PERANCANGAN SINGLE ENDED PRIMARY INDUCTOR CONVERTER UNTUK PENYETABIL TEGANGAN PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA

(1)

PERANCANGAN SINGLE ENDED PRIMARY INDUCTOR

CONVERTER UNTUK PENYETABIL TEGANGAN PADA

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA

Gaguk Bagas Prakoso1_{, Istiyo Winarno}2

FakultasTeknikdanIlmuKelautanUniversitas Hang Tuah Surabaya JalanArif Rahman Hakim No.150, Keputih-Sukolilo, Surabaya 60111

Email :Gagukbagasprakoso@gmail.com

Abstrak: Kebutuhan energi yang tinggi menyebabkan ketersediaan bahan bakar fosil berkurang sangat cepat, Dengan demikian banyak para peneliti ingin mengembangkan berbagai sumber energy yang terbarukan, salah satunya adalah penelitian tentang photovoltaic (panel surya) dan pemodelannya. Indonesia yang terletak di garis katulistiwa dapat memperoleh sinar matahari yang rata-ratanya 8 jam per hari memiliki energy surya yang cukup tinggi. Permasalahan utama yang ada pada system pembangkit tenaga surya adalah kurangnya pemaksimalan pada system pembangkit tenaga surya. tegangan yang dihasilkan dari panel surya tersebut tidak stabil, maka tidak dapat langsung diproses untuk charging baterai, dikarenakan dapat merusak elemen yang ada pada baterai yang dapat menimbulkan kerusakan pada baterai. Untuk meminimalisir kerusakan tersebut dibutuhkanlah tegangan yang stabil. Untuk menyetabilkannya digunakanlah system SEPIC(Single Ended Primary Inductor Converter) yaitu salah satu konverter yang dapat menaikkan dan menurunkan tegangan, yang dimana difungsikan sebagai penyetabil tegangan pada panel surya, sehingga dapat diperoleh daya yang maksimal.

Kata kunci: Panel Surya, SEPIC-converter, Mikrokontroler ARM 32, Baterai

Abstract:The high energy requirements of the fossil fuel earthquake are very rapid, so many researchers want to develop a variety of energy sources that continue, one of them is photovoltaic research (solar panel) and modeling. Indonesia is located on the equator can get sunlight which average 8 hours day has a high enough solar energy. The main problem that exists in solar power systems is the lack of maximization in solar power systems. The voltage generated from the solar panel is unstable, it can not be directly processed for battery charging, because it can damage the elements that exist on the battery that can cause damage to the battery. To minimize the damage needed is a stable voltage. To stabilize it is used SEPIC system (Single Ended Primary Inductor Converter) is one converter that can raise and lower the voltage, which where functioned as a voltage stabilizer on the solar panel, so that can be obtained maximum power.

Key words: Solar cell, SEPIC Converter, Microcontroller ARM 32, Battery

PENDAHULUAN

Energi merupakan kebutuhan pokok bagi manusia, khususnya energy listrik. Pemanfaatan tenaga surya sebagai sumber energy terbarukan sangat mungkin untuk dikembangkan. Panel surya yaitu suatu alat yang dapat memanfaatkan energy panas untuk dapat dirubah menjadi energy listrik. Dikarenakan ketergantungan pada cuaca, ketika cuaca terik maka tegangan yang dihasilkan sangat baik, akant etapi jika sebaliknya tegangan yang dihasilkan sangat kurang optimal penggunaannya.

Dalam suatu panel surya terdapat banyak kekurangannya, salah satunya kurang maksimalnya penggunaan panel surya sehingga perludilakukan studi tentang kestabilan. Kestabilan tegangan pada keluaran panel surya sangatlah penting, dikarenakan pada proses

(2)

charging baterai dibutuhkan tegangan yang stabil sehingga tidak merusak elemen pernyimpanan daya.

Single Ended Primary Inductor Converter (SEPIC Converter) adalah salah satu konverter

yang dapat bekerja menaikkan dan menurunkan tegangan. Tujuan dari converter ini yaitu untuk menstabilkan tegangan untuk proses charging baterai. Pada proses charging baterai sebesar 12 Volt 10 Ampere dibutuhkan tegangan charging yang aman yaitu sebesar 13,8 sampai 14,4 volt.

