METODE PENGENDALIAN DAYA PADA PHOTOVOLTAIC MODULE DENGAN METODE KENDALI INTERNAL
TUGAS AKHIR
Oleh : Dwi Setyo Nugroho
04.50.0040
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA
PENGESAHAN
Laporan tugas akhir dengan judul “METODE PENGENDALIAN
DAYA PADA PHOTOVOLTAIC MODULE DENGAN METODE KENDALI
INTERNAL“ diajukan untuk memenuhi sebagian dari persyaratan dalam
memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro pada Program Studi Teknik Elektro di
Fakultas Teknologi Industri Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
Laporan tugas akhir ini disetujui pada tanggal . . . Januari 2010
Semarang, . . . Januari 2010
Menyetujui,
Pembimbing I
Leonardus Heru P., ST. MT.
058.1.2000.234
Pembimbing II
T. Brenda Ch., ST, MT
058.1.1995.177
Mengetahui,
Dekan Fakultas Teknologi Industri
Leonardus Heru P., ST. MT.
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 yang
tidak stabil tergantung dari intensitas cahaya matahari yang diterima. Untuk
memaksimalkan penggunaan daya yang dihasilkan oleh PV digunakan DC-DC
konverter sebagai Pengendali Daya Pada Photovoltaic Module Dengan Kendali
Internal. Dengan menggunakan dua tipe konverter yaitu DC-DC konverter tipe
Boost sebagai Max imum Power Point Tracker dan DC-DC konverter tipe Buck
sebagai pengendali tegangan keluaran. Dengan metode ini diharapkan daya yang
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 Yang Maha Esa, selaku pencipta dan pemilik segala di dunia.
Atas berkat dan karunia yang diberikan.
2. Kedua Orang Tua, Kakak dan Adik kembar yang selalu mendukung dan
memberi semangat.
3. Bapak Leonardus Heru P.,ST,MT; selaku Dekan Fakultas Teknologi
Industri UNIKA Soegijapranata Semarang, yang telah memberikan saya
ijin untuk melaksanakan Tugas Akhir di Fakultas Teknologi Industri
4. Leonardus Heru P.,ST,MT; selaku dosen pembimbing dalam
penyelesaian Tugas Akhir ini, baik dalam pengerjaan alat telah
memberikan saran, kritik, dan semangat hingga selama proses
penyusunan laporan akhir.
5. T. Brenda Ch., ST, MT; selaku dosen pembimbing dalam penyelesaian
Tugas Akhir ini, baik dalam pengerjaan alat telah memberikan saran,
kritik, dan semangat hingga selama proses penyusunan laporan akhir.
6. B. Harnadi., ST, MT; selaku koordinator Tugas Akhir, yang telah
memberikan ijin kepada saya untuk melakukan Tugas Akhir di Fakultas
Teknologi Industri Jurusan Teknik Elektro Universitas Katolik
Soegijapranata Semarang.
7. Fx. Hendra Prasetya, ST, MT; selaku dosen wali, yang telah
membimbing, memberi saran dan kritik kepada saya selama saya kuliah
di Fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Elektro Universitas
Katolik Soegijapranata Semarang.
8. Mas E. Agung N; selaku pendamping laboratorium, yang telah
memberikan informasi mengenai segala hal yang diperlukan selama
pengerjaan Tugas Akhir dan selama proses penyusunan laporan Tugas
Akhir ini.
9. Seluruh Dosen dan Karyawan Fakultas Teknologi Industri Jurusan
Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang, yang
telah banyak membantu memberikan fasilitas sehingga pengerjaan
10. Hertzy Mariana yang selalu memberi semangat doa dan omelan.
11. Brother MGGS : Bendot, Si Om, Athu, Tombloh, Yossie, Tekek,
Gyong.
12. Team MPPT bimbingan Pak Leo Yoko“lele”, Dedy”Pedhet”, Itok,
Rino, Erid. “ayo semangat…”
13. Teman – teman Fakultas Teknologi Industri jurusan teknik Elektro
angkatan 2004, anak Lab TA, dan semua mahasiswa UNIKA
Soegijapranata.
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
penulisan laporan ini.
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, Januari 2010
DAFTAR ISI
1.2. Perumusan Masalah ... 2
1.3. Pembatasan Masalah ... 2
1.4. Tujuan dan Manfaat ... 3
1.5. Metodologi Penelitian ... 4
1.6. Sistematika Penulisan ... 5
BAB II DASAR TEORI ... 7
2.1. Pendahuluan ... 7
2.2. Photovoltaic ... 8
2.3. Chopper ... 12
2.3.1. Buck Konverter ... 12
2.3.2. Boost Konverter ... 14
2.3.3. Buck – Boost Konverter ... 17
2.4. Kontroler... 18
2.5. MOSFET ( Metal Oxide Semiconductor FET ) ... 20
2.6. Pembentuk Gelombang Segitiga ... 23
2.7. Opto Coupler TLP 250 ... 24
2.8. Penguat Operasi (Op- Amp) ... 25
2.8.1. Op Amp sebagai Penguat Membalik ( Inverting ) ... 26
2.8.2. Penguatan Tak Membalik ( Non Inverting ) ... 28
BAB III DC-DC KONVERTER SEBAGAI MAXIMUM POWER POINT TRACKER ... 30
3.1.Maximum Power Point ... 30
3.2. DC-DC Konverter Sebagai Pelacak Daya Maksimal ... 33
3.2.1. Boost converter ... 34
3.2.2. Buck converter ... 37
3.3. Sensor ... 39
3.4. Pembangkit Gelombang Segitiga ... 40
3.4.1. Rangkaian dc offset ... 41
3.4.2. Rangkaian Penguat Segitiga ... 42
3.5.Sistem Kendali ... 42
3.6.PWM ( Pulse Width Modulation ) ... 45
3.7.Rangkaian driver ... 47
BAB IV METODE PENGENDALIAN DAYA PADA PHOTOVOLTAIC MODULE DENGAN METODE KENDALI INTERNAL ... 49
4.1.Hasil Pengujian Alat ... 49
4.1.2. Pengujian rangkaian dc offset gelombang segitiga ... 51
4.1.3. Pengujian rangkaian penguat gelombang segitiga ... 52
4.1.4. Pengujian PWM ... 54
4.2.Pengujian Konverter ... 55
4.2.1. Pengujian dengan Power Supply DC ... 55
4.2.2. Pengujian dengan Photovoltaic Module ... 57
4.3.Pembahasan ... 62
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 65
5.1 Kesimpulan ... 65
5.2 Saran ... 65
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Grafik korelasi penggunaan energi dan CO2 ... 1
Gambar 2.1. Konstruksi sederhana sel surya ... 8
Gambar 2.2. Photovoltaic cell, module, array ... 9
Gambar 2.3. Pembangkitan Elektron di Cell pada PV... 10
Gambar 2.4. Rangkaian Ekivalen PV ... 10
Gambar 2.5. Karakteristik Daya Maksimal Pada PV ... 11
Gambar 2.6. Karakteristik Photovoltaic Terhadap Cahaya ... 11
Gambar 2.7. Karakteristik Photovoltaic terhadap suhu ... 12
Gambar 2.8. Rangkaian buck converter ... 13
Gambar 2.9. Rangkaian Ekivalen untuk Transfer Energi Buck Konverter ... 13
Gambar 2.10. Rangkaian boost konverter ... 14
Gambar 2.11. Bentuk Gelombang Arus ... 15
Gambar 2.12. Rangkaian Ekivalen untuk Transfer Energi Boost Konverter ... 16
Gambar 2.13. Rangkaian buck-boost konverter ... 17
Gambar 2.14. Rangkaian Ekivalen untuk Transfer Energi Buck – Boost Konverter ... 18
Gambar 2.20. Rangkaian pembangkit Gelombang segitiga ... 24
Gambar 2.21. Kontruksi Opto Coupler TLP 250 ... 25
Gambar 2.22. Simbol Penguat Operasi ... 26
Gambar 2.23. Penguat Membalik (Inverting) ... 27
Gambar 2.24. Penguat Tak Membalik (Non Inverting) ... 29
Gambar 3.1. Grafik hasil pengujian 2 modul PV rangkai seri ... 32
Gambar 3.2. Diagram blok DC-DC Konverter sebagai Pelacak Daya Maksimal ... 33
Gambar 3.3. Rangkaian daya kombinasi Boost dan Buck konverter ... 34
Gambar 3.4. Rangkaian daya Boost converter ... 34
Gambar 3.5. Transfer energi boost konverter pada mode 1 ... 35
Gambar 3.6. Transfer energi boost konverter pada mode 2 ... 35
Gambar 3.7. Transfer energi boost konverter pada mode 3 ... 36
Gambar 3.8. Transfer energi boost konverter pada mode 4 ... 36
Gambar 3.9. Rangkaian Daya Buck Konverter ... 37
Gambar 3.10. Transfer energi buck konverter pada mode 1 ... 38
Gambar 3.11. Transfer energi buck konverter pada mode 2 ... 38
Gambar 3.12. Rangkaian Sensor ... 40
Gambar 3.13. Pembangkit gelombang segitiga ... 41
Gambar 3. 14. Gelombang segitiga dari XR-2206 ... 41
Gambar 3.16. Penguat Gelombang Segitiga ... 12
Gambar 3.17. Diagram blok control ... 44
Gambar 3.18. Persamaan Kendali Internal dalam Op Amp ... 44
Gambar 3.19. Rangkaian Kendali Mode Internal ... 45
Gambar 3.20. Rangkaian Penghasil Pulsa PWM ... 45
Gambar 3.21. Pulse width Modulation ... 46
Gambar 3.22. Optocoupler TLP 250 ... 47
Gambar 3.23. Rangkaian driver ... 47
Gambar 4.1. Pengukuran gelombang segitiga XR-2206 ... 50
Gambar 4.2. Dc offset gelombang segitiga ... 52
Gambar 4.3. Penguatan gelombang segitiga ... 52
Gambar 4.4. Gelombang Carrier boost konverter ... 53
Gambar 4.5. Gelombang Carrier buck konverter ... 54
Gambar 4.6. Sinyal PWM keluaran dari komparator ... 55
Gambar 4.7. Daya masukan dengan Referensi sinyal segitiga ... 56
Gambar 4.8. Daya masukan dengan Referensi sinyal kotak ... 56
Gambar 4.9. Tegangan keluaran buck konverter dengan referensi sinyal kotak ... 57
Gambar 4.10. Titik pengambilan sampel pada pengujian MPPT ... 58
Gambar 4.11. Grafik perbandingan daya yang dihasilkan pada tiap titik pengujian(kiri). Grafik perbandingan nilai efisiensitas (kanan) ... 59
DAFTAR TABEL
