Rancang Bangun Dual Input Single Output
Jurnal
Elektro
PENS
www.jurnalpa.eepis-its.edu
Teknik Elektro Industri
Vol.1, No.1, 2016
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
Rancang Bangun Dual Input Single Output Buck Converter dengan
Sumber Daya dari panel Surya dan PLN untuk Aplikasi Charger
Baterai pada Penerangan Rumah DC
Mughni Syahid[1], Moh. Zaenal Efendi[2], Eka Prasetyono[3]
Program Studi D4 Teknik Elektro Industri
Departemen Teknik Elektro
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
Kampus PENS, Jalan Raya ITS Sukolilo, Surabaya 60111
Tel: (031) 594 7280; Fax: (031) 594 6114
Email: [email protected], [email protected], [email protected]
Abstrak
Panel Surya adalah pembangkit listrik yang sangat tergantung cahaya matahari. Pada sistem solar charger
dengan sumber utama hanya panel surya maka ketika cuaca mendung daya yang dihasilkan lebih kecil sehingga waktu
pengisian baterai menjadi lama. Pada proyek akhir ini akan dibuat dual input single output buck converter untuk
aplikasi charger baterai dari sumber panel surya dan sumber PLN. Prioritas yang dipakai adalah sumber dari panel
surya sedangkan sumber PLN adalah sebagai penambah daya jika terjadi kekurangan saat kondisi cuaca mendung dan
baterai drop. Agar dua sumber dapat bekerja secara bersamaan maka digunakan dual input single output buck
converter yang akan diatur kombinasi duty cycle nya sehingga didapatkan pembagian daya yang sesuai dengan
menggunakan kontrol fuzzy. Baterai yang digunakan berkapasitas 60Ampere hour menggunkan charger metode arus
konstan dengan arus pengisian 6 Ampere dan metode tegangan konstan dengan tegangan pengisian 14,4Volt. Dari
hasil pengujian kontrol fuzzy dapat menstabilkan ke setpoint dalam waktu 560 ms. Dengan dua sumber yang
digunakan disaat daya panel surya turun maka daya dari PLN akan naik sehingga daya charger tetap terpenuhi walau
dalam kondisi mendung.
Kata kunci : panel surya, PLN, dual input single output buck converter, kontrol fuzzy, metode arus konstan, metode
tegangan konstan.
1. Pendahuluan
Saat ini penggunaan panel surya sebagai energi
terbarukan memang sudah berkembang pesat. Panel
surya
menghasilkan
energi
gratis
dengan
mengkonversi cahaya matahari menjadi energi listrik
yang dapat disimpan ke dalam baterai sehingga dapat
digunakan kapan pun baik siang maupun malam.
Permasalahan yang terjadi jika menggunakan panel
surya sebaga sumber energi listrik adalah ketika cuaca
mendung. Ketika cuaca mendung panel surya tidak
dapat menangkap cahaya matahari secara maksimal
sehingga tidak dapat mengkonversi secara maksimal
ke energi listrik dan daya yang dihasilkan rendah. Jika
digunakan untuk mencharger baterai maka pengisian
baterai menjadi lambat dan lama atau bahkan tidak
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.1, No.1, 2016
terjadi pengisian karena tegangan terlalu kecil. Pada
proyek akhir ini akan dibuat charger baterai yang
memiliki dua sumber yang didesain untuk sumber dari
panel surya dan sumber PLN. Prioritas sumber utama
yang dipakai adalah sumber dari panel sedangkan
sumber PLN adalah sebagai penambah daya jika
terjadi kekurangan daya saat kondisi cuaca mendung
dan baterai drop. Diharapkan dengan metode charger
ini pengisian baterai tidak terkendala saat cuaca
mendung dan baterai dapat diisi dengan maksimal.
Beberapa refrensi pada proyek ini diantaranya
membahahas tentang topologi dari konverter yang
dimodifikasi salah satunya adalah buck converter yang
memiliki dua sumber[1][2]. Dengan desain yang
digunakan sumber dari panel surya dan sumber PLN.
Metode charger baterai arus konstan dan tegangan
konstan[3]. Dengan metode charger tersebut maka
mula-mula baterai kosong dicharger dengan metode
arus konstan sebesar 6 A kemudian jika tegangan
charger sudah 14,4 V secara skuensial berpindah ke
metode tegangan konstan 14,4 V. Untuk kontrol
metode charger tersebut digunakan kontrol
fuzzy[4][5]. Dengan kontrol fuzzy pula maka dapat
mengatur pembagian daya untuk memaksimalkan
daya dari panel surya dan penambah daya dari PLN.
2. Metode
Pada perancangan sistem charger ini
dibutuhkan komponen pendukung seperti ditunjukkan
pada blok diagram Gambar 2.1.
Pada blok diagram tersebut terdiri dari panel
surya dengan kapasitas 200 Watt Peak sebagai sumber
utama. Daya 200 WP didapatkan dari dua buah panel
surya 100 WP yang dipasang parallel. Dengan
pesangan parallel maka tegangan panel surya tetap
namun kemampuan arusnya bertambah besar.
