ruang lingkup pembahasan dari tugas akhir ini diarahkan pada perancangan dan
pembuatan dari Maximum Power Point Tracker (MPPT) dengan menggunakan
metode Adaptive Neuro-Fuzzy Inference Sistem (ANFIS).
Model konverter DC-DC yang digunakan yaitu Cuk Konverter
Pengambilan data dilakukan melalui simulasi dan pengujian alat secara langsung
dengan membandingkan antara photovoltaic cell yang menggunakan kontrol
ANFIS dengan yang tidak menggunakan kontrol ANFIS.
E.
MAKSUD DAN TUJUAN
Dalam tugas akhir ini, tujuan yang ingin dicapai yaitu :
1. Merancang Maximum Power Point Tracker dengan menggunakan Cuk Konverter
2. Mendapat suatu hasil analisis dari pembandingan penentuan titik daya maksimum
dari Maximum Power Point (MPPT) dengan menggunakan metode Adaptive
Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) dengan Maximum Power Point Tracker
(MPPT) yang tidak menggunakan metode ANFIS.
F.
TINJAUAN PUSTAKA
1. Panel Surya
Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya
menjadi listrik. Panel surya seringkali disebut sebagai sel photovoltaic. Sel surya
atau PV bergantung pada efek photovoltaic untuk menyerap energi matahari dan
menyebabkan arus mengalir antara dua lapisan bermuatan yang berlawanan.
Berikut merupakan beberapa faktor yang mempengaruhi kerja dari sel surya
agar pengoperasiannya dapat mencapai nilai maksimum:
a. Suhu permukaan panel surya
b. Radiasi solar matahari (iradiasi)
c. Kecepatan angin bertiup
d. Keadaan atmosfer bumi
e. Orientasi panel atau array PV
f. Posisi letak sel surya (array) terhadap matahari (tilt angle)
Energi matahari akan lebih banyak diserap ketika solar cell berhadapan
langsung dengan pancaran sinar matahari, dalam artian posisi solar cell harus
3
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
tegak lurus dengan cahaya yang datang. Dari kondisi ini efektivitas solar cell
dalam menghasilkan daya yang lebih besar lebih mudah didapat.
Karakteristik V-I sel surya adalah nonlinier dan berubah terhadap radiasi
dan suhu permukaan solar cell. 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 cell bekerja pada efisiensi maksimum dan menghasilkan daya
keluaran paling besar. Letak dari MPP tidak dapat diketahui, tetapi dapat dicari,
dengan menggunakan perhitungan atau algoritma penjejak. Oleh karena itu,
algoritma Maximum Power Point Tracker (MPPT) dibutuhkan untuk menjaga
titik kerja solar cell agar tetap pada titik MPP.
Gambar 1 Karakteristik Kurva I-V Panel Surya
Gambar 2 Karakteristik Kurva P-V Panel Surya
4
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
Pada gambar 1 diperlihatkan pengaruh iradiasi terhadap daya dan tegangan
keluaran dari solaar cell. Sedangkan pada gambar 2 diperlihatkan pengaruh dari
suhu permukaan solar cell pada kurva V-I.
2. MPPT (Maximum Power Point Tracker)
Maximum Power Point Tracker 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 adalah 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.
Sistem MPPT diimplementasikan ke dalam suatu alat elektronik. Hasil
keluaran alat elektronik tersebut berupa duty ratio (D) yang selanjutnya digunakan
untuk switching transistor pada konverter DC-DC. Sehingga dengan mengatur nilai
D diharap dapat menemukan titik daya maksimum dari panel surya.
3. Konverter
a. Konverter Buck
Gambar 3 Rangkaian Ideal Konverter Buck
5
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
b. Konverter Boost
Konverter boost bekerja dengan menghasilkan tegangan keluaran
yang lebih tinggi dari tegangan masukannya. Besarnya tegangan keluaran
yang dihasilkan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
Vo=
Vin
(1−D)
Boost juga memiliki efisiensi tinggi, rangkaian sederhana, tanpa
transsformer dan tingkat ripple yang rendah pada arus masukan. Tetapi
boost tidak memiliki isolasi antara masukan dan keluaran, hanya satu
keluaran yang dihasilkan, dan tingkatan ripple yang tinggi pada tegangan
keluaran.