METODEPENELITIAN A. Panel surya

1. Prinsipkerja

Panel surya terbuat dari bahan semikonduktor memiliki elektron yang terkait dengan rentan, pada sesuatu pita energi yang disebut pita valensi. Ketika energi yang lebih besar dari batas threshold (band gap energi) diberikan kepada elektron di pita valensi tersebut ,maka ikatan elektron tersebut akan putus. Kemudian elektron tersebut bergerak bebas pada suatu pita energi baru yang disebut pita konduksi. Elektron bebas pada pita konduksi dapat menghasilkan energi berupa tegangan.

2. Sudutdatangcahaya

Sel surya akan menghasilkan output maksimum saat sudut datang cahaya tegak lurus atau 90º terhadap permukaan sel surya. sudut datang cahaya sangat mempengaruhi dari kinerja panel surya tersebut .

3. Radiasimatahari

Tegangan output sel surya tidak terlalu terpengaruh oleh cahaya matahari. Namun arus outputnya sangat berpengaruh terhadap intensitas cahaya matahari yang jatuh diatas permukaan sel surya.efisiensi kerja dari sel surya sangat dipengaruhi oleh intensitas cahaya matahari.

B. SEPIC Converter 1. Mosfet

MOSFET adalah transistor daya yang digunakan untuk memperkuat atau switching elektronik sinyal. Penggunaan MOSFET layaknya transistor lain, sebagai saklar elektronik.

2. Induktor

Induktor atau reaktor adalah sebuah komponen elektronika pasif (kebanyakan

berbentuk torus) yang dapat menyimpan energi pada medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melintasinya.

3. Pwm

PWM atau Pulse Widht Modulation adalah salah satu teknik pemodulasian sinyal dimana besar duty cycle pulsa dapat diubah-ubah. pembangkitan sinyal PWM yang paling sederahana adalah dengan cara membandingkan sebuah sinyal segitiga atau gigi gergaji dengan tegangan referensi.

4. Dutty cycle

Adapun model matematisdariduttycycle : 𝐷𝑢𝑡𝑡𝑦 𝐶𝑦𝑐𝑙𝑒 =

𝑉𝑜𝑢𝑡

𝑉𝑖𝑛+𝑉𝑜𝑢𝑡………...………(1)

5. Sensor arusACS712

ACS712 adalah sensor arus yang bekerja berdasarkan efek medan. Sensor arus ini dapat digunakan untuk mengukur arus AC atau DC. Modul sensor ini telah dilengkapi dengan rangkaian penguat operasional,

6. Sensor tegangan

(3)

Vss =

R2

R1+R2

𝑥 𝑉𝑖𝑛

………...………..(2)

8. MikrokontrollerARM 32

ARM STM32F4 merupakan mikrokontroler dengan berbasis Digital Signal

Processing (DSP) yang dilengkapi dengan hardware Floating Point Unit (FPU)

sehingga memiliki kemampuan clock atau perhitungan bilangan yang lebih cepat disbanding mikrokontroler tanpa FPU

Desain hardware

Gambar 1. Diagram Blok Desain sepic konverter

Gambar 2. RangkaianSEPIC Converter

Sesuai dengan perhitungan,tegangan masuk sebesar 17,6 V,dengan duty 0,45 , dengan kata lain, konverter difungsikan sebagaipenaik tegangan, untuk menjamin tercapainya tegangan luaran yangdiinginkan dengan tegangan masuk terkecil.

(4)

Dari hasil simulasi menggunakan PSIM, didapatkan teganganrata- rata luaran 14,4 VDengan ini hasilsimulasi ini menunjukkan hasil perhitungan sesuai dengan nilaisimulasi, maka penentuan komponen harus sesuai dengan hasilperhiungan agar hasil tegangan output sesuai dengan kebutuhanbeban.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Konverter yang digunakan pada penelitian ini yaitu salah satu konverter yang ada, seperti SEPIC Converter. SEPIC Converter tersebut merupakan salah satu konverter yang ada (Buck converter,Boost converter,Buck boost converter,SEPIC converter,dst). Gambar hardware yang dibuat dalam penelitian ini ditunjukan pada Gambar 4. sedangkan tampilan luar dari alat ditunjukan pada Gambar 5.

