PERANCANGAN MAXIMUM POWER POINT TRACKING (MPPT) DENGAN METODE INCREMENTAL CONDUCTANCE BERBASIS ARDUINO SKRIPSI ELYANA V.

1. PERANCANGAN MAXIMUM POWER POINT TRACKING (MPPT) DENGAN METODE INCREMENTAL CONDUCTANCE BERBASIS ARDUINO. SKRIPSI. ELYANA V. NAINGGOLAN 150801081. PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2019. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

2. PERANCANGAN MAXIMUM POWER POINT TRACKING (MPPT) DENGAN METODE INCREMENTAL CONDUCTANCE BERBASIS ARDUINO. SKRIPSI. Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains. ELYANA V. NAINGGOLAN 150801081. PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2019. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

i. 3. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

ii 4 PERNYATAAN. PERANCANGAN MAXIMUM POWER POINT TRACKING (MPPT) DENGAN METODE INCREMENTAL CONDUCTANCE BERBASIS ARDUINO. SKRIPSI. Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing – masing disebutkan sumbernya.. Medan,. Agustus 2019. Elyana V. Nainggolan 150801081. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

iii5 PENGHARGAAN. Segala puji dan syukur kepada Allah Bapa atas kasih dan rahmat-Nya yang senantiasa menyertai penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini. Pada kesempatan ini, penulis juga mengucapkan terimakasih terkhusus kepada kedua Orang tua terbaik yang telah mendidik dan membesarkan saya sampai saat ini serta adik-adik tersayang yang selalu memberikan dukungan moral serta doa, kepercayaan dan semangat selama ini kepada penulis. Dengan sepenuh hati, penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1.. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS, sebagai Ketua Departemen Fisika FMIPA USU.. 2.. Bapak Drs. Kurnia Brahmana, M.Si selaku Pembimbing yang telah membantu dan memberikan waktu, saran serta dukungan selama bimbingan.. 3.. Seluruh Staff Dosen pengajar dan pegawai-pegawai di Departemen Fisika yang telah memberikan materi selama perkuliahan dan telah membantu serta memberikan petunjuk dan arahan selama perkuliahan.. 4.. Teman-teman PHYSICS UNITY Henny, Helena, Sangkot, Berto, Raja, Matta, Sarah, Afni, Vio, Yosua, Hendy, Maria, Samuel, Andreas, Yola, Monika, Agustiani, Ello, Arman, Rican, Putra, Yoga, Rio, Josua, Ricky, Lamhot, Ayu, Yoas, Hanson, Ghada, dan yang tidak dapat disebutkan satupersatu yang telah menjadi keluarga kedua penulis selama ini.. 5.. Asisten Lab Teknologi Digital Berto, Memei, Esda, Desse, Frans, Pahala, Santo, Harry, Bg Berkat, Bg Elco, yang telah memberikan masukan serta lelucon yang meringankan beban dalam penulisan skripsi ini.. 6.. Para Sahabat Hana, Indri, Faizal, Fadhli, Sari, Henny, Helena, Richa, Bintang yang selalu memberi dukungan dan motivasi serta hiburan bagi penulis.. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penyelesaian skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan dari para pembaca. Medan, Agustus 2019. Elyana V. Nainggolan. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

iv 6 PERANCANGAN MAXIMUM POWER POINT TRACKING (MPPT) DENGAN METODE INCREMENTAL CONDUCTANCE BERBASIS ARDUINO. ABSTRAK. Perancangan Maximum Power Point Tracking (MPPT) Dengan Metode Incremental Conductance Berbasis Arduino, yang terdiri dari rangkaian buck-boost converter dengan Arduino Nano yang digunakan sebagai sebagai pengatur duty cycle dengan Pulse Width Modulation berdasarkan algoritma Incremental Conductance dengan feedback sensor tegangan dan sensor arus. Tegangan masuk dari panel surya 150 Wp akan diatur oleh MOSFET yaitu sebagai switching pada frekuensi tinggi dengan metode PWM dari Arduino Nano. Rangkaian buck boost converter adalah jenis inverting karena memiliki posisi yang dibalikan dari tegangan suplai.. Beban yang digunakan dalam penelitian ini adalah baterai lead-acid 12 V 7,2 Ah. Tegangan dan arus yang dihasilkan panel surya akan berubah yang dipengaruhi oleh keadaan lingkungan (intensitas cahaya dan suhu) dan beban yang terhubung. Perubahan tegangan yang tidak pasti atau samar akan diolah melalui metode incremental conductance yang mengendalikan lebar pulsa dari PWM supaya tegangan keluaran stabil pada 14 V pada titik daya maksimal. Hasil pembacaan sensor tegangan dan sensor arus pada panel surya dan beban akan ditampilkan dari Arduino Nano ke LCD sebagai Interface.. Kata kunci. : MPPT, incremental conductance, panel surya, buck-boost converter.. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

v. 7. DESIGN OF MAXIMUM POWER POINT TRACKING (MPPT) BASED INCREMENTAL CONDUCTANCE USING ARDUINO. ABSTRACT. Incremental Conductance Based Photovoltaic Maximum Power Point Tracking using Arduino has been designed, which consisting buck-boost converter circuit and Arduino Nano to control duty cycle with Pulse Width Modulation based on algorithm of incremental conductance with feedback from voltage sensor and current sensor. The 150 Wp photovoltaic voltage regulated by the mosfet which acted as the high frequency switching that controlled with PWM method by Arduino Nano. The load that used in this research is a 12 V 7,2 Ah Lead-Acid Battery. The voltage and current from photovoltaic module is changes depends on the environment condition (irradiance and temperature) and load that connected. The vagueness of voltage changes will be process through incremental conductance that control the duty cycle of PWM so the output voltage constantly 14 V at maximum power point. The reading of the voltage sensor and current sensor also be displayed from the Arduino Nano to the LCD as the interface.. Keywords : MPPT, Incremental Conductance, photovoltaic, buck-boost converter. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

8. vi DAFTAR ISI. Halaman Persetujuan. i. Pernyataan. ii. Penghargaan. iii. Abstrak. iv. Abstract. v. Daftar Isi. vi. Daftar Tabel. ix. Daftar Gambar. x. Daftar Lampiran. xii. Bab 1. Pendahuluan 1.1.. Latar Belakang. 1. 1.2.. Rumusan Masalah. 2. 1.3.. Batasan Masalah. 2. 1.4.. Tujuan Penelitian. 2. 1.5.. Manfaat Penelitian. 2. 1.6.. Sistematika penulisan. 2. Bab 2. Tinjauan Pustaka 2.1. Photovoltaic. 4. 2.1.1 Prinsip Kerja Sel Surya. 5. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

vii 9. 2.2. 2.1.2 Karakteristik Sel Surya. 6. Maximum Power Point Tracking. 9. 2.2.1 Metode Incremental Conductance. 10. DC-DC Converter. 12. 2.3.1 MOSFET. 14. 2.3.2 Induktor. 15. 2.3.3 Dioda. 16. 2.4. Mikrokontroler Arduino. 16. 2.5. PWM. 20. 2.6. Pengisian Baterai. 22. 2.7. LCD. 23. 2.8. Sensor Arus dan Tegangan. 23. 2.8.1 Sensor Arus. 23. 2.8.2 Sensor Tegangan. 24. 2.3. Bab 3. Perancangan Sistem 3.1.. Waktu dan Tempat. 25. 3.2.. Diagram Blok. 25. 3.2.1 Penjelasan Fungsi Tiap Blok dari Diagram Blok. 25. 3.2.2 Rangkaian Sensor Tegangan. 26. 3.2.3 Rangkaian Sensor Arus. 26. 3.2.4 Rangkaian LCD 16x2. 27. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

viii10. 3.2. 3.2.5 Karakteristik Panel Surya. 27. 3.2.6 Load (Baterai Lead Acid). 28. 3.2.7 Arduino Nano. 29. 3.2.8 Rangkaian DC-DC Converter. 31. Diagram Alir (Flowchart). 32. Bab 4. Pengujian Alat dan Program 4.1. Pengujian Sensor Tegangan. 33. 4.2. Pengujian Sensor Arus. 35. 4.3. Pengujian LCD. 37. 4.4. Pengujian Sinyal PWM dari Arduino Nano. 38. 4.5. Pengujian Kurva Karakteristik Panel Surya. 40. 4.6. Pengujian DC-DC Converter. 43. 4.7. Pengujian Incremental Conductance. 53. Bab 5. Kesimpulan dan Saran 5.1. Kesimpulan. 60. 5.2. Saran. 60. Daftar Pustaka Lampiran. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

ix 11 DAFTAR TABEL. Nomor. Judul. Halaman. Tabel 4.1. Data hasil pengujian sensor tegangan. 34. Tabel 4.2. Data hasil pengujian sensor arus. 36. Tabel 4.3. Data Pengujian Karakteristik Panel Surya. 40. Tabel 4.4. Tips pemilihan MOSFET. 44. Tabel 4.5. Tips pemilihan Dioda. 44. Tabel 4.6. Data hasil pengujian Buck Boost dengan variasi Duty Cycle. 46. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

x 12 DAFTAR GAMBAR. Nomor Gambar 2.1. Judul. Halaman. (a) Panel surya dihubungkan seri dan (b) Panel surya. 4. dihubungkan paralel Gambar 2.2. Struktur sel surya. 6. Gambar 2.3. Rangkaian Ekivalen photovoltaic. 7. Gambar 2.4. Kurva Karakteristik I-V pada Photovoltaic. 7. Gambar 2.5. Kurva Karakteristik P-V pada Photovoltaic. 8. Gambar 2.6. Diagram Alir Algoritma Incremental Conductance. 11. Gambar 2.7. Diagram sikuit Boost Converter. 12. Gambar 2.8. Skema dan Karakteristik Sederhana Boost Converter. 12. Gambar 2.9. Diagram sikuit Buck Converter. 13. Gambar 2.10. Skema dan Karakteristik Sederhana Buck Converter. 14. Gambar 2.11. Diagram Sirkuit Buck-Boost Converter. 14. Gambar 2.12. Mosfet. 15. Gambar 2.13. Jenis-Jenis Arduino. 18. Gambar 2.14. PWM dan Duty Cycle. 21. Gambar 2.15. LCD. 23. Gambar 2.16. Sensor Arus Acs712. 24. Gambar 2.17. Rangkaian Pembagi Tegangan. 24. Gambar 3.1. Diagram Blok. 25. Gambar 3.2. Rangkaian Sensor Tegangan. 26. Gambar 3.3. Rangkaian Sensor Arus. 27. Gambar 3.4. Rangkaian LCD. 27. Gambar 3.5. Panel Surya. 28. Gambar 3.6. Baterai. 29. Gambar 3.7. Rangkaian Skematik Arduino Nano. 30. Gambar 3.8. Rangkaian DC DC Converter. 31. Gambar 4.1. Kurva Pengujian Sensor Tegangan. 35. Gambar 4.2. Kurva Pengujian Sensor Tegangan. 37. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

xi 13 Gambar 4.3. Pengujian PWM pada pin 5 Arduino Nano dengan duty. 39. cycle 25 % Gambar 4.4. Pengujian PWM pada pin 5 Arduino Nano dengan duty. 39. cycle 50 % Gambar 4.5. Pengujian PWM pada pin 5 Arduino Nano dengan duty. 39. cycle 75 % Gambar 4.6. Kurva karakteristik Arus vs Tegangan. 42. Gambar 4.7. Kurva karakteristik Daya vs Tegangan. 43. Gambar 4.8. Hasil pengujian Menggunakan Incremental Conductance. 59. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

xii 14 DAFTAR LAMPIRAN. Nomor. Judul. Halaman. I.. Program Lengkap. 62. II.. Data Hasil Pengujian. 70. III.. Foto Percobaan. 71. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