Gambar 4 Rangkaian Ekivalen Konverter Boost
c. Konverter Cuk
Gambar 5 Rangkaian Ekivalen Konverter Cuk
4. Arduino
Arduino yang akan digunakan dalam perancangan dan pembuatan alat ini
merupakan tipe Arduino UNO. Arduino UNO adalah sebuah board mikrokontroler
yang didasarkan pada ATmega328 (datasheet). Arduino UNO mempunyai 14 pin
digital input/output (6 di antaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input
analog, sebuah osilator Kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack,
sebuah ICSP header, dan sebuat tombol reset. Arduino UNO memuat semua yang
dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke
6
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
sebuah computer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah
adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya.
Arduino Uno berbeda dari semua board Arduino sebelumnya, Arduino
UNO tidak menggunakan chip driver FTDI USB-to-serial. Sebaliknya, fitur-fitur
Atmega16U2 (Atmega8U2 sampai ke versi R2) diprogram sebagai sebuah
pengubah USB ke serial. Revisi 2 dari board Arduino Uno mempunyai sebuah
resistor yang menarik garis 8U2 HWB ke ground, yang membuatnya lebih mudah
untuk diletakkan ke dalam DFU mode. Revisi 3 dari board Arduino UNO memiliki
fitur-fitur baru sebagai berikut:
Gambar 6 Arduino UNO R3
Pinout 1.0: ditambah pin SDA dan SCL yang dekat dengan pin AREF dan
dua pin baru lainnya yang diletakkan dekat dengan pin RESET, IOREF yang
memungkinkan shield-shield untuk menyesuaikan tegangan yang disediakan
dari board. Untuk ke depannya, shield akan dijadikan kompatibel/cocok
dengan board yang menggunakan AVR yang beroperasi dengan tegangan 5V
dan dengan Arduino Due yang beroperasi dengan tegangan 3.3V. Yang kedua ini merupakan sebuah pin yang tak terhubung, yang disediakan untuk
tujuan kedepannya
7
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
Sirkit RESET yang lebih kuat
Atmega 16U2 menggantikan 8U2
Tabel 1 Spesifikasi Arduino UNO R3
5. Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System
Sistem Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System merupakan gabungan
antara sistem Fuzzy Inference System (FIS) dengan sistem jaringan saraf (Artificial
Neural Network/ANN) yang meniru sistem saraf pada manusia. Struktur jaringan
neuro-fuzzy Mamdani dengan dua masukan dan satu keluaran digambarkan pada
gambar 6. Dari gambar 6 tersebut terlihat bahwa hubungan pada lapisan 3
merupakan premis aturan fuzzy, sedangkan hubungan pada lapisan 4 merupakan
konsekuensi fuzzy. Lapisan 5 dan hubungannya merepresentasikan proses
penggabungan dan defuzifikasi. Adakalanya pada lapisan 5 arah aliran informasi
dari atas ke bawah (garis putus-putus) yang merupakan data pelatihan yang
dimasukkan ke dalam jaringan.
8
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
Gambar 7 Jaringan neuro-fuzzy dengan konsekuensi bahwa aturan fuzzy merupakan
peubah fuzzy
Jaringan neuro-fuzzy Mamdani memerlukan basis aturan dalam proses inferensinya.
Jaringan neuro-fuzzy dengan konsekuensi persamaan linier disebut sebagai ANFIS
(Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System atau Adaptive Network-based Fuzzy Inference
System). Gambar 7(b) adalah arsitektur ANFIS dengan dua masukan (x dan y) dan satu
keluaran (f) dengan dua aturan. Proses inferensi fuzzy pada ANFIS berupa inferensi
Takagi-Sugeno seperti terlihat pada gambar 7(a).
Gambar 8 (a) Proses Inferensi fuzzy Takagi-Sugeno, (b) Jaringan ANFIS
9
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
G. METODE PELAKSANAAN PROGRAM
Metode pelaksanaan yang digunakan dalam menyusun tugas akhir dengan
judul “Perancangan dan Pembuatan Maximum Power Point Tracker (MPPT) pada
Sistem Panel Surya Menggunakan Metode Adaptive Neuro-Fuzzy Inference
System” sebagai berikut:
a.