Gambar4. RangkaianSEPIC Converter

Gambar 5. ModulluarSEPIC Converter

Pengujian panel surya bertujuan untuk mendapatkan kurvakarakteristik tegangan terhadap arus ( V-I) dan daya terhadap tegangan (P-V). Pengujian ini mengggunakan Avo meter untuk melihat keluaran tegangan output solar cell.Pengambilan data dalam pengujian ini diambil dengan interval 15 menit. Tujuan dari pengujian panel surya pada posisi open loop adalah untuk memastikan panel surya tersebut dapat bekerja dengan sesuai.

(5)

Tabel 1. Data Open Loop

Jam /waktu

Kondisi cuaca

Tegangan ( I )

09.00 Cerah

20.06

09.15 Cerah

20.05

09.30 Cerah

20.03

09.45 Cerah

20.03

10.00 Cerah

20.10

10.15 Cerah

20.09

10.30 Cerah

20.15

10.45 Cerah

20.13

11.00 Cerah

20.20

11.15 Cerah

20.45

11.30 Cerah

20.50

11.45 Cerah

20.40

12.00 Cerah

20.37

12.15 Cerah

20.22

12.30 Cerah

19.87

12.45 Cerah

19.77

13.00 Cerah

19.86

13.15 Cerah

20.10

13.30 Cerah

20.05

13.45 Cerah

19.85

14.00 Cerah

19.87

14.15 Cerah

19.70

14.30 Cerah

19.71

14.45 Cerah

19.50

15.00 Cerah

19.35

Gambar 6.PengujianSinyal PWM

Dari pengujian di atas, dapat disimpulkan bahwa pengujian PWM sudah sesuai dengan perencanaan. Dengan duty cycle 57%, lebar pulsa 10us, dimana total periode adalah 25 us, sesuai dengan periode sinyal frekuensi 40 KHz. Kemudian pengujian driver untuk Gate MOSFET, bertujuan untuk mengetahui kemampuan driver untuk menguatkan

pulsa dari mikrokontroler,

sekaligus kesesuaian timingsaat pulsa high, low, dan saat pergantian.

(6)

yang selanjutnya diturunkan tegangannya oleh SEPIC Converter menjadi bata tegangan

aman untuk proses charging baterai.

Tabel 2. Data pukul 12.00

Waktu

Kondisi

cuaca

V (Volt)

Sepic

I (ampere)

Daya (watt)

Melalui

sepic

Tidak

melalui sepic

12.00 Cerah

17,14

14 1,3

18,20

22,28

12.15 Cerah

18,14

14.1 1,3

18,33

21,76

12.30 Cerah

20,03

14.4 1,2

17,16

22,03

12.45 Cerah

19,01

14.3 1,2

17,16

24,71

Gambar 7.Kurva perbandingan pada jam 12.00

Pada kurva diatas menunjukkan stabilitas dari konverter SEPIC dengan perbandingan garis yang tanpa menggunakan konverter SEPIC

(7)

Gambar 9. Integrasialat

KESIMPULAN

Dari pengambilan semua data selama 5 hari,dapat disimpulkan bahwa tegangan yang berubah-ubahdapat distabilkan oleh SEPIC Converter dengan tegangan keluaran sebesar 14.4 Volt, dan dari pengunaan SEPIC Converter Ini dapat dilakukan pengecasan atau proses charging baterai dengan aman. Dengan teganganstabil sebesar 14.4 Volt. Setelah pengecasan selama 3 jam, kapasitas baterai bertambah kurang lebih sekitar 60%.

DAFTAR PUSTAKA

Beng T. 2012. Metode Maximum Power Point Tracker (MPPT) Baru Untuk Sell Surya Pengendali PI [terhubung berkala] https//lib.ui.ac.id/opac/themes.pdf. Diakses: 23 Maret 2016

Gunawan W. 2014. MPPT Menggunakan Metode Hibrid JST dan Algoritma genetika Untuk Sistem Photovoltaic [terhubung berkala] http//jurnaleecc is.ub.ac.id/index/php. Diakses: 10 Agustus 2015.

Hamadi Ab n friend. 2011 “A Three-Phase Three Wire Grid-Connect Photovoltaic Energy

Source With Sepic Converter to Track the Maximum Power Point” IEEE Yasir A. Al-Turki

Helaswiyono P.A. 2016. Rancang Banguna Panel Surya Statis Menggunakan Metode Maximum

Power Point Tracker (MPPT) Hill Chlimbing Untuk Memaksimalkan Penyerapan Daya