BAB 1 PENDAHULUAN. 1.1. Latar Belakang Penggunaan sumber daya alam energi yang terbarukan sudah banyak diproses. untuk menjadi sumber energi listrik. Salah satu sumber energi alternatif yang terbarukan dan ramah lingkungan yang dapat digunakan yaitu energi yang berasal dari sinar matahari. Aplikasi dari pemanfaatan energi sinar matahari yaitu pada panel surya atau sering juga di sebut photovoltaic array (PV). Panel surya adalah alat untuk mengkonversi energi foton menjadi energi listrik. Photovoltaic menghasilkan energi listrik hanya pada siang hari atau pada saat ada matahari, sementara pada malam hari dibutuhkan media penyimpanan berupa baterai untuk menyimpan energi listrik tersebut. Adapun permasalahan pada penggunaan photovoltaic adalah rendahnya energi listrik yang dihasilkan terutama pada kondisi radiasi rendah dan adanya perubahan suhu. Sehingga jumlah daya listrik dibangkitkan berubah seiring dengan perubahan cuaca. Energi matahari dikonversi menjadi energi listrik dengan efisiensi hanya sebesar 18%. Efisiensi konversi sel surya di hitung pada saat sel surya bekerja di titik optimumnya. Cara untuk menjaga kondisi sel surya bekerja pada titik optimalnya dapat menggunakan penerapan algoritma MPPT (Maximum Power Point Tracking). Dengan menggunakan MPPT dapat menghasilkan energi tertinggi pada efisiensi maksimum sehingga dapat memaksimalkan keluaran daya yang berada pada posisi MPP di berbagai kondisi lingkungan. Seiring dengan kebutuhan masyarakat terhadap energi listrik, berbagai solusi dicari guna menutupi permasalahan pada sel surya. Sehingga diteliti algoritma MPPT dengan berbagai metode yang dapat digunakan. Berdasarkan “PERANCANGAN DENGAN. referensi MAXIMUM. METODE. diatas POWER. INCREMENTAL. maka. dilakukanlah. POINT. penelitian. TRACKING. CONDUCTANCE. (MPPT). BERBASIS. ARDUINO” ini untuk dapat memberikan tegangan konstan terhadap beban serta arus dan tegangannya dapat dimonitor dengan menggunakan sensor arus dan. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

2. tegangan serta pengaturan Duty Cycle sinyal Pulse Width Modulation (PWM) oleh microcontroller Arduino Uno.. 1.2. Rumusan Masalah 1. Bagaimana cara merancang suatu sistem MPPT dengan menggunakan DC to DC converter pada panel surya 2. Bagaimana memahami algoritma/metode Incremental Conductance pada MPPT untuk mencari titik maksimum Panel. 1.3. Batasan Masalah 1. Penelitian yang dilakukan dalam bentuk prototype 2. Output yang dihasilkan sesuai dengan MPP dari implementasi panel surya 3. Pengolahan data dari sensor dan pengaturan Duty Cyle PWM menggunakan mikrokontroller Arduino. 1.4. Tujuan Penelitian 1. Untuk merancang alat MPPT(Maximum Power Point Tracking) Dengan Metode Incremental Conductance Berbasis Mikrokontoler Arduino Menghasilkan tegangan 14 V untuk baterai 2. Untuk menghasilkan output pada MPP dari DC to DC Converter. 1.5. Manfaat Penelitian 1. Membuat rangkaian DC to DC Converter menggunakan mosfet sebagai switch 2. Meningkatkan efisiensi daya listrik yang dihasilkan dari panel surya. 1.6. Sistematika Penulisan. Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sistematika pembahasan bagaimana sebenarnya penelitian PERANCANGAN MAXIMUM POWER POINT TRACKING (MPPT) DENGAN METODE INCREMENTAL CONDUCTANCE BERBASIS ARDUINO maka penulis menulis skripsi ini dengan sistematika penulisan sebagai berikut:. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

3. BAB 1 PENDAHULUAN Bab ini berisikan pendahuluan yang menjelaskan mengenai latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian serta sistematika penulisan.. BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Bab ini menjelaskan tentang teori-teori pendukung dalam penelitian. Adapun teori pendukung dalam penelitian ini yaitu tentang generator photovoltaic, Maximum Power Point Tracking (MPPT), rangkaian DC-DC Converter, Arduino (hardware dan software), sensor arus dan tegangan, serta Liquid Crystal Display. BAB 3 METODE PENELITIAN Bab ini membahas tentang perancangan alat, diagram blok, diagram alir, skematik serta sistem kerja dari masing-masing rangkaian.. BAB 4 HASIL DAN ANALISIS Bab ini berisikan tentang pengujian alat dan juga analisis penelitian yang telah dibuat.. BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini merupakan bab penutup yang berisikan kesimpulan dan saran.. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

4. BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA. 2.1. Photovoltaic Panel surya menghasilkan listrik menggunakan efek fotovoltaik. Dua lapisan. bahan semi-konduktor digabungkan untuk memperoleh efek tersebut. Satu lapisan merupakan lapisan tipe-n yang kelebihan elekron (muatan negatif) dan lapisan lainnya merupakan lapisan tipe-p yang kelebihan hole (muatan positif). Ketika terkena sinar matahari maka lapisan tipe-n akan menyerap foton dan meningkatkan elektron-elektron menyebabkan beberapa elektron berpindah ke lapisan tipe-p. Akibat aliran dari elektron ke hole sehingga menghasilkan medan listrik. Satu sel surya hanya menghasilkan sedikit energi listrik. Untuk menghasilkan jumlah yang besar, maka sel-sel tersebut dihubungkan bersama membentuk modul fotovoltaik. Beberapa modul fotovoltaik dihubungkan membentuk satu susunan disebut panel surya. Panel surya dihubungkan seri dapat membentuk solar array. Ketika dihubungkan secara seri beberapa panel memungkinkan memperoleh arus yang lebig tinggi untuk dijalankan pada tegangan yang lebih tinggi. Solar array yang dihubungkan secara paralel akan mendapatkan tegangan rata-rata dari semua panel surya dan menjumlahkan daya dari setiap panel untuk menghitung jumlah daya maksimum solar array. (Michael, 2012). (a). (b). Gambar 2.1 (a) Panel surya dihubungkan seri dan (b) Panel surya dihubungkan paralel Photovoltaic adalah teknologi yang menghasilkan daya listrik arus searah (DC) yang terbuat dari bahan semikonduktor ketika menerima energi foton.. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

5. Selama cahaya matahari menyinari sel surya maka akan menghasilkan daya listrik dan ketika tidak menerima cahaya maka listrik akan berhenti. (Antonio, 2003). 2.1.1. Prinsip Kerja Panel Surya. Sel surya terbuat dari berbagai bahan semikonduktor dan dilapisi dengan aditif khusus. Bahan yang paling banyak digunakan untuk berbagai jenis fabrikasi adalah kristal silikon, mewakili lebih dari 90% produksi modul PV komersial global dalam berbagai bentuknya. Sel surya merupakan komponen dasar dari panel photovoltaic. Sebuah sel surya terdiri dari sambungan p-n yang terbuat dari dua lapisan silikon yang berbeda diolah dengan sejumlah atom-atom yang tidak stabil. Pada lapisan-n, atom dengan lebih dari satu elektron valensi disebut sebagai donor, dan dalam lapisan-p dengan lapisan-p dengan kurang dari satu elektron valensi dikenal sebagai akseptor. Ketika dua lapisan tersebut bergabung, maka terhubung elektron bebas dari lapisan-n tersebar ke lapisan-p, berpindah daerah yang bermuatan positif oleh para donor. Demikian juga, hole-hole bebas dilapisan-p menyebar di lapisan-n, berpindah daerah yang dibebankan secara negatif oleh akseptor. Ini menimbulkan medan listrik antara dua lapisan yang merupakan aliran beda potensial. Kesetimbangan tercapai di persimpangan ketika elektron dan hole tidak bisa melewati beda potensial dan akibatnya tidak bisa bergerak. Medan listrik menarik elektron dan hole kearah yang berlawanan sehingga arus dapat mengalir dalam satu arah: elektron dapat berpindah dari sisi-p ke sisi-n dan hole-hole ke arah yang berlawanan. Struktur sel surya telah dijelaskan sejauh ini dan prinsip operasinya berikutnya. Foton dari radiasi matahari bersinar di sel. Tiga kasus berbeda dapat terjadi: beberapa foton dipantulkan dari permukaan atas sel dan jari-jari logam. Mereka yang tidak dapat melewati substrat. Sebagian dari mereka, biasanya yang memiliki lebih sedikit energi, melewati sel tanpa menimbulkan efek apa pun.. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

6. Gambar 2.2 Struktur sel surya. Hanya mereka yang punya tingkat energi di atas celah pita silikon dapat menciptakan pasangan elektron-hole. Ini pasangan dibuat di kedua sisi sambungan pn. Beban minoritas (elektron dalam sisi-p, hole di sisi-n) disebarkan ke persimpangan dan terbawa berlawanan arah (elektron menuju sisi-n, hole ke arah sisi-p) oleh medan listrik, menghasilkan arus di sel, yang dikumpulkan oleh kontak logam di kedua sisi. Ini dapat dilihat pada gambar di atas, Gambar 2.2 Ini adalah arus yang dihasilkan cahaya yang tergantung langsung pada iradiasi: jika lebih tinggi, maka mengandung lebih banyak foton dengan energi yang cukup untuk membuat lebih banyak pasangan elektron-hole dan akibatnya lebih banyak arus dihasilkan oleh sel surya. (David, 2010). 2.1.2. Karakteristik Panel Surya. Sel surya merupakan semikonduktor yang mampu mengubah energi matahari menjadi energi listrik dalam bentuk tegangan/arus DC. Dalam implementasi, kinerja sel surya dalam mencapai nilai daya maksimumnya sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan. Hubungan arus dan tegangan pada sel surya memiliki sifat unik, yaitu kombinasi antara sumber tegangan dan sumber arus. Dalam implementasi umumnya sel surya tersedia dalam bentuk modul dan array. Pemasangan beban secara langsung pada modul surya akan membuat modul surya beroperasi pada nilai arus dan tegangan tertentu. Perkalian kedua besaran tersebut akan menghasilkan daya yang merupakan daya modul surya pada kondisi lingkungan dan pembebanan tertentu. Persamaan eksponensial untuk memodelkan sel photovoltaic diturunkan dari hukum. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

7. fisika pn junction dan secara umum diterima sebagai representasi karakteristik sel ditunjukkan oleh persamaan (2.1). Gambar 2.3 Rangkaian Ekivalen photovoltaic. (. (. ). ). (. ). (2.1). Dimana : Iph adalah arus hubung singkat Is adalah arus reverse saturation dari diode (A) Q adalah muatan elektron (1,602x10-19 C) V adalah tegangan diode (V) K adalah konstanta Boltzman (1,381x10-23 J/K) T adalah suhu junction dalam Kelvin (K) N faktor idealitas dari diode Rs adalah tahanan seri dari diode Rsh adalah tahanan shunt dari diode Berdasarkan persamaan karakteristik photovoltaic tersebut dapat diperoleh kurva hubungan antara arus keluaran (I) dan tegangan keluaran (V) serta daya keluaran (P) dengan tegangan keluaran (V) seperti dalam gambar 2.4 dan 2.5.. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