Kajian Literatur
Dalam mencari studi literatur,penulis menggunakan beberapa sumber
informasi buku dan jurnal maupun media elektronik seperti internet.
b.
Perencanaan sistem dan pembuatan alat
Dalam perancangan sistem ini ada dua bagian, yang meliputi software dan
hardwarenya pada setiap bagiannya,yaitu :
1. Software
Pembuatan model dan simulasi pada simulink MatlabTM sebelum
melakukan perancangan alat
2. Sistem Jaringan Informasi (Hardware)
Perancangan Maximum Power Point Tracker dengan menggunakan
Konverter Cuk
Perancangan Konverter Cuk untuk menggeser daya operasi dari
panel surya menjadi titik daya maksimalnya
Perancangan Kontroller menggunakan metode Adaptive NeuroFuzzy Inference System yang selanjutnya akan diimplementasikan
dalam
PV Module
Cuk Converter
LOAD
PWM
c. Pengujian
MPPT
Controller
Pengujian dilakukan menggunakan DC-DC converter dalam sebuah sistem
MPPT
Pengujian dilakukan terhadap DC-DC converter dengan tipe Cuk Konverter
Pengujian dilakukan dengan menggunakan kontrol Adaptive Neuro-Fuzzy
Inference System menggunakan kontroller Arduino UNO R3
d. Pengambilan analisa
10
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
Yaitu berisikan analisa dari simulasi yang telah dibuat.
e. Pengambilan kesimpulan
Yaitu berisikan kesimpulan dan saran atas analisa yang dibuat.
f. Penulisan laporan
Dalam penulisan laporan ini mengacu pada pedoman penulisan ilmiah dalam
hal ini penulisan Tugas Akhir yang bakunya telah diatur oleh pihak jurusan.
g. Konsultasi
Yaitu melakukan konsultasi secara bertahap kepada dosen pembimbing.
H. Jadwal Kegiatan Program
Bulan ke3
4
1
2
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
NO Kegiatan
1
2
3
4
5
6
7
Kajian Literatur
Perencanaan dan pembuatan
Pengujian
Pengambilan analisa
Pengambilan kesimpulan
Penulisan laporan
Konsultasi
I. PENUTUP
Demikianlah proposal ini saya susun, sebagai acuan awal dalam melaksanakan
pengerjaan Tugas Akhir sebagai syarat kelulusan di jurusan S1 Teknik Elektro. Besar
harapan saya akan bantuan segenap dosen dan staff, demi kelancaran serta suksesnya
pengerjaan tugas akhir ini yang akan saya laksanakan. Atas kerja sama dan bantuannya
saya ucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya.
DAFTAR PUSTAKA
11
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
1. Atar Fuady, Babgei. “Rancang Bangun Maximum Power Point Tracker (MPPT)
Pada Panel Surya Dengan Menggunakan Metode Fuzzy”, 2010
2. Zainudin, Hairul Nisah, dan Mekhilef , Saad. “Comparison Study of Maximum
Power Point Tracker Techniques for PV Systems”. Proceedings of the 14 th
International Middle East Power Systems Conference (MEPCON’10), Cairo
University, Egypt, December 19-21, 2010, Paper ID 278
3. Krachai, Della Mohamed, dan Midoun, Abdulhamed. “High Efficiency Maximum
Power Point Tracking Control In Photovoltaic-Grid Connected Plants”. ISSN 13358243, 2007, Faculty of Electronical Enggineering and informatics, Technical
University of Kosice, Slovak Republic
4. Prabowo, Rhadityo.” Rancang Bangun Aplikasi Kontrol Fuzzy Tegangan Turbin
Angin Pada Sistem Teknologi Hybrid Konversi Energi Surya dan Angin”.
