1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Dalam kondisi saat ini, telah terjadi banyak kerusakan alam yang diakibatkan oleh manusia. Hal ini mengakibatkan kondisi bumi yang semakin tidak bersahabat dengan manusia, seperti adanya isu pemanasan global atau yang sering disebut
global warming. Kondisi seperti ini harus dihentikan dan diminimalisir untuk mengurangi dampak buruk terhadap lingkungan, seperti dengan menggunakan energi yang dapat diperbaharui menggunakan barang yang ramah lingkungan. Untuk memperluas pemanfaatan energi alternatif ini perlu dikenalkan dalam kehidupan sehari-hari, agar peran untuk mengurangi dampak terhadap lingkungan lebih terealisasi dan bukan hanya slogan semata. Energi yang dapat diperbaharui ini salah satunya adalah penggunaan energi yang memanfaatkan cahaya matahari menggunakan panel surya.
Pada tugas akhir ini telah disebutkan akan dibuat konverter untuk DC House,
Direct Current (DC) House secara sederhana merupakan sebuah rumah yang tenaga listriknya menggunakan sumber DC. DC house menyediakan metode menggunakan sumber energi terbaharui. Dalam perancangannya DC house
mampu menerima masukan dari beberapa sumber daya sekaligus. Secara garis besar, DC house memiliki beberapa komponen utama yaitu meliputi : Sumber daya (hydro power, wind power, solar power, dan human power), DC-DC konverter, multiple input single output (MISO), battery management, smart wallplug, LED Light Bulp (penerangan), beban yang berada dalam rumah seperti televisi dan kipas DC.
Sumber energi yang digunakan adalah sumber energi yang memanfaatkan cahaya matahari menggunakan panel surya sebagai pengubah energi listrik. Panel surya sendiri adalah sebuah alat semikonduktor yang terdiri dari sebuah wilayah besar diode p-n junction, dengan sumber energi matahari yang mampu menciptakan energi listrik yang berguna. Pengubahan ini disebut dengan
2
sering dikatakan bersih dan ramah lingkungan. Tegangan masukan dan keluaran dari panel surya berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya matahari, agar keluaran dari panel surya stabil maka dibutuhkan DC-DC konverter.
DC-DC konverter atau dekenal juga dengan DC chopper dimanfaatkan terutama untuk penyediaan tegangan keluaran DC yang besarnya bervariasi sesuai dengan kebutuhan beban. Pada dasarnya hasil tegangan keluaran DC yang ingin dicapai dilakukan dengan cara pengaturan lamanya waktu penghubungan antara keluaran dan masukan pada rangkaian yang sama. Komponen yang digunakan untuk menjalankan penghubung tersebut tidak lain adalah solid state electronic switch (switch) seperti misalnya thyristor, MOSFET, IGBT, GTO, dan komponen lain seperti induktor, kapasitor, dioda dan resistor.
Pada tugas akhir ini, akan dibuat DC-DC konverter untuk DC house. DC-DC konverter ini sumbernya berasal dari panel surya. DC-DC konverter ini diharapkan nantinya akan stabil menghasilkan tegangan keluaran dari panel surya sebesar 24V.
1.2Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, maka penulis merumuskan permasalahan dalam penelitian ini yaitu :
1. Bagaimana membuat DC-DC konverter menggunakan tipe buck ? 2. Bagaimana menghasilkan tegangan keluaran dari DC-DC konverter
dengan nilai yang stabil 24 V ?
1.3Tujuan
1. Membuat DC-DC konverter menggunakan tipe buck.
2. Mendapatkan hasil tegangan keluaran 24 V dari DC-DC konverter.
1.4Batasan Masalah
3
1. Fokus pembahasan pada tugas akhir ini adalah membuat konverter DC-DC tipe buck dengan kontrol PWM menggunakan arduino uno.
2. Pembuatan model dan simulasi pada simulink � �� ��R2010 dan proteus 8 profesional.
3. Komponen yang digunakan dalam simulasi ini dianggap ideal.
1.5Metodologi
Metodologi yang dikgunakan dalam penyusunan skripsi ini adalah aplikatif dengan urutan sebagai berikut :
a. Studi Literatur
Mencari beberapa referensi tambahan dalam bentuk makalah, jurnal, maupun dari sumber-sumber online yang berhubungan dengan panel surya, DC House, DC-DC konverter.
b. Studi Lapangan
Memperoleh data dengan cara melakukan pengukuran secara langsung pada panel surya.
c. Perancangan dan pengujian sistem
1. Pembuatan model dan simulasi pada simulink � �� ��R2010 dan proteus 8 profesional sebelum melakukan perancangan alat.
2. Membuat hardware DC-DC konverter dengan menggunakan konverter DC-DC tipebuck.
3. Pengujian DC-DC konverter yang telah dibuat untuk mengetahui apakah kerja alat telah sesuai dengan perencanaan.
d. Pengambilan kesimpulan
4 1.6 Sistematika Penulisan Tugas Akhir
Sistematika penulisan pada tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Merupakan bagian yang menjelaskan tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan, metodologi, dan sistematika.