8. Gambar 2.4 Kurva Karakteristik I-V pada Photovoltaic. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

9. Gambar 2.5 Kurva Karakteristik P-V pada Photovoltaic. Seperti yang dapat dilihat dari Gambar 2.4 (a), grafik hubungan antara I dan V dipengaruhi oleh radiasi. Dimana terdapat 3 buah kurva I-V yang terbentuk dengan nilai radiasi (λ) yang bervariasi dengan suhu (T) yang dijaga konstan. Sedangkan gambar 2.4 (b) menunjukkan pengaruh yang terjadi jika nilai T bervariasi dan λ dijaga konstan. Gambar 2.5 (a) menunjukkan 3 buah kurva P-V dengan nilai T yang bervariasi dan λ konstan. Sedangkan Gambar 2.5 (b) menunjukkan 3 buah kurva P-V denga niali λ yang bervariasi dan T konstan. Variasi nilai λ serta T dapat dilihat pada grafik dengan satuan W/m2 dan ℃. Dari kedua gambar tersebut dapat diketahui bahwa, semakin besar radiasi, maka nilai arus, tegangan, dan daya akan semakin besar. Pada Gambar 2.5, dapat dilihat bahwa kurva P-V memiliki titik puncak atau dapat dikatakan daya maksimal yang mampu dihasilkan oleh photovoltaic. Dimana titik puncak ini dipengaruhi oleh nilai λ dan T.. 2.2 Maximum Power Point Tracking (MPPT) Panel surya memiliki titik operasi optimal untuk menghasilkan daya maksmimum yang disebut Maximum Power Point (MPP). Titik ini ditentukan oleh keadaan lingkungan (temperatur sel dan intensitas matahari) dan beban yang terhubung. Perubahan dari keadaan lingkungan dan beban yang terhubung cenderung membuat titik operasi menyimpang dari titik daya maksimum. Bila sebuah panel surya dihubungkan langsung dengan beban, titik operasi akan berubah bergantung pada beban.. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

10. Oleh karena itu, perubahan kurva I-V harus dilacak/dicari secara berkelanjutan supaya dapat beroperasi pada titik maksimal sesuai dengan perubahan lingkungan. Proses ini dinamakan Maximum Power Point Tracking (MPPT). MPPT dapat dibedakan menjadi dua kategori yaitu MPPT tidak langsung (indirect) contohnya metode Fractional Open-Circuit Voltage dan MPPT langsung (direct) contohnya metode Perturb and Observe dan Incremental Conductance. Masingmasing metode memiliki perbedaan dari implementasinya, kompleksitas dan kemampuan untuk mendeteksi MPP dalam respon yang cepat dan dalam harga. Dengan menggunakan MPPT dapat meningkatkan efisiensi dari sistem hingga mencapai 30% dibanding tanpa menggunakannya. Umumnya metode MPPT mengukur arus dan tegangan yang dihasilkan oleh panel surya pada waktu tertentu. Algoritma yang spesifik mengambil informasi dan mengkalkulasikan pengaturan yang harus diterapkan pada rangkaian supaya panel surya dapat menghasilkan daya yang lebih besar. Pengaturan ini biasanya diberikan dalam bentuk duty cycle yang mengatur DC-DC konverter. (Jäger, 2014) Sistem photovoltaic memiliki keluaran dengan karakteristik yang berubahubah atau dikatakan nonlinear seperti pada kurva P-V di Gambar 2.4, dimana titik puncaknya berubah seiring dengan berubahnya radiasi dan suhu. Agar photovoltaic memiliki efisiensi yang tinggi, maka photovoltaic diharuskan memiliki keluaran yang stabil pada titik maksimumnya. Photovoltaic tidak akan secara otomatis bekerja pada titik kerja maksimumnya, melainkan harus dikendalikan. Letak dari titik maksimum ini tidak diketahui, melainkan harus dicari. Maka, peran dari Maximum Power Point Tracking (MPPT) dibutuhkan untuk melacak keberadaan titik kerja maksimum yang dapat dihasilkan dari photovoltaic dan menjaga agar selalu berada pada titik tersebut.. 2.2.1 Incremental Conductance Metode Incremental Conductance (ICM) merupakan MPPT jenis langsung karena menentukan tegangan operasi optimal berdasarkan pengukuran arus, tegangan, daya keluaran secara langsung. Algoritma ini adalah algoritma yang paling sering digunakan dalam pengaplikasian sistem PV karena kesederhanaan dan pengimplementasiannya yang mudah. ICM bekerja berdasarkan gradien kurva P-V atau kurva P-I karakteristik sel surya. Titik kerja maksimum sel surya terletak pada nilai tegangan yang berbeda untuk setiap kondisi lingkungan yang berbeda, disebut VMPP. Karakteristik P-V sel surya merupakan fungsi daya terhadap tegangan, mencapai titik maksimum ketika gradiennya bernilai nol. (2.2). UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

11. Karena P = V.I (. ). (2.3) (2.4) (2.5). Jadi, dapat juga dituliskan seperti berikut : ∆I/∆V =. -I/V, pada MPP. ∆I/∆V >. -I/V, sebelah kiri dari MPP. ∆I/∆V <. -I/V, sebelah kanan dari MPP. Dengan demikian, MPP dapat dilacak dengan membandingkan perhitungan sesaat (I / V) dengan konduktansi inkremental (ΔI / ΔV) seperti yang ditunjukkan pada persamaan (2.5). Setelah MPP tercapai, keluaran photovoltaic dipertahankan pada titik ini, kecuali jika terjadi perubahan pada ΔI yang mengindikasikan adanya perubahan pada kondisi atmosfer dan MPP. Algoritma ini menentukan atau menambahkan D untuk melacak MPP baru. Nilai penambahan menentukan seberapa cepat MPP dilacak. Pelacakan dapat dicapai dengan cepat jika penambahan lebih besar, namun sistem mungkin tidak beroperasi dengan tepat di MPP.. Gambar 2.6 Diagram Alir Algoritma Incrementel Conductance. Algoritma metode konduktansi incremental memiliki masukan V(k) dan I(k). Mula-mula algoritma ini mnghitung perbedaan tegangan dengan tegangan sampling. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

12. sebelumnya V(k-1), yaitu ∆V= V(k) - V(k-1). Begitu juga dengan menghitung perbedaan arus I(k) dengan arsu sampling sebelumnya I(k-1), yaitu ∆I= I(k) - I(k-1). Sesuai dengan prinsip dasar algoritma ini mpp terjadi ketika ∆I/∆V=-I/V.. 2.3 DC-DC Converter Secara umum, konverter DC-DC berfungsi untuk mengkonversikan daya listrik searah (DC) ke bentuk daya listrik DC lainnya yang terkontrol arus, atau tegangan, atau dua-duanya. DC / DC modern dirancang untuk memberikan daya yang efisien konversi untuk menghasilkan catu daya DC yang terkontrol, aman, dan diatur dengan baik untuk beragam instrumen elektronik, perangkat dan sistem. Boost Converter, seperti namanya, konverter step-up atau boost mengubah tegangan input yang lebih rendah menjadi tegangan output yang lebih tinggi stabil. Diagram sirkuit yang disederhanakan dan arus utama dan bentuk gelombang tegangan ditunjukkan pada Gambar 2.7. Gambar 2.7 Diagram sikuit Boost Converter (2.6). Gambar 2.8 Skema dan Karakteristik Sederhana Boost Converter. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

13. Dengan S1 tertutup, arus mengalir melalui induktor L1 yang meningkat secara linear pada rasio VIN / L1. Selama periode ini, arus beban disuplai dari energi yang tersimpan di C1. Kapan saklar dibuka lagi, energi yang tersimpan di induktor menyebabkan tegangan output tinggi ditumpangkan ke tegangan input. Arus yang dihasilkan mengalir melalui freewheeling diode D1 untuk memasok beban dan juga mengisi ulang C1. Arus melalui induktor jatuh linear dan proporsional ke (VOUT VIN) / L1. Derivasi dari fungsi transfer adalah mirip dengan yang di bagian sebelumnya, hanya persamaan dasar yang disusun ulang:. ( Steve, 2015). . Pada kondisi ON. : EnergiIN = VIN tON. . Pada kondisi OFF. : EnergiOUT = (VOUT - VIN) tOFF. Buck Converter, seperti namanya, konverter step-down atau buck mengubah voltase input yang lebih tinggi menjadi tegangan output yang lebih rendah stabil. Dalam topologi berikut, elemen switching direpresentasikan sebagai switch sederhana. Pada kenyataannya, mereka dapat berupa transistor, P-FET atau N-FET, dengan atau tanpa driver yang sesuai dengan persyaratan desain rinci. Diagram sirkuit yang disederhanakan dan arus utama dan bentuk gelombang tegangan ditunjukkan pada Gambar. 2.10.. Gambar 2.9 Diagram sikuit Buck Converter (2.7) Cara paling sederhana untuk memahami sirkuit ini adalah dengan memikirkan L1 dan C1 membentuk low pass filter. Ketika saklar S1 ditutup, tegangan melintasi beban perlahan-lahan naik sebagai kapasitor C1 terisi hingga L1. Jika S1 kemudian dibuka, energi yang tersimpan di medan magnet induktor dijepit ke 0V di ujung sakelar induktor dengan diode D1, sehingga energi tidak punya pilihan selain melepaskan ke kapasitor dan beban, menyebabkan tegangan melintasi beban untuk perlahan-lahan menurun. Tegangan output rata-rata adalah rasio tanda / ruang sinyal kontrol PWM dikalikan dengan tegangan input. ( Steve, 2015). UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

14 . Pada kondisi ON. : EnergiIN = (VIN- VOUT) tON. . Pada kondisi OFF. : EnergiOUT = VOUT tOFF, dimana tOFF = T - tON. Gambar 2.10 Skema dan Karakteristik Sederhana Buck Converter Buck-Boost Converter adalah jenis converter DC-DC yang memiliki besaran tegangan output yang lebih besar atau lebih kecil dari tegangan inputnya. Operasi Buck-Boost dimengerti dalam hal reluktansi induktor untuk memungkinkan perubahan arus yang cepat. Dari keadaan awal ketika saklar terbuka, arus melalui induktor adalah nol. Ketika saklar tertutup, dioda menahan arus mengalir ke sisi kanan rangkaian sehingga mengalir melalui induktor. Induktor akan menaikkan arus perlahan-lahan meningkat dengan mengurangi penurunan tegangan.. Gambar 2.11 Diagram Sirkuit Buck-Boost Converter. 2.3.1 Mosfet MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) adalah suatu transistor dari bahan semikonduktor (silikon) dengan tingkat konsentrasi ketidakmurnian tertentu. Tingkat dari ketidakmurnian ini akan menentukan jenis transistor tersebut, yaitu transistor MOSFET tipe-N (NMOS) dan transistor MOSFET tipe-P (PMOS). Bahan silicon digunakan sebagai landasan (substrat) dari penguras (drain), sumber (source), dan gerbang (gate). Selanjutnya transistor dibuat sedemikian rupa agar antara substrat dan gerbangnya dibatasi oleh oksida silikon yang sangat tipis. Oksida ini diendapkan di. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