5. Jang, Roger; Sun, Chuen-Tsai; Mizutani, Eiji.”Neuro-Fuzzy And Soft Computing”.
Prentice Hall, Upper Saddle River, Nj 07458, 1997
6. Hidayat, Sasongko, P.H, Sarjiya, Suharyanto.”Pemodelan dan Simulasi Adaptive
Neuro-Fuzzy Inference Systems (ANFIS) Untuk Pengendalian Kecepatan Motor
DC Brushless”.ISSN:2085-6350, CITEE 2011
12
A. JUDUL
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN MAXIMUM POWER POINT
TRACKER (MPPT) PADA SISTEM PANEL SURYA MENGGUNAKAN
METODE ADAPTIVE NEURO-FUZZY INFERENCE SYSTEM (ANFIS)
B. LATAR BELAKANG
Setiap manusia pada umumnya sangat bergantung pada sumber energi
listrik yang tidak dapat diperbaharui, seperti batubara dan minyak bumi (bahan
bakar fosil). Bahan bakar ini memiliki kelemahan, yaitu keberadaannya semakin
lama semakin berkurang, dan juga tidak ramah lingkungan karena proses
pembakaran yang dilakukan akan menghasilkan polusi udara berupa gas karbon
dioksida (CO2), yaitu gas yang dapat menyebabkan efek rumah kaca. Di masa
mendatang konsumsi energi akan semakin meningkat, namun ketersediaan bahan
bakar fosil akan semakin berkurang. Hal tersebut menyebabkan penelitian untuk
menemukan sumber energi alternatif menjadi isu penting pada saat ini. Salah
satunya penelitian tentang sumber energi terbarukan (Renewable Energy).
Sumber energi terbarukan (Renewable Energy) merupakan teknologi
pilihan untuk menghasilkan energi bersih. Salah satunya adalah konversi energi
surya (matahari), yang merupakan topik paling sering dibahas dalam bidang sistem
energi terbarukan. Sumber energi matahari memiliki kelebihan yaitu ketersediaan
sumber energi terjamin dan ramah lingkungan. Piranti yang digunakan untuk
mengubah energi yang dihasilkan dari intensitas cahaya matahari menjadi energi
listrik adalah sebuah photovoltaic solar panel (panel surya). Namun, terdapat
kendala pada aplikasi panel surya, yaitu efisiensi 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 cell. 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 cell bekerja pada efisiensi maksimum dan menghasilkan
daya keluaran paling besar. Letak dari MPP tidak dapat diketahui, tetapi dapat
1
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
dicari, dengan menggunakan perhitungan atau algoritma penjejak. Oleh karena itu,
algoritma Maximum Power Point Tracker (MPPT) dibutuhkan untuk menjaga titik
kerja solar cell agar tetap pada titik MPP.
Maximum Power Point Tracker (MPPT) adalah suatu metode untuk
mencari point (titik) maksimum dari kurva karakteristik tegangan dan arus input
(V-I) pada aplikasi panel surya. Sistem Maksimum Power Point Tracker (MPPT)
dengan bantuan konverter DC-DC 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 ke beban dapat
maksimum.
Tugas akhir ini membahas tentang perancangan dan pembuatan dari
Maximum Power Point Tracker (MPPT) dengan menggunakan Cuk Konverter. Dan
pada tugas akhir ini untuk mencari titik MPP (Maximum Power Point) digunakan
metode Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) dengan menggunakan
Arduino sebagai kontrollernya.
C. RUMUSAN MASALAH
Berdasarkan uraian di atas masalah yang timbul dari tugas akhir ini adalah,
1. Bagaimana mencari titik daya maksimum (MPP) dari kurva karakteristik tegangan
dan arus input (V-I) pada aplikasi panel surya
2. Bagaimana mendesign Maximum Power Point Tracker (MPPT) dengan
menggunakan Cuk Konverter
3. Bagaimana merancang hardware yang sesuai untuk sistem agar sesuai dengan
performansi yang diharapkan.
D. BATASAN MASALAH
Agar tujuan dari tugas akhir ini tidak menyimpang dari tujuan semula, dibutuhkan
suatu batasan-batasan yang jelas guna mengarahkan pembahasan. Batasan-batasan
masalah tersebut adalah sebagai berikut,
Fokus pembahasan pada tugas akhir ini adalah perancangan dan pembuatan
perangkat kerja dari Maximum Power Point Tracking
2
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
Ruang lingkup pembahasan dari tugas akhir ini diarahkan pada perancangan dan
pembuatan dari Maximum Power Point Tracker (MPPT) dengan menggunakan
metode Adaptive Neuro-Fuzzy Inference Sistem (ANFIS).
