i
ANALISIS STEP-UP CHOPPER SEBAGAI TRANSFORMASI
R SEBAGAI INTERFACE PHOTOVOLTAIC DAN BEBAN
LAPORAN TUGAS AKHIR
Oleh :
Benediktus Ryan Gumelar
07.50.0020
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA
ii
PENGESAHAN
Laporan tugas akhir dengan judul “
Analisis Step-Up Chopper sebagai
Transformasi R sebagai Interface Photovoltaic dan Beban
“ disetujuidan disahkan pada tanggal . . . November 2011 dan siap untuk diajukan ke ujian
tugas akhir.
Semarang, . . . November 2011
Menyetujui,
Mengetahui,
Dekan Fakultas Teknologi Industri
(Dr. Florentinus Budi Setiawan, ST, MT)
058.1.1993.150 Pembimbing
(Dr. Ir. Ign. Slamet Riyadi, MT.)
iii
ABSTRAK
Kemajuan teknologi elektronika daya pada saat ini telah menyebabkan
energi surya (photovoltaic) menjadi populer sebagai salah satu sumber energi
terpenting karena sifatnya yang terbarukan, bersih, berlimpah dan bebas polusi.
Energi dari photovoltaic (PV) dapat menjadi salah satu alternatif untuk
pembangkitan terdistribusi. PV memiliki tingkat energi maksimum pada siang
hari, bertepatan dengan waktu kebutuhan listrik yang besar pada jaringan listrik.
Dari penelitian yang pernah dilakukan Photovoltaic memiliki tegangan yangtidak
stabil tergantung dari intensitas cahaya matahari yang diterima. Untuk
memaksimalkan penggunaan daya yang dihasilkan oleh PV digunakan DC-DC
chopper sebagai Pengendali Daya Pada Photovoltaic Module. Dengan
menggunakan Step - Up chopper sebagai Maximum Power Point Tracker dan
iv
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena
dengan segala rahmat dan anugerahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan
Tugas Akhir beserta laporannya yang menjadi tugas studi penulis sebagai
mahasiswa Program Sarjana Fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Elektro
Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
Laporan Tugas Akhir ini disusun berdasarkan data – data pengamatan
dan pembelajaran (literature) yang diperoleh selama kuliah di Fakultas Teknologi
Industri Jurusan Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
Pada kesempatan ini penulis tak lupa mengucapkan terima kasih kepada
pihak – pihak yang telah banyak membantu selama pelaksanaan Tugas Akhir di
Fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Elektro Universitas Katolik
Soegijapranata Semarang dan penulisan laporannya yaitu :
1. Tuhan Yesus Kristus yang selalu menyertai setiap jalanku.
2. Bapak, ibu, dan adik yang tidak henti–hentinya memberikan
dukungan.
3. Bapak Dr. Florentinus Budi Setiawan, ST, MT; selaku Dekan Fakultas
Teknologi Industri UNIKA Soegijapranata Semarang, yang telah
memberikan saya ijin untuk melaksanakan Tugas Akhir di Fakultas
Teknologi Industri Jurusan Teknik Elektro Universitas Katolik
v
4. Dr. Ir. Ign. Slamet Riyadi, MT; selaku dosen pembimbing dalam
penyelesaian Tugas Akhir ini, baik dalam pengerjaan alat telah
memberikan saran, kritik, dan semangat hingga selama proses
penyusunan laporan Tugas Akhir.
5. Mas E. Agung N, ST; selaku pendamping laboratorium, yang telah
memberikan dukungan semangat, informasi mengenai segala hal yang
diperlukan selama pengerjaan Tugas Akhir dan selama proses
penyusunan laporan Tugas Akhir ini.
6. Seluruh Dosen dan Karyawan Fakultas Teknologi Industri Jurusan
Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang, yang
telah banyak membantu memberikan fasilitas sehingga pengerjaan
Tugas Akhir ini dapat berjalan lancar dan cepat selesai.
7. Teman - teman angkatan 2007 : Mbah Otnat, Cizu, Galang, Nico,
Apis, Albert, Andika, Dadith dan Matias.
8. Teman - teman Lab Elektro : Vincent, Tedy, Catur, Ram, Yuni,
Rufina, Hendy dan lain - lain.
Dan semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu – persatu yang
telah membantu dalam pelaksanaan Tugas Akhir dan penulisan laporan ini.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih banyak kekurangannya, maka penulis
sangat mengharapkan saran maupun kritik dari berbagai pihak untuk perbaikan
dimasa yang akan datang. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan
permohonan maaf apabila terdapat hal – hal yang kurang berkenan dalam
vi
Akhirnya besar harapan penulis bahwa laporan ini dapat memberikan
sumbangan yang berarti bagi kemajuan ilmu dan teknologi di lingkungan kampus
Fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Elektro Universitas Katolik
Soegijapranata Semarang.
Semarang, November 2011
vii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PENGESAHAN ... ii
ABSTRAK ... iii
KATA PENGANTAR ... iv
DAFTAR ISI ... vii
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR TABEL ... xiii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 3
1.3 Tujuan dan Manfaat ... 3
1.5 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pendahuluan ... 5
2.2 Sel PV ... 5
2.3 MPPT (Maximum Power Point Tracker) ... 8
2.4 Chopper (DC – DC Converter) ... 8
2.4.1 Topologi Converter DC - DC ... 9
viii
2.4.3 Prinsip Kerja Buck ... 12
2.4.4 Chopper Step Down Dengan Beban RL ... 14
2.4.5 Topologi Boost ... 19
2.4.6 Prinsip Kerja Chopper Step Up ... 20
2.4.7 Chopper Step Up Dengan Beban RL ... 24
BAB III FUNGSI CHOPPER SEBAGAI TRANSFORMASI R 3.1 Pendahuluan ... 26
3.2 Solar Cell ... 27
3.2.1 Prinsip Kerja Solar Cell ... 28
3.2.2 Karakteristik Solar Cell ... 29
3.3 Pembebanan PV secara langsung... 30
3.4 Konsep sel PV dengan Chopper ... 32
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Pendahuluan ... 40
4.4 Rangkaian Multiplier ... 45
4.5 Kontrol Propotional Integral ... 46
ix
4.7 PWM (Pulse Width Modulation) ... 49
4.8 Pembangkit Gelombang Segitiga ... 51
4.9 Simulasi dengan Menggunakan Power Simulator ... 52
4.10 Pengujian Laboratorium ... 54
4.10.1 Pengujian Photovoltaic ... 54
4.10.2 Pengujian MPPT ... 55
4.10.3 Boost MPPT ... 57
4.11 Pembahasan ... 59
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 61
5.2 Saran ... 62
DAFTAR PUSTAKA ... 63
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rangkaian Ekivalen Solar Panel ... 6
Gambar 2.2 Model sel PV ... 7
Gambar 2.3 Kurva karakteristik sel PV ... 7
Gambar 2.4 Rangkaian Chopper Boost Converter ... 8
Gambar 2.5 Topologi Buck ... 11
Gambar 2.6 Chopper step down dengan Beban Resitif ... 13
Gambar 2.7 Chopper dengan Beban RL ... 17
Gambar 2.8 Topologi Converter Boost ... 19
Gambar 2.9 Kerja untuk Operasi Step Up ... 20
Gambar 2.10 Susunan Transfer Energi ... 22
Gambar 2.11 Chopper Step Up dengan Beban RL ... 24
Gambar 3.1 diagram Blok Cara Kerja MPPT terhadap PV ... 26
Gambar 3.2 Rangkaian Ekivalen Solar panel ... 29
Gambar 3.3 Daerah Operasi Solar panel ... 29
Gambar 3.4 Pembebanan langsung pada sel PV ... 31
Gambar 3.5 Titik operasi Kurva I-V pd Pembebanan sel PV secara langsung ... 31
Gambar 3.6 Titik operasi Kurva P-V pd Pembebanan sel PV secara langsung ... 31
Gambar 3.7 Rangkaian Step-Down Chopper ... 32
Gambar 3.8 Rangkaian ekuivalen step-down chopper saat saklar S ON ... 33
xi
Gambar 3.10 Rangkaian ekuivalen sisi keluaran step-down chopper... 34
Gambar 3.11 Kurva perbandingan tahanan masukan dan keluaran terhadap duty cycle pada step-down chopper ... 33
Gambar 3.12 Rangkaian Step-Up Chopper ... 37
Gambar 3.13 Rangkaian ekuivalen step-up chopper saat saklar S ON ... 37
Gambar 3.14 Rangkaian ekuivalen step-up chopper saat saklar S OFF ... 38
Gambar 3.15 Kurva Duty Cycle... 39
Gambar 4.1 Kurva Karakteristik Photovoltaic ... 40
Gambar 4.2 Pergeseran Daya pada Step – Up Chopper ... 42
Gambar 4.3 Rangkaian Multiplier ... 45
Gambar 4.4 Diagram Blok Kontrol PI ... 47
Gambar 4.5 Optocoupler TLP 250 ... 47
Gambar 4.6 Rangkaian Driver ... 48
Gambar 4.7 Rangkaian Penghasil Pulsa PWM ... 49
Gambar 4.8 Pulse Width Modulation ... 50
Gambar 4.9 skema Rangkaian Pembangkit Gelombang Segitiga ... 51
Gambar 4.10 Pembangkit Gelombang Segitiga ... 52
Gambar 4.11 Gelombang Segitiga dari XR-2206 ... 52
Gambar 4.12 Rangkaian PV - MPPT ... 53
Gambar 4.13 Hasil Simulasi Keluaran Pada Vo dan Vsaklar ... 53
Gambar 4.14 Skema Rangkaian Kendali Dari PV - MPPT ... 55
Gambar 4.15 Hasil Keluaran Multiplier... 56
xii
Gambar 4.17 Sinyal Keluaran dari polaritas Differensiator... 56
Gambar 4.18 Hasil sinyal dari Rangkaian Error MPPT ... 57
Gambar 4.19 Gelombang Saklar IGBT pada Pengujian Laboratorium ... 57
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Spesifikasi Solar Cell ... 27
Tabel 4.1 Pengujian PV secara langsung ... 54