15. atas sisi kiri dari kanal, sehingga transistor MOSFET akan mempunyai kelebihan dibanding dengan transistor BJT (Bipolar Junction Transistor), yaitu menghasilkan disipasi daya yang rendah.. Gambar 2.12 Mosfet 2.3.2 Induktor Sebuah 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. Kemampuan induktor untuk menyimpan energi magnet ditentukan oleh induktansinya, dalam satuan Henry. Biasanya sebuah induktor adalah sebuah kawat penghantar yang dibentuk menjadi kumparan, lilitan membantu membuat medan magnet yang kuat di dalam kumparan dikarenakan hukum induksi Faraday. Induktor adalah salah satu komponen elektronik dasar yang digunakan dalam rangkaian yang arus dan tegangannya berubah-ubah dikarenakan kemampuan induktor untuk menahan arus bolak-balik dengan frekuensi tinggi. Induktor harusnya tidak dalam keadaan jenuh dalam keadaan normal dan memiliki lilitan dan inti yang kecil supaya memiliki efisiensi yang baik. Nilai induktansi yang besar cenderung mahal dan memberikan respon muatan transien yang buruk. Akan tetapi, induktansi yang besar memberikan riak (ripple) arus yang kecil dan memberikan konduksi berkelanjutan pada beban kecil. Induktansi yang kecil akan memberikan riak arus yang besar, meningkatkan kehilangan dalam switching dan riak pada output. Konduksi tidak berkelanjutan pada beban kecil dimana mengubah fungsi transfer yang mengarah pada ketidakstabilan. Akan tetapi, induktansi yang kecil memiliki respon transien yang baik, efisiensi yang tinggi, ukuran yang kecil dan harga yang murah. (Keith Billing, 2011) 2.3.3 Dioda Dioda adalah komponen aktif dua kutub yang pada umumnya bersifat semikonduktor, yang memperbolehkan arus listrik mengalir ke satu arah (kondisi panjar maju) dan menghambat arus dari arah sebaliknya (kondisi panjar mundur). Dioda sebenarnya tidak menunjukkan karakteristik kesearahan yang sempurna, melainkan mempunyai karakteristik hubungan arus dan tegangan kompleks yang. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

16. tidak linear dan seringkali tergantung pada teknologi atau material yang digunakan serta parameter penggunaan. Beberapa jenis dioda juga mempunyai fungsi yang tidak ditujukan untuk penggunaan penyearahan. Berbagai jenis dioda yang dibuat sesuai dengan fungsinya tanpa meninggalkan karakteristik serta spesifikasinya, seperti dioda penyearah (rectifier), dioda emisi cahaya (LED), dioda Zenner, photodioda, dioda Schottky dan dioda signal. Dioda Schottky adalah salah satu dioda yang memiliki tegangan maju (forward bias) yang lebih rendah daripada dioda umumnya yaitu berkisar antara 0,2 hingga 0,4 Volt. Dioda Schottky banyak digunakan pada rangkaian switching berkecepatan tinggi seperti power supply switching dan rangkaian detektor radio frekuensi tinggi. (Branko Dokic, 2015). 2.4. Mikrokontroler Arduino Mikrokontroler adalah IC (Integrated Circuit) single chip yang didalamnya. terkandung RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), mikroprosesor, dan piranti I/O (Input/Output) yang saling terkoneksi, serta dapat deprogram berulang kali, baik ditulis atau dihapus. Ada banyak jenis mikrokontroler yang masing-masing memiliki series sendiri. Arduino adalah salah satu mikrokontroler yang paling banyak digunakan, dan dikatakan sebagai platform dari physical computing yang bersifat open source. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi juga kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan Integrated Development Envirinment (IDE) yang canggih. IDE adalah sebuah software yang berperan untuk menulis program, meng-compile. menjadi. kode. biner. dan. meng-upload. kedalam. memory. mikrokontroler. Arduino berevolusi menjadi platform karena menjadi pilihan dan acuan. Secara umum Arduino terdiri dari dua bagian, yaitu : 1. Hardware; papan input/output (I/O) 2. Software; software arduino meliputi IDE untuk menulis program, driver untuk koneksi dengan computer, contoh program dan library untuk pengembangan program. Adapun bagian-bagian papan arduino :. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

17 . Pin input/output digital Berfungsi sebagai input atau output, dapat diatur oleh program. Khusus untuk 6 buah pin 3,5,6,9,10 dan 11 dapat berfungsi sebagai pin analog output yang tegangan outputnya dapat diatur. Nilai sebuah pin output analog dapat deprogram antara 0-255, hal ini mewakili nilai tegangan 0-5V.. . USB Konektor USB berfungsi untuk :. . -. Memuat program dari komputer ke dalam papan. -. Komunikasi serial antara papan dan computer. -. Memberi daya listrik kepada papan arduino. Sambungan SV1 Sambungan atau jumper memilih sumber daya papan, apakah dari sumber eksternal atau menggunakan USB.. . Q1-Kristal Jika mikrokontroler dianggap sebagai otak, maka Kristal adalah jantungnya karena komponen ini menghasilkan detak-detak yang dikirim kepada mikrokontroler agar melakukan sebuah operasi untuk setiap detaknya. Kristal dipilih yang berdetak 16 juta kali perdetik (16MHz). Tombol reset untuk memulai program dari awal.. . In-Circuit Serial Programming (ICSP) Port ICSP memungkinkan pengguna untuk memprogram mikrokontroler secara langsung, tanpa melalui bootloader.. . IC-Mikrokontroler Atmega Komponen utama dari papan Arduino, didalamnya terdapat CPU, ROM dan RAM. Papan arduino dapat diberikan tegangan DC antara 9-12V. Program dapat membaca nilai sebuah pin input antara 0-1023, hal itu mewakili nilai tegangan 05V.. . Software Arduino Software arduino yang akan digunakan adalah driver dan IDE. IDE arduino adalah software yang canggih ditulis dengan java. IDE arduino terdiri dari : -. Editor program, sebuah window yang memungkinkan pengguna menulis dan mengedit program dalam bahasa processing. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

18. -. Compiler, sebuah modul mengubah kode program menjadi kode biner. -. Uploader, sebuah modul yang memuat kode biner dari computer kedalam memori didalam arduino. (Siswo & Anggoro, 2015) Sebuah perangkat yang dibutuhkan untuk melakukan proses pengontrolan. dari Buck Boost Converter yang akan digunakan untuk proses menaikkan dan menurunkan tegangan berdasarkan sinyal PWM (pulse width modulation) yag akan menghasilkan Duty Cycle. Disini mikrokontroller yang dipakai adalah Arduino. Arduino adalah pengendali mikro single-board yang bersifat open-source, diturunkan dari Wiring platform, dirancang untuk memudahkan penggunaan elektronik dalam berbagai bidang. Hardwarenya memiliki prosesor Atmel AVR dan softwarenya memiliki bahasa pemrograman sendiri. Anda bisa membeli papan-papan elektronik yang telah dirakit sepenuhnya di beberapa toko-toko elektronik, namun orang-orang juga bisa mendownload skematiknya dan merancang sendiri papan tersebut. Selama bertahuntahun tim Arduino meningkatkan desain papan dan merilis beberapa versi baru.. Beberapa bentuk-bentuk arduino ditunjukkan pada gambar 2.13. Gambar 2.13 Jenis-Jenis Arduino Mereka mungkin berbeda dalam penampilan mereka, tetapi mereka memiliki banyak kesamaan, dan dapat memprogram mereka semua dengan alat dan library yang sama. Selain papan resmi, Anda juga dapat menemukan berbagai tiruan Arduino yang tak terhitung jumlahnya di internet. Semua orang diperbolehkan untuk menggunakan dan mengubah desain papan asli, dan banyak orang membuat versi mereka sendiri dari papan Arduino, misalnya Freeduino, Seeduino, Boarduino, dan Paperduino yang papan sirkuitnya berupa kertas. Sebuah papan Arduino seperti Uno,. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

19. Duemilanove, atau Diecimila, membutuhkan Kabel USB untuk menghubungkan Arduino ke komputer, sebuah LED, dan IDE Arduino. Untuk menghubungkan Arduino ke komputer, hanya memerlukan kabel USB. Kemudian dapat menggunakan koneksi USB untuk berbagai tujuan : • Mengupload software baru pada papan. • Berkomunikasi dengan papan Arduino dari komputer Anda. • Menyalurkan daya ke dalam papan Arduino. Sebagai perangkat elektronik, Arduino membutuhan daya (power). Salah satu cara untuk. menghubungkan. daya. dengan. papan. Arduino. adalah. dengan. menghubungkannya ke port USB komputer, akan tetapi hal bukan solusi yang baik dalam beberapa kasus. Beberapa proyek tidak memerlukan komputer untuk menjalankannya, dan akan terasa berlebihan untuk menyalakan sebuah komputer dan menggunakan dayanya hanya untuk menyalakan Arduino. Port USB juga hanya memberikan 5 volt, dan kadang-kadang Anda membutuhkan lebih banyak daya. Pada bagian gambar 2.9, ada terdapat beberapa soket (disebut juga dengan pin, karena internal mereka terhubung ke pin di mikrokontroler) terkait dengan power supply : • Menggunakan pin berlabel 3,3 V dan 5V, terdapat daya perangkat eksternal terhubung ke Arduino dengan 3,3 volt atau 5 volt. • Dua pin berlabel Gnd memungkinkan yang perangkat eksternal untuk. berbagi. kesamaan dengan Arduino. • Beberapa proyek bersifat portabel, sehingga akan menggunakan pasokan listrik portabel seperti baterai. Dapat menghubungkan sumber daya eksternal seperti baterai ke Vin dan Gnd soket. Jika dihubungkan adaptor AC ke colokan (soket) listrik Arduino, maka dapat menyalurkan tegangan dari adaptor melalui pin ini. • Pada bagian kanan bawah papan, ada enam pin input analog A0 - A5. Sehingga dapat menggunakannya untuk menghubungkan sensor analog ke Arduino. • Sementara untuk mengambil data sensor dan mengubahnya menjadi angka antara 0 dan 1023. Di bagian atas papan ada 14 pin digital IO bernama D0 - D13. Dapat menggunakan pin-pin untuk input atau output digital, sehingga dapat menghidupkan dan mematikan LED. Pin-pin tersebut (D3, D5, D6, D9, D10, dan D11) juga dapat bertindak sebagai input/output analog. Dalam mode ini, mereka. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