Model konverter DC-DC yang digunakan yaitu Cuk Konverter
Pengambilan data dilakukan melalui simulasi dan pengujian alat secara langsung
dengan membandingkan antara photovoltaic cell yang menggunakan kontrol
ANFIS dengan yang tidak menggunakan kontrol ANFIS.
E.
MAKSUD DAN TUJUAN
Dalam tugas akhir ini, tujuan yang ingin dicapai yaitu :
1. Merancang Maximum Power Point Tracker dengan menggunakan Cuk Konverter
2. Mendapat suatu hasil analisis dari pembandingan penentuan titik daya maksimum
dari Maximum Power Point (MPPT) dengan menggunakan metode Adaptive
Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) dengan Maximum Power Point Tracker
(MPPT) yang tidak menggunakan metode ANFIS.
F.
TINJAUAN PUSTAKA
1. Panel Surya
Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya
menjadi listrik. Panel surya seringkali disebut sebagai sel photovoltaic. Sel surya
atau PV bergantung pada efek photovoltaic untuk menyerap energi matahari dan
menyebabkan arus mengalir antara dua lapisan bermuatan yang berlawanan.
Berikut merupakan beberapa faktor yang mempengaruhi kerja dari sel surya
agar pengoperasiannya dapat mencapai nilai maksimum:
a. Suhu permukaan panel surya
b. Radiasi solar matahari (iradiasi)
c. Kecepatan angin bertiup
d. Keadaan atmosfer bumi
e. Orientasi panel atau array PV
f. Posisi letak sel surya (array) terhadap matahari (tilt angle)
Energi matahari akan lebih banyak diserap ketika solar cell berhadapan
langsung dengan pancaran sinar matahari, dalam artian posisi solar cell harus
3
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
tegak lurus dengan cahaya yang datang. Dari kondisi ini efektivitas solar cell
dalam menghasilkan daya yang lebih besar lebih mudah didapat.
Karakteristik V-I sel surya adalah nonlinier dan berubah terhadap radiasi
dan suhu permukaan solar cell. 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 cell bekerja pada efisiensi maksimum dan menghasilkan daya
keluaran paling besar. Letak dari MPP tidak dapat diketahui, tetapi dapat dicari,
dengan menggunakan perhitungan atau algoritma penjejak. Oleh karena itu,
algoritma Maximum Power Point Tracker (MPPT) dibutuhkan untuk menjaga
titik kerja solar cell agar tetap pada titik MPP.
Gambar 1 Karakteristik Kurva I-V Panel Surya
Gambar 2 Karakteristik Kurva P-V Panel Surya
4
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
Pada gambar 1 diperlihatkan pengaruh iradiasi terhadap daya dan tegangan
keluaran dari solaar cell. Sedangkan pada gambar 2 diperlihatkan pengaruh dari
suhu permukaan solar cell pada kurva V-I.
2. MPPT (Maximum Power Point Tracker)
Maximum Power Point Tracker 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 adalah 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.
Sistem MPPT diimplementasikan ke dalam suatu alat elektronik. Hasil
keluaran alat elektronik tersebut berupa duty ratio (D) yang selanjutnya digunakan
untuk switching transistor pada konverter DC-DC. Sehingga dengan mengatur nilai
D diharap dapat menemukan titik daya maksimum dari panel surya.
3. Konverter
a. Konverter Buck
Gambar 3 Rangkaian Ideal Konverter Buck
5
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
b. Konverter Boost
Konverter boost bekerja dengan menghasilkan tegangan keluaran
yang lebih tinggi dari tegangan masukannya. Besarnya tegangan keluaran
yang dihasilkan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
Vo=
Vin
(1−D)
Boost juga memiliki efisiensi tinggi, rangkaian sederhana, tanpa
transsformer dan tingkat ripple yang rendah pada arus masukan. Tetapi
boost tidak memiliki isolasi antara masukan dan keluaran, hanya satu
keluaran yang dihasilkan, dan tingkatan ripple yang tinggi pada tegangan
keluaran.