BAB II DASAR TEORI
Menjelaskan tentang tinjauan pustaka yang memberikan teori sebagai acuan atau referensi peneliti untuk melakukan penelitian. Tinjauan pustaka membahas beberapa teori penting dalam tugas akhir ini yaitu DC house , panel surya, DC-DC konverter, PWM.
BAB III ANALISA DAN PERANCANGAN
Menjelaskan tentang tahap perancangan dan proses pembuatan
hardware pada tugas akhir ini.
BAB IV HASIL PENGUJIAN ALAT
Pada bagian ini akan dilakukan pengujian pada simulasi dan analisa hasil pada hardware.
BAB V PENUTUP
PERENCANAAN DAN PEMBUATAN DC-DC KONVERTER
UNTUK PANEL SURYA PADA DC
HOUSE
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata I Teknik Elektro
Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
ROSMALA RAHMAWATI
201010130311154
JURUSAN ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
KATA PENGANTAR
Dengan mengucap puji syukur kehadirat Allah SWT, atas limpahan rahmat dan hidayah-NYA sehingga penuis mampu menyelesaikan tugas akhir ini. Shalawat serta salam tak lupa penulis panjatkan kepada junjungan kita Nabi Muhammad SAW yang telah membimbing kita, tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi S1 Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang. Tugas akhir yang disusun oleh penulis berjudul
“PERENCANAAN DAN PEMBUATAN DC-DC KONVERTER UNTUK PANEL SURYA PADA DC HOUSE” .
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran yang membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan kedepan.
Malang, 06 Agustus 2015 Penulis
DAFTAR ISI
1.6 Sistematika Penulisan Tugas Akhir ... 4
BAB II DASAR TEORI 2.1 Pengenalan DC House 2.1.1 Alasan Menggunakan DC ... 5
2.1.2 Pandangan Proyek DC House ... 6
2.2 Panel Surya 2.2.1 Spesifikasi Sel Surya... 9
2.2.2 Perkembangan Sel Surya ... 10
2.2.3 Prinsip Kerja Surya ... 10
2.2.4 Karakteristik Panel Surya ... 11
2.3 DC-DC Konverter ... .12
2.3.1 DC-DC Konverter Buck ... 15
2.4 MOSFET 17 2.4.1 Kurva Karakteristik MOSFET ... 18
2.5 PWM ... 20 2.5.1 Pinsip Dasar PWM ... 21
2.6 Mikrokontroler 2.6.1 Devinisi Mikrokontroler ... 23
BAB III ANALISA DAN PERANCANGAN
3.1 Diagram Blok dan Prinsip Kerja Sistem ... 26
3.2 Perancangan Panel Surya ... 27
3.3 Perancangan Simulai Buck Konverter ... 29
3.4 Perancangan Hardware Buck Konverter ... 29
3.5 Perancangan Sensor Tegangan ... 34
3.6 Mikrokontroler ... 34
3.6.1 Perancangan Kontrol PWM ... 35
3.7 Konfigurasi Sistem ... 36
3.8 Spesifikasi Hardware Buck Konverter ... 37
BAB IV HASIL PENGUJIAN ALAT 4.1 Pengujian Buck Konverter 39 4.1.1 Hasil Simulasi Pengujian Buck Konverter Menggunakan Matlab Dengan Beban 23,5 ohm ... 39
4.1.2 Hasil Simulasi Pengujian Buck Konverter Menggunakan Matlab Dengan Beban 39 ohm ... 41
4.1.3 Hasil Simulasi Pengujian Buck Konverter Menggunakan Matlab Dengan Beban 19,5 ohm ... 42
4.1.4 Hasil Simulasi Pengujian Buck Konverter Menggunakan Matlab Dengan Beban 14,6 ohm ... 43
4.1.5 Hasil Simulasi Pengujian Buck Konverter Menggunakan Matlab Dengan Beban 60 ohm ... 44
4.2 Data Hasil Pengujian Kontrol PWM Buck Konverter ... 45
4.3 Data Hasil Pengujian Hardware Buck Konverter Menggunakan Panel ... 46
4.3.1 Pengambilan Tanpa Beban ... 47
4.3.2 Pengambilan Data Menggunakan Beban ... 47
4.3.2.1 Data Hasil Pengujian Buck Konverter Hari Pertama ... 47
4.3.2.2 Data Hasil Pengujian Buck Konverter Hari Kedua ... 50
4.3.2.3 Data Hasil Pengujian Buck Konverter Hari Ketiga ... 53
4.3.2.4 Data Hasil Pengujian Buck Konverter Hari Keempat ... 55
4.3.2.5 Data Hasil Pengujian Buck Konverter Hari Kelima ... 58
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 60
5.2 Saran ... 60
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Komponen DC House ... . 6
Gambar 2.2 DC House sistem 1 ... 7
Gambar 2.3 DC House Sistem 2 ... . 8
Gambar 2.4 DC House Sistem 3 ... . 8
Gambar 2.5 Diagram dari Sebuah Potongan Sel Surya ... . 9
Gambar 2.6 Rangkaian Ekivalen Solar Panel ... 11
Gambar 2.7 Daerah Operasi Panel Surya ... 12
Gambar 2.8 DC Chopper Dengan Beban Resistif : (a) diagram alir dan (b) gelombang tegangan keluaran ... 13
Gambar 2.9 DC Chopper dengan beban RLE a. Diagram alir, b. Gelombang .... 14
Gambar 2.10 DC Chopper Step Up... 14
Gambar 2.11 Buck Converter a. Diagram Alir dan b. Gelombang ... 16
Gambar 2.12 Kurva Karakteristik MOSFET sebagai Saklar ... 18
Gambar 2.13 Gambar Rangkaian MOSFET sebagai Saklar Pada Kondisi Cut-Off ... 19
Gambar 2.14 Gambar Rangkaian MOSFET sebagai Saklar Pada Kondisi Saturasi ... 20
Gambar 2.15 Bentuk Gelombang Pulsa dengan Kondisi High 5V dan Low 0V .. 21
Gambar 2.16 Sinyal referensi (sinyal tegangan DC) ... 22
Gambar 2.17 Arduino UNO R3 ... 24
Gambar 3.1 (a) Diagram Blok Menggunakan Simulasi Matlab (b) Diagram Blok Hardware Buck Konverter ... 26
Gambar 3.2 Panel Surya Yang Akan Digunakan ... 28
Gambar 3.3 Model Buck Konverter ... 29
Gambar 3.4 Rangkaian Buck Konverter ... 30
Gambar 3.5 Contoh Gambar Duty Cycle ... 30
Gambar 3.6 Sensor Tegangan ... 34
Gambar 3.7 Flowchart PWM ... 35
Gambar 3.8 Pin Yang Akan Digunakan Pada Board Arduino Uno ... 36
Gambar 3.9 Konfigurasi seluruh Sistem ... 36
Gambar 4.1 Pengujian Keseluruhan Sistem ... 38
Gambar 4.2 Model Buck Konverter ... 39
Gambar 4.3 Hasil Tegangan Buck Konverter Dengan Beban 23,5 ohm ... 40
Gambar 4.4 Hasil Tegangan Buck Konverter Dengan Beban 39 ohm ... 41
Gambar 4.5 Hasil Tegangan Buck Konverter Dengan Beban 19,5 ohm...43
Gambar 4.6 Hasil Tegangan Buck Konverter Dengan Beban 14,6 ohm ... 44
Gambar 4.7 Hasil Tegangan Buck Konverter Dengan Beban 60 ohm ... 45
Gambar 4.8 Gelombang PWM17,809 Hzkeluaran dari driver buckkonverter (Volt/div = 5volt, Time/div = 5µ) dengan duty cycle 30% ... 46
Gambar 4.10 Grafik Hubungan Antara Tegangan Keluaran Dengan Tegangan Masukan Menggunakan Beban 23,5 ohm ... 48 Gambar 4.11 Grafik Hubungan Antara Tegangan Keluaran Dengan Waktu
Menggunakan Beban 23,5 ohm ... 49 Gambar 4.12 Grafik Hubungan Antara Daya Dengan Tegangan Masukan
Menggunakan Beban 23,5 ohm ... 49 Gambar 4.13 Grafik Hubungan Antara Tegangan Keluaran Dengan Tegangan
Masukan Menggunakan Beban 39 ohm ... 51 Gambar 4.14 Grafik Hubungan Antara Tegangan Keluaran Dengan Waktu
Menggunakan Beban 39 ohm ... 51 Gambar 4.15 Grafik Hubungan Antara Daya Dengan Tegangan Masukan
Menggunakan Beban 39 ohm ... 52 Gambar 4.16 Grafik Hubungan Antara Tegangan Keluaran Dengan Tegangan
Masukan Menggunakan Beban 19,5 ohm ... 54 Gambar 4.17 Grafik Hubungan Antara Tegangan Keluaran Dengan Waktu
Menggunakan Beban 19,5 ohm ... 54 Gambar 4.18 Grafik Hubungan Antara Daya Dengan Tegangan Masukan
Menggunakan Beban 19,5 ohm ... 55 Gambar 4.19 Grafik Hubungan Antara Tegangan Keluaran Dengan Tegangan
Masukan Menggunakan Beban 16,4 ohm ... 56 Gambar 4.20 Grafik Hubungan Antara Tegangan Keluaran Dengan Waktu
Menggunakan Beban 16,4 ohm ... 57 Gambar 4.21 Grafik Hubungan Antara Daya Dengan Tegangan Masukan
Menggunakan Beban 16,4 ohm ... 57 Gambar 4.22 Grafik Hubungan Antara Tegangan Keluaran Dengan Tegangan
Masukan Menggunakan Beban 60 ohm ... 59 Gambar 4.23 Grafik Hubungan Antara Tegangan Keluaran Dengan Waktu
Menggunakan Beban 60 ohm ... 59 Gambar 4.24 Grafik Hubungan Antara Daya Dengan Tegangan Masukan
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Spesifikasi Arduino UNO R3 ... 25
Tabel 3.1 Spesifikasi Solar Panel SL50CE-18M ... 27
Tabel 3.2 Spesifikasi Solar Panel XHGD – 50W ... 28
Tabel 3.3 Spesifikasi Perencanaan Hardware Buck Konverter ... 37
Tabel 4.1 Pengujian Simulasi Matlab Dengan Beban 23,5 ohm... 39
Tabel 4.2 Pengujian Simulasi Matlab Dengan Beban 39 ohm... 41
Tabel 4.3 Pengujian Simulasi Matlab Dengan Beban 19,5 ohm... 42
Tabel 4.4 Pengujian Simulasi Matlab Dengan Beban 14,6 ohm... 43
Tabel 4.5 Pengujian Simulasi Matlab Dengan Beban 60 ohm... 44
Tabel 4.6 Pengambilan Data Buck Konverter Tanpa Beban ... 47
Tabel 4.7 Pengambilan Data Pada Hari Pertama Dengan Beban 23,5 ohm ... 47
Tabel 4.8 Pengambilan Data Pada Hari Pertama Dengan Beban 39 ohm ... 50
Tabel 4.9 Pengambilan Data Pada Hari Ketiga Dengan Beban 19,5 ohm ... 53
Tabel 4.10 Pengambilan Data Pada Hari Keempat Dengan Beban 14,6 ohm ... 55
DAFTAR PUSTAKA
[1] Cabaj, Mark. 2012. DC House Model Designe And Construction. San Luis 0bispo : The Faculty Of The Electrical Engineering Department.
[2] Crowfoot, Joseph. 2011. Design and Modeling of the Cal Poly DC House Power Distribution System. San Luis Obispo : Faculty of California Polytechnic State University.
[3] Gultom, Leothamrin. 2011. Bab 2 Dasar Teori. Sulawesi Utara : Universtitas Sulawesi Utara.
[4] Mondal, Ashis. 2014. Digital PID Controller Design for DC-DC Buck Converter. Electrical Engineering
(Specialization: Control & Automation) : National Institute of Technology, Rourkela.
[5] Nelson Jr, Larry., Eric Ruscitti &. 2007. High Voltage DC-DC Converter.
Department of Electrical and Computer Engineering : Worcester Polytechnic Institute.
[6] Prasetyo Hendy, 2010. Kinerja Maximum Power Tracker Terhadap Photovoltaic. Semarang. Teknologi Industri : Universitas Katolik Seogijapranata.
[7] Rashid, Muhammad. 2011. Power Electronics Handbook. USA : Butterworth-Heinemann.
[8] Tadeus, Gunawan. 2009. Two-Phase Boost Converter. San Luis Obispo : Polytechnic State University.