20. mengkonversi dari 0 sampai 255 angka digital menjadi tegangan analog. Semua pin ini dihubungkan ke mikrokontroler. Mikrokontroler menggabungkan CPU dengan beberapa fungsi periferal seperti saluran I/O. Ada banyak jenis mikrokontroler yang tersedia, tetapi biasanya Arduino dilengkapi dengan ATmega328 atau ATmega168. Keduanya adalah mikrokontroler 8-bit yang diproduksi oleh sebuah perusahaan bernama Atmel. Meskipun komputer modern memuat program dari hard drive, mikrokontroler biasanya harus diprogram terlebih dahulu. Itu berarti harus memuat perangkat lunak ke mikrokontroler melalui kabel. Hanya perlu mengunggahnya ke dalam mikrokontroler sekali saja. Program tersebut akan tetap berada di dalam mikrokontroler sampai mendapat program baru. Setiap kali. memberikan suplai. listrik ke Arduino, program yang ada dalam mikrokontroler akan disimpan dalam mikrokontroler dan dijalankan secara otomatis. Jika menekan tombol reset pada Arduino, semuanya akan diinisialisasi ulang. Program yang telah disimpan tidak akan hilang, namun berjalan dari awal. (Bangun, 2014). 2.5 Pulse Width Modulation (PWM). PWM (Pulse Width Modulation) adalah salah satu teknik modulasi dengan mengubah lebar pulsa (duty cylce) dengan nilai amplitudo dan frekuensi yang tetap. Satu siklus pulsa merupakan kondisi high kemudian berada di zona transisi ke kondisi low. Lebar pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitudo sinyal asli yang belum termodulasi. Duty Cycle merupakan representasi dari kondisi logika high dalam suatu periode sinyal dan di nyatakan dalam bentuk (%) dengan range 0% sampai 100%, sebagai contoh jika sinyal berada dalam kondisi high terus menerus artinya memiliki duty cycle sebesar 100%. Jika waktu sinyal keadaan high sama dengan keadaan low maka sinyal mempunyai duty cycle sebesar 50%. Keuntungan utama dari PWM adalah bahwa daya yang hilang dalam perangkat switching sangat rendah. PWM juga bekerja dengan baik pada control digital. PWM juga telah digunakan dalam beberapa sistem komunikasi dimana siklus tugasnya telah digunakan untuk menyampaikan informasi melalui saluran komunikasi. Pulse Width Modulation (PWM) merupakan salah satu teknik untuk mendapatkan signal analog dari sebuah piranti digital. Sebenarnya Sinyal PWM dapat dibangkitkan dengan banyak cara, dapat menggunakan metode analog dengan menggunakan rankaian op-amp atau dengan menggunakan metode digital.Dengan metode analog setiap perubahan PWM-nya sangat halus, sedangkan menggunakan metode digital setiap perubahan PWM dipengaruhi oleh resolusi dari PWM itu. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

21. sendiri. Resolusi adalah jumlah variasi perubahan nilai dalam PWM tersebut. Diandaikan suatu PWM memiliki resolusi 8 bit berarti PWM ini memiliki variasi perubahan nilai sebanyak 28 = 256 variasi mulai dari 0 – 255 perubahan nilai yang mewakili duty cycle 0 – 100% dari keluaran PWM tersebut Duty cycle 100% berarti sinyal tegangan pengatur motor dilewatkan seluruhnya. Jika tegangan catu 100V, maka motor akan mendapat tegangan 100V. pada duty cycle 50%, tegangan pada motor hanya akan diberikan 50% dari total tegangan yang ada, begitu seterusnya. Dengan cara mengatur lebar pulsa “on” dan “off” dalam satu perioda gelombang melalui pemberian besar sinyal referensi output dari suatu PWM akan didapat duty cycle yang diinginkan. Duty cycle dari PWM dapat dinyatakan sebagai DutyCycle = (. ). x 100%. Gambar 2.14 PWM dan Duty Cycle 2.6 Pengisian Baterai. Ada beberapa jenis baterai namun yang sering digunakan biasanya adalah jenis Lead-Acid. Baterai tersusun dari jumlah sel. Satu sel lead-acid membangkitkan sekitar 2 Volt. Baterai kecil memiliki 6 sel yang ditambahkan bersama untuk menghasilkan 12 Volt. Meskipun baterai dinamakan “baterai 12 V”, tegangannya bervariasi dari 12,6 V hingga 10 V ketika pengosongan dan dapat mencapai 15 hingga 16 V ketika pengisian. Akan tetapi tegangan ketika pengisian harus dibatasi supaya tidak merusak baterai. Tegangan baterai sebaiknya tidak melebihi 13,8 V untuk masa panjang atau 14,4 untuk masa pendek (maksimal 8 jam). Ada dua tipe dasar pengisian baterai lead-acid yaitu float charging dan 3 state charging. Pengisian float mengisi baterai pada arus konstan hingga tegangan float 13,8 V dicapai dan arus menurun secara progresif untuk mencapai tegangan tersebut. Ini mampu mengisi kembali 75% kapasitas baterai secara cepat namun butuh waktu lama untuk 25% sisanya. Tipe yang lebih bagus adalah pengisian 3 state. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

22. dimana awalnya pengisian ini sama seperti pengisian float dan pengisian dilanjutkan dengan arus konstan hingga tegangan boost dicapai yaitu sekitar 14,4 V. Ini sekitar 90% kapasitas baterai. Tegangan pengisian berubah secara otomatis untuk mengisi dengan lambat 10% terakhir dengan aman. Baterai dinilai dalam ampere-hours atau Ah yang dinamakan kapasitas baterai. Misalnya untuk baterai 12 V 100 Ah maka penggunaan 1 A untuk 100 jam, 2 A untuk 50 jam, dan 10 A untuk 10 jam dan lain sebagainya. Daya yang digunakan dapat dihitung dengan mengalikan tegangan 12 V, yaitu 12 Watt untuk 100 jam, 24 Watt untuk 50 jam, dan 120 Watt untuk 10 jam. Pengisian juga memiliki prinsip yang sama namun karena baterai tidak sepenuhnya efisien dalam mengubah energi listrik menjadi energi kimia dan vice-versa maka untuk mengisi baterai 100 Ah dibutuhkan 20% tambahan menjadi sekitar 120% maka dapat dikalkulasikan 120 Ah / 10 jam = 12 A utuk 10 jam pengisian, 120 Ah / 15 jam = 8 A utuk 15 jam pengisian, 120 Ah / 24 jam = 5 A utuk 24 jam pengisian.. 2.7 LCD. Liquid Crystal Display (LCD) adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. LCD 16x2 terdiri dari dua bagian, yang pertama merupakan panel LCD sebagai media penampil informasi dalam bentuk huruf/angka dua baris, masing–masing baris bisa menampung 16 karakter. (Premeaux, 2011). Gambar 2.15 (Liquid cristal display) LCD. 2.8. Sensor Arus dan Tegangan. 2.8.1. Sensor Arus. Sensor arus adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik.Sensor arus ini menggunakan metode Hall Effect Sensor. Hall Effect Sensor merupakan sensor yang digunakan untuk mendeteksi medan magnet. Hall Effect. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

23. Sensor akan menghasilkan sebuah tegangan yang proporsional dengan kekuatan medan magnet yang diterima olehsensor tersebut. Pendeteksian perubahan kekuatan medan magnet cukup mudah dan tidak memerlukan apapun selain sebuah induktor yang berfungsi sebagai sensornya. Kelemahan dari detektor dengan menggunakan induktor adalah kekuatan medan magnet yang statis (kekuatan medan magnet nyatidak berubah) tidak dapat dideteksi. Sensor ini terdiri dari sebuah lapisan silikon yang berfungsi untuk mengalirkan arus listrik. Dengan metode ini arus yang dilewatkan akan terbaca pada fungsi besaran tegangan berbentuk gelombang sinusoidal.. Gambar 2.16 Sensor Arus Acs712 2.8.2. Sensor Tegangan. Mikrokontroller mampu membaca input tegangan antara 0-5 V DC dan akan diukur tegangan itu menjadi nilai 10-bit, atau dari 0-1023. Jika pada tegangan 0 V ke input, maka nilai analog 0 dan jika 5 V maka nilai analog 1023; dan apapun di antaranya akan sebanding dengan tegangan pada input. Untuk membaca pin analog, digunakan perintah analogRead() dengan pin analog (A0-A5). Pembagi tegangan digunakan untuk menghasilkan arus rendah tegangan analog yang dapat dibaca oleh Arduino. Sehingga pada arus dan tegangan yang tinggi tidak merusak Arduino. Untuk R1 = 100k dan R2 = 10k, berdasarkan perhitungan tegangan maksimal yang mampu dibaca mencapai 55 Volt. (Premeaux, 2011). Gambar 2.17 Rangkaian Pembagi Tegangan. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

24. BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN. Waktu dan Tempat. 3.1. Pembuatan sistem dilakukan pada bulan Februari sampai Mei 2019 di Laboratorium Teknologi Digital Universitas Sumatera Utara. 3.2. Diagram Blok DC to DC Converter. Panel Surya Sensor Tegangan. Beban Sensor Tegangan. Arduino Sensor Arus. Sensor Arus. LCD 16x2 Gambar 3.1 Diagram Blok. 3.2.1. Penjelasan Fungsi Tiap Blok Dari Diagram Blok 1. Blok Panel Surya. : Sebagai sumber penghasil daya DC yang dihasilkan dari cahaya matahari. 2. Blok DC-DC Converter. : Sebagai rangkaian pengkonversi arus DC yang belum teregulasi menjadi arus DC yang lebih stabil. Rangkaian ini terdiri dari beberapa komponen MOSFET, MOSFET driver, induktor, dioda, dan kapasitor. 3. Blok Sensor tegangan. : Sebagai sensor untuk mengukur tegangan output panel surya. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

25. 4. Blok Sensor arus. : Sebagai sensor untuk mengukur arus. 5. Blok Arduino. output panel surya : Sebagai pengolah algoritma MPPT dengan. 6. Blok LCD. metode Incremental Conductance, pengolah duty cycle dari PWM serta pengolah data sensor tegangan dan arus : Sebagai display untuk mengamati tegangan dan arus yang keluar. 7. Blok Beban. : Sebagai beban untuk menyimpan daya yang dialiri dari dc-dc converter. 3.2.2. Rangkaian Sensor Tegangan Sensor tegangan untuk rangkaian ini menggunakan 2 buah resistor yaitu. 100K Ohm dan 10K Ohm. Rangkaian sensor tegangan tersebut menggunakan prinsip rangkaian pembagi tegangan dengan output maksimal adalah 5 volt yang akan terbaca oleh pin Analog Arduino. Berikut rangkaiannya:. Gambar 3.2 Rangkaian Sensor Tegangan 3.2.3 Rangkaian Sensor Arus Sensor arus yang digunakan pada rangkaian ini ialah ACS712 Hall Effect current sensor. Hall effect allegro ACS712 merupakan sensor yang presisi sebagai sensor arus AC atau DC dalam pembacaan arus. Sensor ini memiliki pembacaan dengan ketepatan yang tinggi dikarenakan didalam sensor tersebut terdapat rangkaian low-offset linear hall dengan satu lintasan yang terbuat dari tembaga. Cara kerja sensor ini adalah arus yang dibaca mengalir melalui kabel tembaga yang terdapat didalamnya yang menghasilkan medan magnet yang ditangkap oleh. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

26. integrated hall IC dan diubah menjadi tegangan proporsional. Berikut rangkaian ACS712 :. Gambar 3.3 Rangkaian Sensor Arus 3.2.4 Rangkaian LCD (Liquid Cristal Display) Liquid cristal display (LCD) adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. Display yang digunakan adalah LCD 16x2, yaitu display 2x16 karakter. Karakter yang ditampilkan LCD 16x2 adalah karakter ASCII. LCD memperoleh data dari kontroler ATMega328. Display LCD digunakan untuk menampilkan posisi x, posisi y, dan posisi z pada suatu bidang. Berikut rangkaian LCD :. Gambar 3.4 Rangkaian LCD. 3.2.5. Karakteristik Panel Surya Panel surya yang digunakan dalam penelitian ini memiliki spesifikasi. berdasarkan data sheet sebagai berikut ini : Karakteristik elektrik panel surya pada Standard Test Conditions (STC) (irradiansi : 1000 W/m2, temperatur : 25 oC, AM = 1,5) Peak Power (Pmax). :. 150 Wp. Power Tolerance. :. 0-30 %. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