Tegangan panel surya yang dapat digunakan untuk
charger antara 15 V sampai dengan 19 Volt. Sumber
kedua untuk penambah daya dari sumber PLN 220 V
AC yang diturunkan oleh transformator 5 A menjadi
25 V AC kemudian disearahkan menjadi DC dan
difilter kapasitor untuk memperkecil ripple sehingga
didapatkan tegangan maksimum 35,35 V DC. Output
dari panel surya dan penyearah tersebut masuk ke dual
input single output buck converter kemudian output
dari converter masuk ke baterai untuk charger.
Rangkain dual input single output buck converter
seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2a. Rangkaian Dual Input Single Output
Buck Converter.
Untuk lebih memahami sistem kerja dari
konverter ini maka dengan menganalisa ketika kondisi
switch tertutup dan ketika switch terbuka seperti
ditunjukkan pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3b Kondisi ketika switch tertutup dan
switch terbuka.
a
Gambar 2.1. Blok Diagram Sistem.
Erik Schaltz, 2014.”Current Control of a Multiple Input
DC/DC Converter”. Proyek Aalborgn University.
b
ibid
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.1, No.1, 2016
Bentuk gelombang switch mosfet (VGS1 dan
VGS2), tegangan di induktor (VL) dan arus di
induktor (IL) ditunjukkan oleh Gambar 2.4.
sehingga nilai Vo :
(2.3)
Dimana :
Vo = Tegangan output
V1 = Tegangan input 1
V2 = Tegangan input 2
D = Duty cycle
Gambar 2.4c. Bentuk Gelombang VGS1, VGS2, VL
dan IL.
Untuk menentukan tegangan Vout adalah dengan
rumus :
Dalam merencanakan sebuah konverter maka
harus menentukan nilai nilai parameter yang
digunakan sesuai sengan sistem agar didapatkan
efisisensi dan hasil yang diharapkan. Parameter hasil
perencanaan ini seperti ditunjukkan pada table 2.1.
Tabel 2.1. Parameter perencanaan converter.
Parameter
Saat switch menutup (close) :
(2.1)
Maka :
Saat switch terbuka (open)
(2.2)
c
ibid
Nilai
Parameter
Nilai
Vin min
15 V
Inductor L
246 uH
Vin max
Vo
56.35 V
14.4 V
C out
C Snubber 1
330 uF
6.2 nF
Io
Po
6A
86.4 W
C Snubber 2
R Snubber 1
3.9 nF
1.2 K
Effisiensi
80 %
R Snubber 2
2.2 K
Frekuensi
Core
40 KHz
PQ3535
Mosfet
Dioda Fast
Recovery
IRF540
STTH
60L06CW
Dari rumus 2.3 diketahui bahwa tegangan
output konverter didapatkan dari penjumlahan
tegangan input 1 dan 2 yang masing masing dikalikan
dengan duty cycle. Dengan pengaturan dua duty cycle
maka output juga menggunakan dua PWM yang
dibangkitkan oleh mikrokontroller STM32F407. Pulsa
PWM tersebut dikuatkan oleh totempole sebelum
masuk ke gate mosfet karena level tegangan
mikrokontroller 3 V sedangkan gate mosfet 12 V.
Proses kerja dari charger ini saat awal pengisian
adalah mode arus konstan dengan setpoint 6 A dan
kemudian akan berpindah ke mode tegangan konstan
14,4 V saat tegangan charger 14,4 V. Untuk membuat
output konverter sesuai dengan setpoint maka
digunakan kontrol fuzzy. Error didapat dari SP-PV.
Nilai PV atau present value adalah pembacaan dari
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.1, No.1, 2016
sensor arus saat mode arus konstan dan sensor
tegangan saat mode tegangan konstan. Desain fuzzy
ini menggunakan matlab. Gambar 2.5 menunjukkan
membership function dari error (a), delta error (b) dan
output (c).
Keterangan dari gambar dan grafik :
N = Negatif
NL = Negatif Low
NM = Negatif Medium N = Negatif Small
Z = Zero
PM = Positif Medium
PL = Positif Low
P = Positif
3. Hasil
Pada bagian ini akan dijelaskan hasil pengujian
dari sistem yang telah dibuat. Pengujian ini
diantaranya meliputi pengujian converter tanpa
kontrol fuzzy, dengan kontrol fuzzy dan pengujian
secara keseluruhan sistem sebagai charger baterai.
Gamnbar 3.1 menunjukkan respon tanpa kontrol fuzzy
sedangkan gambar 3.2 menunjukkan respon dengan
kontrol fuzzy.
(a)
(b)
Gambar 3.1. Respon Output Tanpa Kontrol Fuzzy.
(c)
Gambar 2.5. Membership Function dari error (a),
delta error (b) dan output (c).
Rule base yang dipakai pada fuzzy ini seperti
ditunjukkan pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2. Rule Base Fuzzy.
E
NL
NM
NS
Z
PS
PM
PL
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
NM
NL
NL
NL
NL
NL
NL
NM
NM
NM
NL
NM
NM
Z
Z
Z
Z
PM
PM
PL
PL
PL
PM
PM
PL
PL
PM
PM
PM
PL
PL
P
P
P
P
P
P
P
dE
NL
NM
NS
Z
PS
PM
PL
Gambar 3.2. Respon Output dengan Kontrol Fuzzy.
Dari respon output converter tersebut dapat
diketahui tanpa kontrol fuzzy maka output drop saat
ada gangguan sedangkan dengan kontrol fuzzy maka
dapat kembali stabil dalam waktu 560 ms.
Pengujian selanjutnya adalah pengujian respon
konverter saat sumber tegangan dari sumber panel
surya diubah-ubah sehingga daya nya juga berubahubah. Dengan perubahan itu dapat diamati respon dari
konverter dan kontrol fuzzy. Grafik daya hasil
pengujian seperti ditunjukkan pada gambar 3.3.
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.1, No.1, 2016
Waktu
(jam)
Metode
Charger
Set
Point
11:30
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
V konstan
V konstan
V konstan
V konstan
V konstan
V konstan
V konstan
6A
6A
6A
6A
14.4V
14.4V
14.4V
14.4V
14.4V
14.4V
14.4V
12:00
12:30
13:00
13:30
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
9:00
9:30
10:00
10:30
11:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
9:00
10:00
6
4
2
16:00
0
15:00
10.82
11.94
12.08
12.23
12.33
12.47
12.54
Grafik Arus Charger
14:00
5.84
6.01
6.09
6.01
6.02
6.02
6.01
V Baterai
8
13:00
12.86
13.01
13.16
13.27
13.23
13.49
13.77
V Charger
Gambar 3.4. Grafik Tegangan Charger dan Tegangan
Baterai Sumber Panel Surya dan PLN.
12:00
V
bat
(V)
0
11:00
I
chr
(A)
5
10:00
6A
6A
6A
6A
6A
6A
6A
V
chr
(V)
10
8:00
8:30
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
Set
Point
15
W aktu (Jam)
Arus (Ampere)
8:00
Metode
Charger
V
bat
(V)
12.61
12.76
12.83
12.96
13.05
13.1
13.16
13.24
13.27
13.35
13.43
Grafik Tegangan Charger
20
Tabel 3.1. Pengujian Charger Sumber Panel Surya
dan PLN.
Waktu
(jam)
I
chr
(A)
6.02
6.02
6
5.94
5.67
4.72
4
3.87
3.75
3.41
3.1
Dari hasil table tersebut Gambar 3.4 menunjukkan
grafik tegangan charger dan tegangan baterai
sedangkan Gambar 3.5 menunjukkan grafik arus
charger baterai.
8:00
Setelah dipastikan converter sudah bekerja baik
maka dilakukan pengujian charger baterai selama 8,5
jam untuk mengetahui kondisi charging jika sumber
daya diperoleh dari dua sumber yaitu panel surya dan
PLN, sehingga dapat diketahui waktu, tegangan, arus
dan daya dari charger. Hasil pengujian dari charger
sumber panel surya dan PLN seperti ditunjukkan pada
Tabel 3.1.
16:30
Tegangan (Volt )
Dari grafik tersebut diketahui bahwa daya charger
tetap stabil sebesar 80 W walau ada sedikit ripple. Saat
Daya panel surya 0 W maka dayaPLN sebagai
penyedia daya utama. Pada grafik terlihat banyak
ripple disebabkan karena supply DC PLN tidak stabil
karena drop tegangan saat arus beban besar. Saat daya
panel surya mulai naik maka daya dari PLN akan
turun, Jika daya panel surya cukup maka daya dari
PLN tidak terpakai yaitu 0 W. Dari grafik tersebut
diketahui pula bahwa kontrol fuzzy mampu mengatur
pembagian daya saat perubahan daya lambat maupun
cepat sehingga daya output tetap stabil.
9:00
Gambar 3.3. Grafik Daya Panel Surya, PLN dan
Charger.
V
chr
(V)
13.63
13.95
14.11
14.14
14.42
14.42
14.42
14.42
14.49
14.32
14.4
I Charger
W aktu (Jam)
Gambar 3.5. Grafik Arus Charger Sumber Panel
Surya dan PLN.
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.1, No.1, 2016
Grafik Daya
150
100
50
P PS
W aktu (Jam)
Waktu
(Jam)
P
PS
(W)
V
PLN
(V)
I
PLN
(A)
P
PLN
(W)
P
CHR
(W)
8:00
0
0
92
89
94
93
95
93
99
97
95
93
77
66
64
60
0
0
27.5
25.97
22.03
27.68
27.55
28.85
32.24
33.48
34.49
34.4
33.76
33.51
32.76
23.91
25.25
33.28
29.45
29.44
3.38
3.68
0.11
0.08
0.27
0.07
0.13
0.13
0.01
0.02
0.1
0.08
0.15
0.11
0.13
0.13
2.06
2.05
93
95
2
2
7
2
4
4
0
1
0
3
5
3
3
4
61
60
75
78
80
80
80
81
83
82
84
85
84
82
68
58
56
54
49
45
8:30
9:00
9:30
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
13:30
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
Dari data table tersebutdiketahui saat jam 8:00
dan jam 8:30 maka daya dari panel surya adalah 0 W
sehingga daya panel surya adalah 93 W untuk
mensupply daya charger sebesar 75 W . Saat mulai
jam 9:00 maka daya panel surya naik menjadi 92 W
dan daya PLN turun menjadi 2 W untuk mensupply
daya charger sebesar 80 W. Daya panel surya tersedia
sampai jam 15:30. Selanjutnya mulai jam 16:00 daya
panel surya menjadi 0 dan daya charger disupply oleh
PLN sebesar 61 W untuk mensupply charger dengan
daya 49 W. Dari daya itu diketahui bahwa daya
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
9:00
10:00
0
8:00
Tabel 3.2. Pengujian Daya Charger Sumber Panel
Surya dan PLN.
charger awal saat baterai kosong adalah kecil
kemudian baterai terisi daya menjadi naik. Setelah
baterai muali penuh maka daya turun kembali.
Gambar 3.6 menunjukkan perubahan daya panel
surya, PLN dan charger.
Daya (W att)
Dari table 3.1 diketahui bahwa tegangan baterai
dicharger dari jam 08:00 dengan tegangan 10,82 V
sampai jam 16:30 dengan tegangan 13,48 V selama
8,5 jam. Metode Arus konstan berlangsung dari jam
8:00 sampai dengan 13:00 kemudian berlanjut dengan
tegangan konstan sampai jam 16:30. Dari table dan
grafik terlihat kenaikan tegangan charger begitu pula
tegangan baterai saat metode arus konstan kemudian
tegangan charger konstan dan arus charger baterai
turun mengindikasikan baterai mulai penuh. Tabel 3.2
menunjukkan daya dari sumber panel surya, sumber
PLN dan charger.
P PLN
P Charger
Gambar 3.6. Grafik Daya Panel Surya, Daya PLN
dan Daya Charger.
Dari hasil pengujian sistem secara keseluruhan
tersebut sudah sesuai dengan perancangan yaitu daya
PLN dapat menambahkan daya panel surya untuk
charger baterai sehingga proses charger baterai tidak
terganggu dan tetap aktif.
4.Kesimpulan
1. Error rata-rata sensor tegangan Panel Surya, PLN,
Baterai dan Beban adalah 0,59 % sedangkan error
rata-rata sensor arus ACS 712 30A adalah 1,02%
sehingga hasil pembacaan keempat sensor tersebut
cukup baik.
2. Kontrol fuzzy mampu menstabilkan ke setpoint
untuk kondisi awal start adalah 550 ms sedangkan
pada saat gangguan dengan waktu steady adalah
560 ms.
3. Dengan menggunakan rangkain dual input single
output buck converter ini jika arus panel surya
tidak mencapai arus beban 6 A maka tegangan
akan drop karena sistem switching dirangkain
secara seri.
4. Sistem charger ini sudah sesuai dengan desain
yaitu daya dari PLN akan naik jika daya dari panel
surya tidak cukup untuk supply beban. Begitu
sebaliknya jika daya panel surya cukup maka daya
PLN akan turun.
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.1, No.1, 2016
Ucapan Terima kasih
Referensi
Puji Syukur hanya kepada ALLAH SWT dan
tanpa menghilangkan rasa hormat yang mendalam
penulis mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada pihak-pihak yang telah membantu
untuk menyelesaikan proyek akhir ini, terutama
kepada kedua orang tua yang selalu mendo’akan,
memberi dukungan dan motivasi. Bapak Dr. Zainal
Arief, ST, MT. selaku Direktur Politeknik Elektronika
Negeri Surabaya. Bapak Indhana Sudiharto, ST, MT.
selaku Ketua Program Studi D4 Teknik Elektro
Industri. Bapak Ir. Zaenal Efendi, MT. dan bapak Eka
Prasetyono, S.ST, MT. selaku dosen pembimbing.
Dosen Penguji yang telah memberikan pertanyaan dan
saran dalam peyempurnaan proyek akhir ini. Temanteman Jurusan Teknik Elektro Industri dan semua
pihak yang telah membantu.
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
Schaltz, Erick (2014). Current Control of a Multiple Input
DC/DC Converter. Department of Energy Technology,
Aalborgn University
Gummi, Karteek (2008). Derivation of new double-input DCDC converters using the building block methodology. Master
of science in electrical engineering, Missouri University Of
Science and Technology
Syahid, Mughni (2014). Rancang Bangun Charger Baterai dan
Automatic Transfer Switch (ATS) Panel Surya – PLN Untuk
Sumber Daya Tempat Sampah Otomatis. D3 Teknik Elektro
Industri,
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya-ITS.
Surabaya.
Shion Shieh,Cheng(2010). Fuzzy PWM base on Genetic
Algoroth for battery charging. Department of Electrical
Engineering, Far-East University,49 Chung Hua Road,HsinShin,Taian,ROC.
Guenounou, Ouahib(2014). Adaptive fuzzy controller base
MPPT for photovoltaic system. Laboratory of Industrial
Technology and Information LT21, University of Bejaia,
Algeria.
Elektro
PENS
www.jurnalpa.eepis-its.edu
Teknik Elektro Industri
Vol.1, No.1, 2016
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
Rancang Bangun Dual Input Single Output Buck Converter dengan
Sumber Daya dari panel Surya dan PLN untuk Aplikasi Charger
Baterai pada Penerangan Rumah DC
Mughni Syahid[1], Moh. Zaenal Efendi[2], Eka Prasetyono[3]
Program Studi D4 Teknik Elektro Industri
Departemen Teknik Elektro
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
Kampus PENS, Jalan Raya ITS Sukolilo, Surabaya 60111
Tel: (031) 594 7280; Fax: (031) 594 6114
Email: [email protected], [email protected], [email protected]
Abstrak
Panel Surya adalah pembangkit listrik yang sangat tergantung cahaya matahari. Pada sistem solar charger
dengan sumber utama hanya panel surya maka ketika cuaca mendung daya yang dihasilkan lebih kecil sehingga waktu
pengisian baterai menjadi lama. Pada proyek akhir ini akan dibuat dual input single output buck converter untuk
aplikasi charger baterai dari sumber panel surya dan sumber PLN. Prioritas yang dipakai adalah sumber dari panel
surya sedangkan sumber PLN adalah sebagai penambah daya jika terjadi kekurangan saat kondisi cuaca mendung dan
baterai drop. Agar dua sumber dapat bekerja secara bersamaan maka digunakan dual input single output buck
converter yang akan diatur kombinasi duty cycle nya sehingga didapatkan pembagian daya yang sesuai dengan
menggunakan kontrol fuzzy. Baterai yang digunakan berkapasitas 60Ampere hour menggunkan charger metode arus
konstan dengan arus pengisian 6 Ampere dan metode tegangan konstan dengan tegangan pengisian 14,4Volt. Dari
hasil pengujian kontrol fuzzy dapat menstabilkan ke setpoint dalam waktu 560 ms. Dengan dua sumber yang
digunakan disaat daya panel surya turun maka daya dari PLN akan naik sehingga daya charger tetap terpenuhi walau
dalam kondisi mendung.
Kata kunci : panel surya, PLN, dual input single output buck converter, kontrol fuzzy, metode arus konstan, metode
tegangan konstan.
1. Pendahuluan
Saat ini penggunaan panel surya sebagai energi
terbarukan memang sudah berkembang pesat. Panel
surya
menghasilkan
energi
gratis
dengan
mengkonversi cahaya matahari menjadi energi listrik
yang dapat disimpan ke dalam baterai sehingga dapat
digunakan kapan pun baik siang maupun malam.
Permasalahan yang terjadi jika menggunakan panel
surya sebaga sumber energi listrik adalah ketika cuaca
mendung. Ketika cuaca mendung panel surya tidak
dapat menangkap cahaya matahari secara maksimal
sehingga tidak dapat mengkonversi secara maksimal
ke energi listrik dan daya yang dihasilkan rendah. Jika
digunakan untuk mencharger baterai maka pengisian
baterai menjadi lambat dan lama atau bahkan tidak
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.1, No.1, 2016
terjadi pengisian karena tegangan terlalu kecil. Pada
proyek akhir ini akan dibuat charger baterai yang
memiliki dua sumber yang didesain untuk sumber dari
panel surya dan sumber PLN. Prioritas sumber utama
yang dipakai adalah sumber dari panel sedangkan
sumber PLN adalah sebagai penambah daya jika
terjadi kekurangan daya saat kondisi cuaca mendung
dan baterai drop. Diharapkan dengan metode charger
ini pengisian baterai tidak terkendala saat cuaca
mendung dan baterai dapat diisi dengan maksimal.
Beberapa refrensi pada proyek ini diantaranya
membahahas tentang topologi dari konverter yang
dimodifikasi salah satunya adalah buck converter yang
memiliki dua sumber[1][2]. Dengan desain yang
digunakan sumber dari panel surya dan sumber PLN.
Metode charger baterai arus konstan dan tegangan
konstan[3]. Dengan metode charger tersebut maka
mula-mula baterai kosong dicharger dengan metode
arus konstan sebesar 6 A kemudian jika tegangan
charger sudah 14,4 V secara skuensial berpindah ke
metode tegangan konstan 14,4 V. Untuk kontrol
metode charger tersebut digunakan kontrol
fuzzy[4][5]. Dengan kontrol fuzzy pula maka dapat
mengatur pembagian daya untuk memaksimalkan
daya dari panel surya dan penambah daya dari PLN.
2. Metode
Pada perancangan sistem charger ini
dibutuhkan komponen pendukung seperti ditunjukkan
pada blok diagram Gambar 2.1.
Pada blok diagram tersebut terdiri dari panel
surya dengan kapasitas 200 Watt Peak sebagai sumber
utama. Daya 200 WP didapatkan dari dua buah panel
surya 100 WP yang dipasang parallel. Dengan
pesangan parallel maka tegangan panel surya tetap
namun kemampuan arusnya bertambah besar.
Tegangan panel surya yang dapat digunakan untuk
charger antara 15 V sampai dengan 19 Volt. Sumber
kedua untuk penambah daya dari sumber PLN 220 V
AC yang diturunkan oleh transformator 5 A menjadi
25 V AC kemudian disearahkan menjadi DC dan
difilter kapasitor untuk memperkecil ripple sehingga
didapatkan tegangan maksimum 35,35 V DC. Output
dari panel surya dan penyearah tersebut masuk ke dual
input single output buck converter kemudian output
dari converter masuk ke baterai untuk charger.
Rangkain dual input single output buck converter
seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2a. Rangkaian Dual Input Single Output
Buck Converter.
Untuk lebih memahami sistem kerja dari
konverter ini maka dengan menganalisa ketika kondisi
switch tertutup dan ketika switch terbuka seperti
ditunjukkan pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3b Kondisi ketika switch tertutup dan
switch terbuka.
a
Gambar 2.1. Blok Diagram Sistem.
Erik Schaltz, 2014.”Current Control of a Multiple Input
DC/DC Converter”. Proyek Aalborgn University.
b
ibid
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.1, No.1, 2016
Bentuk gelombang switch mosfet (VGS1 dan
VGS2), tegangan di induktor (VL) dan arus di
induktor (IL) ditunjukkan oleh Gambar 2.4.
sehingga nilai Vo :
(2.3)
Dimana :
Vo = Tegangan output
V1 = Tegangan input 1
V2 = Tegangan input 2
D = Duty cycle
Gambar 2.4c. Bentuk Gelombang VGS1, VGS2, VL
dan IL.
Untuk menentukan tegangan Vout adalah dengan
rumus :
Dalam merencanakan sebuah konverter maka
harus menentukan nilai nilai parameter yang
digunakan sesuai sengan sistem agar didapatkan
efisisensi dan hasil yang diharapkan. Parameter hasil
perencanaan ini seperti ditunjukkan pada table 2.1.
Tabel 2.1. Parameter perencanaan converter.
Parameter
Saat switch menutup (close) :
(2.1)
Maka :
Saat switch terbuka (open)
(2.2)
c
ibid
Nilai
Parameter
Nilai
Vin min
15 V
Inductor L
246 uH
Vin max
Vo
56.35 V
14.4 V
C out
C Snubber 1
330 uF
6.2 nF
Io
Po
6A
86.4 W
C Snubber 2
R Snubber 1
3.9 nF
1.2 K
Effisiensi
80 %
R Snubber 2
2.2 K
Frekuensi
Core
40 KHz
PQ3535
Mosfet
Dioda Fast
Recovery
IRF540
STTH
60L06CW
Dari rumus 2.3 diketahui bahwa tegangan
output konverter didapatkan dari penjumlahan
tegangan input 1 dan 2 yang masing masing dikalikan
dengan duty cycle. Dengan pengaturan dua duty cycle
maka output juga menggunakan dua PWM yang
dibangkitkan oleh mikrokontroller STM32F407. Pulsa
PWM tersebut dikuatkan oleh totempole sebelum
masuk ke gate mosfet karena level tegangan
mikrokontroller 3 V sedangkan gate mosfet 12 V.
Proses kerja dari charger ini saat awal pengisian
adalah mode arus konstan dengan setpoint 6 A dan
kemudian akan berpindah ke mode tegangan konstan
14,4 V saat tegangan charger 14,4 V. Untuk membuat
output konverter sesuai dengan setpoint maka
digunakan kontrol fuzzy. Error didapat dari SP-PV.
Nilai PV atau present value adalah pembacaan dari
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.1, No.1, 2016
sensor arus saat mode arus konstan dan sensor
tegangan saat mode tegangan konstan. Desain fuzzy
ini menggunakan matlab. Gambar 2.5 menunjukkan
membership function dari error (a), delta error (b) dan
output (c).
Keterangan dari gambar dan grafik :
N = Negatif
NL = Negatif Low
NM = Negatif Medium N = Negatif Small
Z = Zero
PM = Positif Medium
PL = Positif Low
P = Positif
3. Hasil
Pada bagian ini akan dijelaskan hasil pengujian
dari sistem yang telah dibuat. Pengujian ini
diantaranya meliputi pengujian converter tanpa
kontrol fuzzy, dengan kontrol fuzzy dan pengujian
secara keseluruhan sistem sebagai charger baterai.
Gamnbar 3.1 menunjukkan respon tanpa kontrol fuzzy
sedangkan gambar 3.2 menunjukkan respon dengan
kontrol fuzzy.
(a)
(b)
Gambar 3.1. Respon Output Tanpa Kontrol Fuzzy.
(c)
Gambar 2.5. Membership Function dari error (a),
delta error (b) dan output (c).
Rule base yang dipakai pada fuzzy ini seperti
ditunjukkan pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2. Rule Base Fuzzy.
E
NL
NM
NS
Z
PS
PM
PL
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
NM
NL
NL
NL
NL
NL
NL
NM
NM
NM
NL
NM
NM
Z
Z
Z
Z
PM
PM
PL
PL
PL
PM
PM
PL
PL
PM
PM
PM
PL
PL
P
P
P
P
P
P
P
dE
NL
NM
NS
Z
PS
PM
PL
Gambar 3.2. Respon Output dengan Kontrol Fuzzy.