Gambar 4 Rangkaian Ekivalen Konverter Boost
c. Konverter Cuk
Gambar 5 Rangkaian Ekivalen Konverter Cuk
4. Arduino
Arduino yang akan digunakan dalam perancangan dan pembuatan alat ini
merupakan tipe Arduino UNO. Arduino UNO adalah sebuah board mikrokontroler
yang didasarkan pada ATmega328 (datasheet). Arduino UNO mempunyai 14 pin
digital input/output (6 di antaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input
analog, sebuah osilator Kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack,
sebuah ICSP header, dan sebuat tombol reset. Arduino UNO memuat semua yang
dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke
6
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
sebuah computer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah
adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya.
Arduino Uno berbeda dari semua board Arduino sebelumnya, Arduino
UNO tidak menggunakan chip driver FTDI USB-to-serial. Sebaliknya, fitur-fitur
Atmega16U2 (Atmega8U2 sampai ke versi R2) diprogram sebagai sebuah
pengubah USB ke serial. Revisi 2 dari board Arduino Uno mempunyai sebuah
resistor yang menarik garis 8U2 HWB ke ground, yang membuatnya lebih mudah
untuk diletakkan ke dalam DFU mode. Revisi 3 dari board Arduino UNO memiliki
fitur-fitur baru sebagai berikut:
Gambar 6 Arduino UNO R3
Pinout 1.0: ditambah pin SDA dan SCL yang dekat dengan pin AREF dan
dua pin baru lainnya yang diletakkan dekat dengan pin RESET, IOREF yang
memungkinkan shield-shield untuk menyesuaikan tegangan yang disediakan
dari board. Untuk ke depannya, shield akan dijadikan kompatibel/cocok
dengan board yang menggunakan AVR yang beroperasi dengan tegangan 5V
dan dengan Arduino Due yang beroperasi dengan tegangan 3.3V. Yang kedua ini merupakan sebuah pin yang tak terhubung, yang disediakan untuk
tujuan kedepannya
7
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
Sirkit RESET yang lebih kuat
Atmega 16U2 menggantikan 8U2
Tabel 1 Spesifikasi Arduino UNO R3
5. Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System
Sistem Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System merupakan gabungan
antara sistem Fuzzy Inference System (FIS) dengan sistem jaringan saraf (Artificial
Neural Network/ANN) yang meniru sistem saraf pada manusia. Struktur jaringan
neuro-fuzzy Mamdani dengan dua masukan dan satu keluaran digambarkan pada
gambar 6. Dari gambar 6 tersebut terlihat bahwa hubungan pada lapisan 3
merupakan premis aturan fuzzy, sedangkan hubungan pada lapisan 4 merupakan
konsekuensi fuzzy. Lapisan 5 dan hubungannya merepresentasikan proses
penggabungan dan defuzifikasi. Adakalanya pada lapisan 5 arah aliran informasi
dari atas ke bawah (garis putus-putus) yang merupakan data pelatihan yang
dimasukkan ke dalam jaringan.
8
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
Gambar 7 Jaringan neuro-fuzzy dengan konsekuensi bahwa aturan fuzzy merupakan
peubah fuzzy
Jaringan neuro-fuzzy Mamdani memerlukan basis aturan dalam proses inferensinya.
Jaringan neuro-fuzzy dengan konsekuensi persamaan linier disebut sebagai ANFIS
(Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System atau Adaptive Network-based Fuzzy Inference
System). Gambar 7(b) adalah arsitektur ANFIS dengan dua masukan (x dan y) dan satu
keluaran (f) dengan dua aturan. Proses inferensi fuzzy pada ANFIS berupa inferensi
Takagi-Sugeno seperti terlihat pada gambar 7(a).
Gambar 8 (a) Proses Inferensi fuzzy Takagi-Sugeno, (b) Jaringan ANFIS
9
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
G. METODE PELAKSANAAN PROGRAM
Metode pelaksanaan yang digunakan dalam menyusun tugas akhir dengan
judul “Perancangan dan Pembuatan Maximum Power Point Tracker (MPPT) pada
Sistem Panel Surya Menggunakan Metode Adaptive Neuro-Fuzzy Inference
System” sebagai berikut:
a.
Kajian Literatur
Dalam mencari studi literatur,penulis menggunakan beberapa sumber
informasi buku dan jurnal maupun media elektronik seperti internet.
b.