27. Voltage (Vmp). :. 18,1 V. Current (Imp). :. 8,31 A. Open Circuit Voltage (Voc) :. 22,3 V. Short Circuit Current (Isc). :. 8,87 A. Efisiensi panel %. :. 15,13 %. Dimensi. :. 1480 x 670 x 35 mm. Berat. :. 10,5 kg. Frame. :. Anodized Aluminium Alloy. Jenis sel surya. :. Polikristalin. Ukuran sel surya. :. 156 x 156 mm. Jumlah sel surya. :. 36 buah. Tipe Glass. :. 3,2 mm tempered glass. Junction Box. :. 1P65 (2 bypass diode). Karakteristik mekanis panel surya. Gambar 3.5 Panel Surya. 3.2.6. Load (Baterai Lead Acid) Berikut adalah spesifikasi baterai yang digunakan dalam penelitian :. Jenis baterai. :. Valve regulated lead acid battery. Merk baterai. :. Panasonic LC-R127R2P. Nominal tegangan. :. 12 Volt. Kapasitas. :. 7,2 Ah. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

28. Dimensi. :. 5,945 x 2,539 x 3,937 inci. Berat. :. 2,47 kg. Resistansi internal. :. 40 m. Metode Pengisian. :. Constant voltage -. -. Penggunaan berulang Arus. :. 2,88 A atau lebih kecil. Tegangan. :. 14,5 V hingga 14,9 V. Trickle use (penggunaan tak beraturan) Arus. :. 1,08 A atau lebih kecil. Tegangan. :. 13,6 V hingga 13,8 V. Gambar 3.6 Baterai. 3.2.7. Arduino Nano Arduino yang digunakan pada penelitian ini adalah jenis arduino nano.. Arduino Nano sebagai blok implementasi dari incremental conductance yang mengatur PWM, pengolah data arus dan tegangan, pengatur feedback, dan penampil data pada LCD. Berikut rangkaian dari Arduino Nano:. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

29. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

30. Gambar 3.7 Rangkaian Skematik Arduino Nano. 3.2.8. Rangkaian DC-DC Converter Rangkaian DC to DC Converter yang digunakan dalam penelitian ini adalah. Inverting Buck-Boost Converter terdiri dari MOSFET IRF440n, dua buah induktor yang diparalelkan menjadi 100 µH yang diparalelkan hingga menghasilkan 50 µH, dioda Power 6A01 dan kapasitor 4,7 F dengan feedback dari operasional amplifier. Buck-Boost Converter merupakan konverter yang mampu menghasilkan tegangan dc yang teregulasi dengan tegangan yang lebih rendah ataupun lebih tinggi dari tegangan masukannya. PWM akan mengatur aktif dan matinya MOSFET dengan frekuensi tinggi. Disaat MOSFET aktif, maka arus dioda akan dalam keadaan bias balik. Arus pada dioda akan mengalir melalui induktor dan mengisi energi dalam bentuk medan elektromagnetik. Disaat MOSFET dalam keadaan mati yaitu rangkaian terbuka. Karena arus bias maju, maka dioda tertutup. Ketika muatan pada induktor berkurang menandakan induktor mulai discharge melalui dioda dan kombinasi RC hingga periode habis. Jenis converter ini dinamakan inverting karena memiliki posisi yang dibalikan dari tegangan suplai yang menyebabkan feedback dari tegangan yang dihasilkan tidak bisa dibaca langsung oleh pembagi tegangan yang terhubung pada ground mikrokontroler. Maka peneliti menggunakan sebuah Op-Amp sebagai diferensial amplifier untuk mengukur tegangan kapasitor. Tegangan keluaran Opamp ini dalam range aman bagi mikrokontroler. Berdasarkan rangkaian, tegangan op-amp dikali 100k/10k merupakan selisih antara v- dan v+ yang merupakan tegangan kapasitor.. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

31. Gambar 3.8 Rangkaian DC DC Converter 3.3 Diagram Alir Mulai. Inisialisasi sistem. Pembacaan ADC sensor tegangan dan arus dari panel surya dan beban Tidak Vpanel > Ya V= V(k) - V(k-1) I= I(k) - I(k-1). Algoritma Incremental Condutance. Update PWM Duty Cycle pada MOSFET Gate Driver Pada DC-DC Converter. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

32. Tampilkan pada LCD. Selesai. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

33. BAB 4 PENGUJIAN ALAT DAN PROGRAM. 4.1 Pengujian Sensor Tegangan Pengujian pada sensor tegangan dilakukan dengan mengukur keluaran dari rangkaian pembagi tegangan pada 2 buah resistor, yaitu resistor 100K Ohm dan 10K Ohm. Berikut programnya : #include <LiquidCrystal.h> LiquidCrystal lcd(12, 11, 10, 7, 6, 4); Int pinIn=A0; void setup() { Serial.begin(9600); lcd.begin(16,2); } void loop() { int sensorValue = analogRead(A0); float voltage = sensorValue * (5.0 / 1024.0) * 11 *0.27; lcd.setCursor(0,0); lcd.print(“Voltage: ”); lcd.print(voltage); lcd.print(“ V “); delay(1000); } Untuk pembacaan sensor tegangan berupa sinyal analog pada mikrokontroler arduuino menggunakan pin analog yang terdapat ADC (analog to digital converter) dengan resolusi 10 bit yang di presentasikan dalam range nilai 0 – 1023 dari 0 hingga 5 Volt. Dalam penelitian ini menggunakan resistor 100 k dan 10 k hingga tegangan maksimal yang mampu dibaca adalah 55 Volt.. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

34. Pengujian sensor tegangan dilakukan untuk menguji pembacaan sensor tegangan yang dibandingkan dengan pembacaan menggunakan multimeter. Pengujian ini dilakukan sebanyak 15 kali percobaan dengan menggunakan tegangan masukan dari power supply variabel. Tabel 4.1 Data hasil pengujian sensor tegangan Pengujian ke-. Power supply. Sensor Tegangan Bacaan Multimeter (volt). (volt). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15. 10.7 10.22 9.51 8.65 8.17 7.85 7.1 6.8 6.16 5.78 5.05 4.85 4.2 3.58 3.06 Rata-rata. 10.72 10.22 9.56 8.66 8.19 7.85 7.12 6.81 6.18 5.79 5.05 4.87 4.21 3.58 3.06. Δ Error (volt). Erro r % 0.02 0.19 0 0 0.05 0.52 0.01 0.16 0.02 0.24 0 0 0.02 0.28 0.01 0.15 0.02 0.32 0.01 0.17 0 0 0.02 0.41 0.01 0.24 0 0 0 0 0.01267 0.1786. Grafik Pengujian Sensor Tegangan Power suppy. 12 10 8 6 4 2 0 0. 2. 4. 6. 8. 10. 12. Sensor Tegangan. Gambar 4.1 Kurva Pengujian Sensor Tegangan. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

35. 4.2 Pengujian Sensor Arus Pengujian sensor arus dilakukan untuk mengetahui performansi arus ACS712 dan memastikan ke akurasiannya dengan pembaca arus menggunakan multimeter. Pengujian dilakukan menggunakan tegangan masukan dari power supply yang tetap tegangannya dan dipasangkan beban yang divariasikan. #include <LiquidCrystal.h> LiquidCrystal lcd(12, 11, 10, 7, 6, 4); float sensitivitas = 0.185; int offsetACS = 508; void setup() { Serial.begin(9600); lcd.begin(16, 2); } void loop() { float AcsValue=0.0,sum=0.0,AvgAcs=0.0,Amp=0.0; for (int x = 0; 1 < 150; x++){ AcsValue = analogRead(A1); sum=sum+AcsValue; delay(50); } AvgAcs=sum/150.0; Amp = (AvgAcs-offsetACS) * (5.0 / 1023.0)/sensitivitas; lcd.setCursor(0,0); lcd.print("ARUS = "); lcd.print(Amp); lcd.print(" A"); } Pembacaan dari sensor arus ACS712 ini berupa sinyal analog pada pin analog Arduino yang terdapat ADC (analog to digital converter) dengan resolusi 10 bit. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

36 yang dipresentasikan dalam range nilai 0 – 1023. Sensor ACS712 memiliki offset atau nilai awal ketika sensor arus belum dihubungkan ke rangkaian. Offset yang dimiliki oleh ACS712 yang digunakan dalam penelitian ini yaitu 512. Nilai analog ACS712 akan berubah sesuai dengan arus yang dialirkan dan bias dari rangkaian. Bila ACS712 dihubungkan dalam keadaan bias maju (sesuai dengan pin +IP. dan –IP) maka nilai analog yang dihasilkan akan bertambah,. sedangkan jika dihubungkan dalam keadaan bias balik maka nilai analog yang dihasilkan akan berkurang. Dalam penelitian ini memakai sensor arus versi ACS7125A dengan range yang mampu dibaca adalah – 5 A hingga 5 A. Sensor arus ACS712-5A memiliki sensitivitas 0,185 V dan resolusi yang lebih bagus daripada versi lainnya. Dengan demikian dapat dihitung arus yang mengalir pada sensor dengan persamaan Arus. (. ). Tegangan eferensi 1023. 1 ensitivitas. Tabel 4.2 Data hasil pengujian sensor arus Pengujian ke1 2 3 4 5 6 7 8 9 10. Hambatan (Ω). Multimeter. 10 Ω 12 Ω 15 Ω 18 Ω 27 Ω 33 Ω 39 Ω 47 Ω 56 Ω 120 Ω. 1.14 1.1 0.8 0.68 0.47 0.36 0.32 0.27 0.23 0.11 Rata-rata. (A). Sensor (A). Δ Error (I). Error %. 1.13 1.08 0.9 0.6 0.44 0.39 0.34 0.31 0.21 0.15. 0.01 0.02 0.1 0.08 0.03 0.03 0.02 0.04 0.02 0.04 0.039. 0.87 1.81 12.5 11.76 6.38 8.33 6.25 14.81 8.69 36.36 10.776. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

37. 1.2 1. Arus (A). 0.8 0.6. Multimeter. 0.4. Sensor. 0.2 0 0. 20. 40. 60. 80. 100. 120. 140. Hambatan (Ω). Gambar 4.2 Kurva Pengujian Sensor Tegangan 4.3 Pengujian LCD Pada pengujian LCD (Liquid Cristal Display) bertujuan untuk mengetahui LCD dapat berjalan dengan baik. Pengujian pada LCD dengan melakukan penulisan karakter ke LCD. Listing Programnya : #include <LiquidCrystal.h> const int rs = 12, en = 11, d4 = 5, d5 = 4, d6 = 3, d7 = 2; LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);. void setup() { lcd.begin(16, 2); lcd.print("HELLO, Elyana!"); }. void loop() { lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("HELLO, Elyana!"); }. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

38. 4.4 Pengujian Sinyal PWM dari Arduino Pengaturan nilai duty cycle, menggunakan fungsi analogWrite ([nomorPin], [nilai]). Simulasi PWM tidak semua dapat dilakukan pada pin-pin arduino seperti pada Arduino Nano, pin yang belaku untuk fungsi ini hanya pin digital 3, 5, 6, 9, 10 dan 11. Biasanya pin PWM disimbolkan dengan karakter '~' yang berada disebelah pin digital arduino. Duty cycle dapat diatur dengan memetakan range 0 - 100% pada nilai analog 0 - 255 dengan persamaan dibawah ini : ilai analog. Duty Cycle x 255 100. Berikut ini adalah program dan hasil pengujian PWM pada pin 5 Arduino Nano dengan duty cycle 25 %, 50 %, dan 75 %. void setup() { pinMode (5, OUTPUT); //inisialisasi pin pwm 5 sebagai output TCCR0B = TCCR0B & 0b11111000 | 0x01; //inisialisasi pin pwm 5 dalam frekuensi 62.5 kHz } void loop() { analogWrite(5, 64); //mengatur duty cyle 25% delay(1000000); analogWrite(5, 127); //mengatur duty cyle 50% delay(1000000); analogWrite(5, 191); //mengatur duty cyle 75% delay(1000000); }. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