Dari respon output converter tersebut dapat
diketahui tanpa kontrol fuzzy maka output drop saat
ada gangguan sedangkan dengan kontrol fuzzy maka
dapat kembali stabil dalam waktu 560 ms.
Pengujian selanjutnya adalah pengujian respon
konverter saat sumber tegangan dari sumber panel
surya diubah-ubah sehingga daya nya juga berubahubah. Dengan perubahan itu dapat diamati respon dari
konverter dan kontrol fuzzy. Grafik daya hasil
pengujian seperti ditunjukkan pada gambar 3.3.
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.1, No.1, 2016
Waktu
(jam)
Metode
Charger
Set
Point
11:30
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
V konstan
V konstan
V konstan
V konstan
V konstan
V konstan
V konstan
6A
6A
6A
6A
14.4V
14.4V
14.4V
14.4V
14.4V
14.4V
14.4V
12:00
12:30
13:00
13:30
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
9:00
9:30
10:00
10:30
11:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
9:00
10:00
6
4
2
16:00
0
15:00
10.82
11.94
12.08
12.23
12.33
12.47
12.54
Grafik Arus Charger
14:00
5.84
6.01
6.09
6.01
6.02
6.02
6.01
V Baterai
8
13:00
12.86
13.01
13.16
13.27
13.23
13.49
13.77
V Charger
Gambar 3.4. Grafik Tegangan Charger dan Tegangan
Baterai Sumber Panel Surya dan PLN.
12:00
V
bat
(V)
0
11:00
I
chr
(A)
5
10:00
6A
6A
6A
6A
6A
6A
6A
V
chr
(V)
10
8:00
8:30
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
I konstan
Set
Point
15
W aktu (Jam)
Arus (Ampere)
8:00
Metode
Charger
V
bat
(V)
12.61
12.76
12.83
12.96
13.05
13.1
13.16
13.24
13.27
13.35
13.43
Grafik Tegangan Charger
20
Tabel 3.1. Pengujian Charger Sumber Panel Surya
dan PLN.
Waktu
(jam)
I
chr
(A)
6.02
6.02
6
5.94
5.67
4.72
4
3.87
3.75
3.41
3.1
Dari hasil table tersebut Gambar 3.4 menunjukkan
grafik tegangan charger dan tegangan baterai
sedangkan Gambar 3.5 menunjukkan grafik arus
charger baterai.
8:00
Setelah dipastikan converter sudah bekerja baik
maka dilakukan pengujian charger baterai selama 8,5
jam untuk mengetahui kondisi charging jika sumber
daya diperoleh dari dua sumber yaitu panel surya dan
PLN, sehingga dapat diketahui waktu, tegangan, arus
dan daya dari charger. Hasil pengujian dari charger
sumber panel surya dan PLN seperti ditunjukkan pada
Tabel 3.1.
16:30
Tegangan (Volt )
Dari grafik tersebut diketahui bahwa daya charger
tetap stabil sebesar 80 W walau ada sedikit ripple. Saat
Daya panel surya 0 W maka dayaPLN sebagai
penyedia daya utama. Pada grafik terlihat banyak
ripple disebabkan karena supply DC PLN tidak stabil
karena drop tegangan saat arus beban besar. Saat daya
panel surya mulai naik maka daya dari PLN akan
turun, Jika daya panel surya cukup maka daya dari
PLN tidak terpakai yaitu 0 W. Dari grafik tersebut
diketahui pula bahwa kontrol fuzzy mampu mengatur
pembagian daya saat perubahan daya lambat maupun
cepat sehingga daya output tetap stabil.
9:00
Gambar 3.3. Grafik Daya Panel Surya, PLN dan
Charger.
V
chr
(V)
13.63
13.95
14.11
14.14
14.42
14.42
14.42
14.42
14.49
14.32
14.4
I Charger
W aktu (Jam)
Gambar 3.5. Grafik Arus Charger Sumber Panel
Surya dan PLN.
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.1, No.1, 2016
Grafik Daya
150
100
50
P PS
W aktu (Jam)
Waktu
(Jam)
P
PS
(W)
V
PLN
(V)
I
PLN
(A)
P
PLN
(W)
P
CHR
(W)
8:00
0
0
92
89
94
93
95
93
99
97
95
93
77
66
64
60
0
0
27.5
25.97
22.03
27.68
27.55
28.85
32.24
33.48
34.49
34.4
33.76
33.51
32.76
23.91
25.25
33.28
29.45
29.44
3.38
3.68
0.11
0.08
0.27
0.07
0.13
0.13
0.01
0.02
0.1
0.08
0.15
0.11
0.13
0.13
2.06
2.05
93
95
2
2
7
2
4
4
0
1
0
3
5
3
3
4
61
60
75
78
80
80
80
81
83
82
84
85
84
82
68
58
56
54
49
45
8:30
9:00
9:30
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
13:30
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
Dari data table tersebutdiketahui saat jam 8:00
dan jam 8:30 maka daya dari panel surya adalah 0 W
sehingga daya panel surya adalah 93 W untuk
mensupply daya charger sebesar 75 W . Saat mulai
jam 9:00 maka daya panel surya naik menjadi 92 W
dan daya PLN turun menjadi 2 W untuk mensupply
daya charger sebesar 80 W. Daya panel surya tersedia
sampai jam 15:30. Selanjutnya mulai jam 16:00 daya
panel surya menjadi 0 dan daya charger disupply oleh
PLN sebesar 61 W untuk mensupply charger dengan
daya 49 W. Dari daya itu diketahui bahwa daya
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
9:00
10:00
0
8:00
Tabel 3.2. Pengujian Daya Charger Sumber Panel
Surya dan PLN.
charger awal saat baterai kosong adalah kecil
kemudian baterai terisi daya menjadi naik. Setelah
baterai muali penuh maka daya turun kembali.
Gambar 3.6 menunjukkan perubahan daya panel
surya, PLN dan charger.
Daya (W att)
Dari table 3.1 diketahui bahwa tegangan baterai
dicharger dari jam 08:00 dengan tegangan 10,82 V
sampai jam 16:30 dengan tegangan 13,48 V selama
8,5 jam. Metode Arus konstan berlangsung dari jam
8:00 sampai dengan 13:00 kemudian berlanjut dengan
tegangan konstan sampai jam 16:30. Dari table dan
grafik terlihat kenaikan tegangan charger begitu pula
tegangan baterai saat metode arus konstan kemudian
tegangan charger konstan dan arus charger baterai
turun mengindikasikan baterai mulai penuh. Tabel 3.2
menunjukkan daya dari sumber panel surya, sumber
PLN dan charger.
P PLN
P Charger
Gambar 3.6. Grafik Daya Panel Surya, Daya PLN
dan Daya Charger.
Dari hasil pengujian sistem secara keseluruhan
tersebut sudah sesuai dengan perancangan yaitu daya
PLN dapat menambahkan daya panel surya untuk
charger baterai sehingga proses charger baterai tidak
terganggu dan tetap aktif.
4.Kesimpulan
1. Error rata-rata sensor tegangan Panel Surya, PLN,
Baterai dan Beban adalah 0,59 % sedangkan error
rata-rata sensor arus ACS 712 30A adalah 1,02%
sehingga hasil pembacaan keempat sensor tersebut
cukup baik.
2. Kontrol fuzzy mampu menstabilkan ke setpoint
untuk kondisi awal start adalah 550 ms sedangkan
pada saat gangguan dengan waktu steady adalah
560 ms.
3. Dengan menggunakan rangkain dual input single
output buck converter ini jika arus panel surya
tidak mencapai arus beban 6 A maka tegangan
akan drop karena sistem switching dirangkain
secara seri.
4. Sistem charger ini sudah sesuai dengan desain
yaitu daya dari PLN akan naik jika daya dari panel
surya tidak cukup untuk supply beban. Begitu
sebaliknya jika daya panel surya cukup maka daya
PLN akan turun.
Jurnal Elektro PENS, Teknik Elektro Industri, Vol.1, No.1, 2016
Ucapan Terima kasih
Referensi
Puji Syukur hanya kepada ALLAH SWT dan
tanpa menghilangkan rasa hormat yang mendalam
penulis mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada pihak-pihak yang telah membantu
untuk menyelesaikan proyek akhir ini, terutama
kepada kedua orang tua yang selalu mendo’akan,
memberi dukungan dan motivasi. Bapak Dr. Zainal
Arief, ST, MT. selaku Direktur Politeknik Elektronika
Negeri Surabaya. Bapak Indhana Sudiharto, ST, MT.
selaku Ketua Program Studi D4 Teknik Elektro
Industri. Bapak Ir. Zaenal Efendi, MT. dan bapak Eka
Prasetyono, S.ST, MT. selaku dosen pembimbing.
Dosen Penguji yang telah memberikan pertanyaan dan
saran dalam peyempurnaan proyek akhir ini. Temanteman Jurusan Teknik Elektro Industri dan semua
pihak yang telah membantu.
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
Schaltz, Erick (2014). Current Control of a Multiple Input
DC/DC Converter. Department of Energy Technology,
Aalborgn University
Gummi, Karteek (2008). Derivation of new double-input DCDC converters using the building block methodology. Master
of science in electrical engineering, Missouri University Of
Science and Technology
Syahid, Mughni (2014). Rancang Bangun Charger Baterai dan
Automatic Transfer Switch (ATS) Panel Surya – PLN Untuk
Sumber Daya Tempat Sampah Otomatis. D3 Teknik Elektro
Industri,
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya-ITS.
Surabaya.
Shion Shieh,Cheng(2010). Fuzzy PWM base on Genetic
Algoroth for battery charging. Department of Electrical
Engineering, Far-East University,49 Chung Hua Road,HsinShin,Taian,ROC.
Guenounou, Ouahib(2014). Adaptive fuzzy controller base
MPPT for photovoltaic system. Laboratory of Industrial
Technology and Information LT21, University of Bejaia,
Algeria.