Perencanaan sistem dan pembuatan alat
Dalam perancangan sistem ini ada dua bagian, yang meliputi software dan
hardwarenya pada setiap bagiannya,yaitu :
1. Software
Pembuatan model dan simulasi pada simulink MatlabTM sebelum
melakukan perancangan alat
2. Sistem Jaringan Informasi (Hardware)
Perancangan Maximum Power Point Tracker dengan menggunakan
Konverter Cuk
Perancangan Konverter Cuk untuk menggeser daya operasi dari
panel surya menjadi titik daya maksimalnya
Perancangan Kontroller menggunakan metode Adaptive NeuroFuzzy Inference System yang selanjutnya akan diimplementasikan
dalam
PV Module
Cuk Converter
LOAD
PWM
c. Pengujian
MPPT
Controller
Pengujian dilakukan menggunakan DC-DC converter dalam sebuah sistem
MPPT
Pengujian dilakukan terhadap DC-DC converter dengan tipe Cuk Konverter
Pengujian dilakukan dengan menggunakan kontrol Adaptive Neuro-Fuzzy
Inference System menggunakan kontroller Arduino UNO R3
d. Pengambilan analisa
10
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
Yaitu berisikan analisa dari simulasi yang telah dibuat.
e. Pengambilan kesimpulan
Yaitu berisikan kesimpulan dan saran atas analisa yang dibuat.
f. Penulisan laporan
Dalam penulisan laporan ini mengacu pada pedoman penulisan ilmiah dalam
hal ini penulisan Tugas Akhir yang bakunya telah diatur oleh pihak jurusan.
g. Konsultasi
Yaitu melakukan konsultasi secara bertahap kepada dosen pembimbing.
H. Jadwal Kegiatan Program
Bulan ke3
4
1
2
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
NO Kegiatan
1
2
3
4
5
6
7
Kajian Literatur
Perencanaan dan pembuatan
Pengujian
Pengambilan analisa
Pengambilan kesimpulan
Penulisan laporan
Konsultasi
I. PENUTUP
Demikianlah proposal ini saya susun, sebagai acuan awal dalam melaksanakan
pengerjaan Tugas Akhir sebagai syarat kelulusan di jurusan S1 Teknik Elektro. Besar
harapan saya akan bantuan segenap dosen dan staff, demi kelancaran serta suksesnya
pengerjaan tugas akhir ini yang akan saya laksanakan. Atas kerja sama dan bantuannya
saya ucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya.
DAFTAR PUSTAKA
11
PROPOSAL SEMINAR JUDUL TUGAS AKHIR
1. Atar Fuady, Babgei. “Rancang Bangun Maximum Power Point Tracker (MPPT)
Pada Panel Surya Dengan Menggunakan Metode Fuzzy”, 2010
2. Zainudin, Hairul Nisah, dan Mekhilef , Saad. “Comparison Study of Maximum
Power Point Tracker Techniques for PV Systems”. Proceedings of the 14 th
International Middle East Power Systems Conference (MEPCON’10), Cairo
University, Egypt, December 19-21, 2010, Paper ID 278
3. Krachai, Della Mohamed, dan Midoun, Abdulhamed. “High Efficiency Maximum
Power Point Tracking Control In Photovoltaic-Grid Connected Plants”. ISSN 13358243, 2007, Faculty of Electronical Enggineering and informatics, Technical
University of Kosice, Slovak Republic
4. Prabowo, Rhadityo.” Rancang Bangun Aplikasi Kontrol Fuzzy Tegangan Turbin
Angin Pada Sistem Teknologi Hybrid Konversi Energi Surya dan Angin”.
5. Jang, Roger; Sun, Chuen-Tsai; Mizutani, Eiji.”Neuro-Fuzzy And Soft Computing”.
Prentice Hall, Upper Saddle River, Nj 07458, 1997
6. Hidayat, Sasongko, P.H, Sarjiya, Suharyanto.”Pemodelan dan Simulasi Adaptive
Neuro-Fuzzy Inference Systems (ANFIS) Untuk Pengendalian Kecepatan Motor
DC Brushless”.ISSN:2085-6350, CITEE 2011
12