39. Gambar 4.3 Pengujian PWM pada pin 5 Arduino Nano dengan duty cycle 25 %. Gambar 4.4 Pengujian PWM pada pin 5 Arduino Nano dengan duty cycle 50 %. Gambar 4.5 Pengujian PWM pada pin 5 Arduino Nano dengan duty cycle 75 % 4.5 Pengujian Kurva Karakteristik Panel Surya Pengambilan data arus dan tegangan dengan intensitas yang sama dan beban yang divariasikan untuk melihat arus dan tegangan yang dihasilkan tiap beban yang berbeda.. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

40. Tabel 4.3 Data Pengujian Karakteristik Panel Surya Beban (Ω). Irradiasi 200 (W/m2). Vo (volt). I ( A). P (watt). Irradiasi 400 (W/m2). Vo (volt). I ( A). P (watt). 0,1. 239. 0,07. 1,9. 0,133. 416. 0,9. 3,39. 3,051. 0,22. 239. 0,08. 1,9. 0,152. 450. 1,4. 3,7. 5,18. 0,33. 239. 0,9. 1,91. 1,719. 463. 1,9. 3,89. 7,391. 0,39. 242. 1,1. 1,92. 2,112. 458. 1,9. 3,19. 6,061. 0,5. 242. 1,2. 1,88. 2,256. 414. 2,3. 3,51. 8,073. 0,68. 237. 1,7. 1,86. 3,162. 411. 3,1. 3,57. 11,067. 1. 232. 2,1. 1,81. 3,801. 427. 4,7. 3,95. 18,565. 2. 220. 3,8. 1,8. 6,84. 405. 8,2. 3,96. 32,472. 2,5. 240. 5,1. 1,88. 9,588. 451. 9,6. 3,68. 35,328. 3,33. 230. 6,3. 1,82. 11,466. 460. 13,9. 3,86. 53,654. 5. 256. 8,6. 1,79. 15,394. 408. 16. 3,13. 50,08. 5,45. 209. 9,8. 1,76. 17,248. 442. 16,5. 2,96. 48,84. 6. 213. 11,9. 1,79. 21,301. 450. 15,5. 2,53. 39,215. 6,42. 222. 12,3. 1,86. 22,878. 443. 16. 2,5. 40. 7,5. 218. 13,9. 1,79. 24,881. 402. 17,5. 2,2. 38,5. 8,18. 264. 16,5. 1,9. 31,35. 448. 19. 1,24. 23,56. 9. 264. 16,3. 1,65. 26,895. 420. 18,2. 1,82. 33,124. 10. 216. 15,7. 1,56. 24,492. 447. 18,3. 1,81. 33,123. 12. 212. 16,8. 1,38. 23,184. 435. 18,6. 1,52. 28,272. 15. 208. 17,5. 1,15. 20,125. 444. 18,9. 1,25. 23,625. 18. 203. 17,8. 1. 17,8. 433. 19. 1,06. 20,14. 27. 203. 18,4. 0,69. 12,696. 451. 19,4. 0,73. 14,162. 56. 210. 19. 0,33. 6,27. 453. 19,7. 0,34. 6,698. 180. 226. 19,3. 0,11. 2,123. 447. 19,4. 0,11. 2,134. 1000. 233. 19,4. 0,2. 3,88. 439. 19,5. 0,02. 0,39. 1200. 223. 19,4. 0,02. 0,388. 462. 19,5. 0,02. 0,39. 3300. 210. 19,5. 0,01. 0,195. 434. 19,5. 0,01. 0,195. 5000. 208. 19,4. 0,01. 0,194. 444. 19,5. 0,01. 0,195. 10000. 205. 19,5. 0,02. 0,39. 428. 19,4. 0,0195. 0,3783. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

41. Beban (Ω). Irradiasi 600 (W/m2). Vo (volt). I ( A). P (watt). Irradiasi 800 (W/m2). Vo (volt). I ( A). P (watt). 0,1. 602. 1,4. 5,03. 7,042. 802. 1,8. 6,73. 12,114. 0,22. 604. 2,1. 5,04. 10,584. 812. 2,8. 6,83. 19,124. 0,33. 602. 3,2. 5,04. 16,128. 815. 3,4. 6,82. 23,188. 0,39. 604. 3. 5,08. 15,24. 816. 3,8. 6,82. 25,916. 0,5. 610. 3,4. 5,13. 17,442. 814. 4,6. 6,82. 31,372. 0,68. 610. 4,6. 5,04. 23,184. 810. 6,2. 6,68. 41,416. 1. 609. 6. 5,07. 30,42. 806. 7,8. 6,71. 52,338. 2. 611. 8,3. 5,07. 42,081. 811. 13,2. 6,16. 81,312. 2,5. 615. 11,3. 4,92. 55,596. 817. 14,5. 5,43. 78,735. 3,33. 618. 14,56. 4,35. 63,336. 822. 15,7. 4,47. 70,179. 5. 614. 16,5. 3,19. 52,635. 814. 17. 3,23. 54,91. 5,45. 604. 16,8. 3,01. 50,568. 810. 17,1. 3,03. 51,813. 6. 622. 17,1. 2,56. 43,776. 816. 17,2. 2,8. 48,16. 6,42. 605. 17,2. 2,32. 39,904. 813. 17,4. 2,62. 45,588. 7,5. 613. 17,4. 2,31. 40,194. 812. 17,6. 2,26. 39,776. 8,18. 619. 17,8. 2,2. 39,16. 818. 17,8. 2. 35,6. 9. 617. 17,9. 1,97. 35,263. 822. 18. 1,88. 33,84. 10. 614. 18,2. 1,77. 32,214. 819. 18. 1,78. 32,04. 12. 618. 18,5. 1,5. 27,75. 812. 18,2. 1,49. 27,118. 15. 615. 19,3. 1,13. 21,809. 807. 18,4. 1,21. 22,264. 18. 602. 19,2. 0,86. 16,512. 802. 18,5. 1,03. 19,055. 27. 612. 19. 0,71. 13,49. 803. 18,7. 0,7. 13,09. 56. 607. 19,4. 0,33. 6,402. 817. 19. 0,33. 6,27. 180. 605. 19,4. 0,12. 2,328. 809. 19,1. 0,11. 2,101. 1000. 621. 19,4. 0,02. 0,388. 802. 19,2. 0,02. 0,384. 1200. 618. 19,5. 0,02. 0,39. 806. 19,2. 0,02. 0,0384. 3300. 617. 19,5. 0,01. 0,195. 804. 19,3. 0,01. 0,193. 5000. 615. 19,5. 0,01. 0,195. 812. 19,3. 0,01. 0,193. 10000. 613. 19,5. 0,01. 0. 810. 19,3. 0. 0. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

42. Arus vs Tegangan 8 7 6. Arus. 5 200. 4. 400. 3. 600. 2. 800. 1 0 0. 5. 10. 15. 20. 25. Tegangan. Gambar 4.6. Kurva karakteristik Arus vs Tegangan. Daya vs Tegangan 90 80 70. Daya. 60 50. 200. 40. 400. 30. 600. 20. 800. 10 0 0. 5. 10. 15. 20. 25. Tegangan. Gambar 4.7. Kurva karakteristik Daya vs Tegangan. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

43. 4.6 Pengujian DC-DC Converter DC-DC converter yang digunakan adalah tipe buck-boost converter (flyback) yang memiliki besaran tegangan output yang lebih besar atau lebih kecil dari besarnya tegangan input. Dan disini digunakan untuk mendapatkan tegangan output yang lebih kecil dari tegangan input dari panel surya yaitu 150Wp, 18,1 V, 8,31 A dengan beban baterai 12 V. Converter didesain untuk beroperasi dalam mode konduksi berkelanjutan dimana induktor tidak mencapai nilai nol pada saat siklus switching. Besar induktansi ditentukan melalui persamaan di bawah ini dimana Vout = 13 V, Vin = 22 V pada keadaan kritis dengan besar arus 3 A dan faktor riak (ripple) 30 - 40 % (sekitar 35 %) pada frekuensi sampling 62.500 Hz yaitu sebagai berikut (. ) (. ( (. ). ) ). Penelitian ini menggunakan induktor toroid dengan induktansi 40 µH atau sama dengan 50 H dimana kira-kira 20 % lebih besar daripada nilai minimum yang telah dikalkulasikan. Induktor 50 H didapatkan dengan cara memparalelkan dua induktor 100 H. Hal ini dikarenakan arus yang dihasilkan panel surya dapat melebihi 3 Ampere (melampaui kemampuan induktor). Bila induktor diparalelkan, maka arus yang mengalir akan dibagi kedua induktor dan tidak melebihi 3 Ampere. Dengan memakai induktor 50 µH, maka iocrit yang baru bernilai sekitar 2,43 A. (. ). Dengan memperkirakan faktor riak sebesar 0,1 %, dengan V = Vmp – Vout 22 – 13 V = 9 V maka besar kapasitansi ditentukan melalui persamaan berikut. (. ). UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

44. (. ). Berikut tips dalam pemilihan MOSFET dan Dioda dalam rangkaian DC-DC Converter Tabel 4.4 Tips pemilihan MOSFET Pemilihan MOSFET. Tips Perkecil CISS untuk meningkatkan efisiensi pada beban ringan. RDS, CISS. Perkecil RDS untuk meningkatkan efisiensi pada beban berat Pilih kira-kira 2 kali lebih besar dari tegangan keluaran untuk rangkaian step up. VDS. Pilih kira-kira 2 kali lebih besar dari tegangan masukan untuk rangkaian step down Pilih kira-kira 2 kali lebih besar dari tegangan masukan untuk rangkaian step up. VGS. Pilih kira-kira 2 kali lebih besar dari tegangan masukan untuk rangkaian step down Pilih kira-kira 2 kali lebih besar dari arus masukan untuk rangkaian step up. ID. Pilih kira-kira 2 kali lebih besar dari arus keluaran untuk rangkaian step down. Tabel 4.5 Tips pemilihan Dioda Pemilihan Dioda Schottky VF, IR. Tips Pilih nilai VF yang kecil untuk beban berat Pilih nilai IR yang kecil untuk beban ringan Pilih kira-kira 2 kali atau lebih dari tegangan keluaran untuk rangkaian step up. VRM. Pilih kira-kira 2 kali atau lebih dari tegangan masukan untuk rangkaian step down. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

45. Pilih kira-kira 2 kali atau lebih dari arus masukan untuk rangkaian step up IFM. Pilih kira-kira 1,5 kali atau lebih dari arus keluaran untuk rangkaian step down. Pada penelitian ini, peneliti memilih MOSFET tipe n karena memiliki RDS yang cenderung lebih kecil daripada tipe p. MOSFET yang digunakan adalah tipe IRFZ44n yang memiliki RDS = 17,5 mΩ. Dioda yang digunakan adalah 6A01 yang merupakan jenis Power Rectifier dan mampu mengalirkan arus besar. Jenis Buck-Boost Converter yang dipilih adalah inverting maka feedback dari output tegangan tidak bisa langsung dibaca menggunakan pembagi tegangan ke ground mikrokontroler. Tegangan kapasitor yang terbaca oleh sensor tegangan yang memiliki kontak dengan ground mikro-kontroler akan menghasilkan pembacaan yang tidak tepat. Oleh karena itu, dibutuhkan sebuah Operational Amplifier sebagai differential amplifier dihubungkan ke kapasitor Buck-Boost supaya dapat dibaca tegangannya. Dengan mengukur tegangan yang dihasilkan oleh op-amp, maka dapat dihitung tegangan kapasitor yaitu selisih dari V– dan V+. Berdasarkan dari rangkaian op amp maka dapat dikalkulasikan ( (. ) ). Pengujian Buck-Boost Converter dilakukan pada tegangan masukan sekitar 17 Volt dengan menvariasikan PWM pada MOSFET. Berikut ini hasil dari pengujian Buck-Boost Converter. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

46. Tabel 4.6 Data hasil pengujian Buck Boost dengan variasi Duty Cycle. Vin. Nilai ADC. Duty Cycle. Vout. (Volt) 17,67 17,37 17,37 17,42 17,16 17,37 17,42 17,52 17,37 17,37. (0-254) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 13. (0-100%) 0,8 1,2 1,6 2 2,4 2,8 3,2 3,6 4 5,2. Vout Kapasitor (Volt) 16,3 23,1 25,1 29,4 30,7 32,7 35,3 37,1 38,3 42,3. Op-Amp (Volt) 1,93 2,64 2,78 3,20 3,33 3,42 3,71 3,83 3,83 3,83. 17,28. 14. 5,6. 42,8. 3,83. Berdasarkan teori, tegangan kapasitor setara dengan tegangan output op-amp dikali 10. Namun berdasarkan praktek, peneliti menyimpulkan bahwa nilai yang lebih mendekati tegangan kapasitor yang diukur adalah bila tegangan output op-amp dikali 9,5. Bila tegangan kapasitor diatas 35 V, maka output dari op-amp akan berada dalam keadaan jenuh (saturated) yaitu 3,83 V. Berdasarkan feedback dari op-amp, maka dapat diatur tegangan keluaran dari Buck-Boost untuk pengisian baterai pada 14 V. Berikut ini program dari pengujian Buck Boost converter. #include <LiquidCrystal.h> //inisialisasi penggunaan library LCD #define PIN_V_LOAD A0 #define PIN_V_PV A7 #define PIN_I_LOAD A1 #define PIN_I_PV A6. //inisialisasi pin sensor tegangan dari beban //inisialisasi pin sensor tegangan dari panel surya //inisialisasi pin sensor arus dari beban //inisialisasi pin sensor arus dari panel surya. #define BANYAK_SAMPLING 150 //inisialisasi banyaknya sampling yang diambil #define PIN_PWM 5. //inisialisasi pin pwm pada mosfet irfz44n. LiquidCrystal lcd(3,4,9,10,11,12); //inisialisasi pin lcd(rs, e, d4, d5, d6, d7). UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

47. float pv_volts;. //inisialisasi tegangan panel surya sebagai tipe data desimal. float load_volts; //inisialisasi tegangan beban sebagai tipe data desimal float pv_amps;. //inisialisasi arus panel surya sebagai tipe data desimal. float load_amps;. //inisialisasi arus beban sebagai tipe data desimal. float pv_watts;. //inisialisasi daya panel surya sebagai tipe data desimal. float load_watts; //inisialisasi daya beban sebagai tipe data desimal float sensitivitas = 0.135; //inisialisasi sensitivitas ACS712 //sebelum kalibrasi 0,185 setelah dikalibrasi 0,135 int offsetACS = 512;. //inisialisasi offset pada sensor ACS712. int pwm = 0; byte solar[8] = //icon untuk panel surya { 0b11111, 0b10101, 0b11111, 0b10101, 0b11111, 0b10101, 0b11111, 0b00000 }; byte baterai[8] = // icon untuk baterai { 0b01110, 0b11011, 0b10001, 0b10001, 0b11111, 0b11111, 0b11111,. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

48. 0b11111, }; byte _PWM [8] = // icon untuk PWM { 0b11101, 0b10101, 0b10101, 0b10101, 0b10101, 0b10101, 0b10101, 0b10111, }; void setup() { pinMode (PIN_PWM, OUTPUT); Serial.begin(9600); //inisialisasi penggunaan serial monitor dengan kecepatan //komunikasi 9600 bit per sekon lcd.begin(16,2);. //inisialisasi banyaknya kolom dan baris. lcd.createChar(1, solar); //perintah membuat ikon panel surya lcd.createChar(2, baterai); //perintah membuat ikon baterai lcd.createChar(3, _PWM);. //perintah membuat ikon pwm. TCCR0B = TCCR0B & 0b11111000 | 0x01; // inisialisasi frekuensi timer0 pada // pin pwm 5 dan 6 } void loop(). //rutin perulangan. { baca_data();. //subrutin membaca data. jalankan_charger(); tampilkan_data();. //subrutin menampilkan data pada serial monitor. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

49. lcd_display();. //subrutin menampilkan data pada LCD. } int baca_adc(int channel) { int sum = 0;. //inisialisasi total dimulai dari nol. int temp; int i;. //perintah membaca ADC pada channel tertentu. //inisialisasi int sebagai data integer //inisialisasi i sebagai banyaknya perulangan. for (i = 0; i < BANYAK_SAMPLING; i++) { temp = analogRead(channel);. //perintah temp sebagai pembacaan input analog. //pada channel sum += temp; delay(50);. //perintah sum sebagai penambahan setiap temp //perintah delay. } return (sum / BANYAK_SAMPLING); //perintah mencari rata-rata temp //sebagai hasil baca adc } void baca_data(void) {. //subrutin membaca data. pv_volts = baca_adc(PIN_V_PV) * ((5.0 /1023.0) * 11 * 0.88) + 0.24 ; //kalkulasikan tegangan panel surya load_volts = baca_adc(PIN_V_LOAD) * ((5.0 /1023.0)* 11 *0.88) + 0.24 ; //kalkulasikan tegangan beban pv_amps = ((baca_adc(PIN_I_PV) - offsetACS) * (5.0 /1023.0) / sensitivitas) - 0.028; //kalkulasikan arus panel surya load_amps = ((baca_adc(PIN_I_LOAD) - offsetACS) * (5.0 /1023.0) / sensitivitas) 0.028; //kalkulasikan arus beban if (load_amps < 0.01) {load_amps = 0;}; if (pv_amps < 0.01) {pv_amps = 0;}; pv_watts = pv_volts * pv_amps; //kalkulasikan daya panel surya. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

50. load_watts = load_volts *load_amps; //kalkulasikan daya beban } void jalankan_charger(void) { //Subrutin untuk mengoperasikan charger if (pv_volts < 14) {. // keadaan OFF. pwm = 0; pwm = constrain(pwm, 0, 254); analogWrite(PIN_PWM,pwm);. }; if (pv_volts > 14.0){. // keadaan ON. if(load_volts<13.5){ pwm = pwm + 1; pwm = constrain(pwm, 1, 254); analogWrite(PIN_PWM,pwm);. }; if(load_volts>14.3);{ pwm = pwm -1; pwm = constrain(pwm, 1, 254); analogWrite(PIN_PWM,pwm); }; }; } void tampilkan_data(void) {. //subrutin menampilkan data pada serial monitor. Serial.print("Tegangan Panel Surya = "); Serial.print(pv_volts); Serial.print(". ");. Serial.print("Tegangan Beban = "); Serial.print(load_volts); Serial.print(". ");. Serial.print("Arus Panel Surya = ");. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

51. Serial.print(pv_amps); Serial.print(". ");. Serial.print("Arus Beban = "); Serial.print(load_amps); Serial.print(". ");. Serial.print("pwm = "); Serial.print(pwm); Serial.print(". ");. Serial.print("\n\r"); delay(10000); } void lcd_display(). //subrutin menampilkan data pada LCD. { lcd.setCursor(0, 0); lcd.write(1); lcd.setCursor(1, 0); lcd.print(pv_volts); lcd.print("V"); lcd.setCursor(7, 0); lcd.print(pv_amps); lcd.print("A"); lcd.setCursor(14, 0); lcd.write(3); lcd.setCursor(0, 1); lcd.write(2); lcd.setCursor(1, 1); lcd.print(load_volts); lcd.print("V"); lcd.setCursor(7, 1); lcd.print(load_amps);. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

52. lcd.print("A"); lcd.setCursor(14, 1); lcd.print(pwm); }. 4.7 Pengujian Incremental Conductance Incremental Conductance yang diimplementasikan pada board arduino nano memiliki fungsi yang mengatur duty cycle pada DC-DC Converter untuk melacak titik daya maksimum MPP pada panel surya. Duty cycle akan selalu berubah untuk mempertahankan nilai optimumnya, sehingga dalam grafik yang disajikan dapat dilihat bahwasanya terjadi perubahan pada tegangan, arus, maupun daya. Berikut programnya : #include <LiquidCrystal.h> #define PIN_V_LOAD A0 #define PIN_V_PV A7 #define PIN_I_LOAD A1 #define PIN_I_PV A6 #define PIN_PWM 5 LiquidCrystal lcd(12, 11, 10, 7, 6, 4); float pv_volts; float load_volts; float pv_amps;. float load_amps; float pv_watts; float load_watts; float duty_cycle=0; float error=.0001; float sensitivitas = 0.135; int offsetACS = 512; int pwm = 0; byte solar [8] = { 0b11111, 0b10101,. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

53. 0b11111, 0b11111, 0b10101, 0b11111, 0b00000, }; byte baterai [8] = { 0b01110, 0b11011, 0b10001, 0b10001, 0b11111, 0b11111, 0b11111, 0b11111, }; byte _PWM [8] = { 0b11101, 0b10101,. 0b10101, 0b10101, 0b10101, 0b10101, 0b10101, 0b10111, }; void setup () { Serial.begin (9600); pinMode(PIN_PWM, OUTPUT); lcd.begin(16,2); lcd.createChar(1, solar); lcd.createChar(2, baterai);. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.

54. lcd.createChar(3, _PWM); TCCR0B = TCCR0B & 0b11111000 | 0x01; } void loop() int baca_adc(int channel) { int sum=0; int temp; int i; for (i=0; i<150; i++) { temp=analogRead(channel); sum+=temp; delay(50); } return(sum/150); void baca_data(void) { pv_volts=baca_adc(PIN_V_PV)*((5.0/1023.0)*11*0.88)+0.24); load_volts=baca_adc(PIN_V_LOAD)*(5.0/1023.0)*10; pv_amps=((baca_data(PIN_I_PV)-offsetACS)*(5.0/1023.0)/sensitivitas)-0.028; load_amps=((baca_adc(PIN_I_LOAD)-offsetACS)*(5.0/1023.0)/sensitivitas)0.028; if (load_amps<0.01) {load_amps=0;}; if (pv_amps<0.01) {pv_amps=0;); pv_watts=pv_volts*pv_amps; load_watts=load_volt*load_amps; } // incremental conductance algorithm starts float dV=PIN_V_PV; float dI=PIN_I_PV; if (dV==0) { if (dI==0) { voltage_next=pv_volts; current_next=pv_amps; Serial.println("Pmax is reached:"); float P=voltage_next*current_next; Serial.println(P);. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA.