BAB III PERANCANGAN SISTEM

Transkripsi

1 BAB III PERANCANGAN SISTEM Photovoltaic farm yang terkena shading arus dan tegangan PV diukur oleh mikrokontroller melalui pin ADC, pada penelitian ini menggunakan sistem buck konverter. Buck konverter bertujuan untuk merubah tegangan input ke level yang lebih rendah. Penggunaan buck konverter ini karena tegangan output dari Photovoltaic (PV) selalu berubah ubah tergantung intensitas cahaya yang diterima pada permukaan PV[7]. PV Farm Vpv MIKRO KONTROLLER (PSO) Ipv PWM Buck Konverter Load DC-DC Gambar 3.1 Diagram Blok Alat Berdasarkan blok diagram diatas mekanisme system kerja sebagai berikut : Pada perancangan Maximum Power Poin Treacking (MPPT) yang dialamnya terdapat Buck Converter. Masing-masing fungsinya sebagai berikut : Photovoltaik sebagai sumber daya dengan tegangan sebesar 17,5 volt dan arus maksimal 7,63 Ampere. Yang terdiri dari 4 modul photovoltaic yang di rangkai farm sehingga didiapat keluaran daya dengan tegangan 35 Volt dan arus 15,26 Ampere. Buck converter digunakan untuk penurun tegangan dari keluaran photovoltaic 35 volt menjadi 24 volt Mikrokontroler difungsikan untuk menanamkan algoritma dan sebagai sumber trigger untuk mengontrol Buck converter yang ada pada MPPT. 16

2 3.1 Perancangan PV farm yang terkena bayangan (Shading) Perancangan PV farm sesuai dengan gambar 2.2 yang dirangkai seri pararel membentuk 3 buah string, yang terkena bayangan sebesar % dari keseluruhan PV. Dapat dilihatpada gambar 3.2 sebagai berikut : 3.2.a PV shading 10 % 3.2.b PV shading 20 % 3.2.c PV shading 40 % 3.2.d PV shading 60 % Gambar 3.2 Perancangan PV farm saat terkena bayangan 17

3 Sehingga didapat nilai output PV yang sesuai dengan table 2.1 spesifikasi photovoltaic dengan tegangan sebesar 35,4 Volt, arus 15,26 Ampere dan daya maximum 540 watt, yang terkena bayangan seluas 10-60% dari keseluruhan PV. 3.2 Sensor Pada pembuatan Hardware ini di perlukan dua jenis sensor yaitu sensor arus dan sersor tegangan yang diguakan sebagai data masukan pada sistem yang akan digunakan Sensor Arus ACS712 Pada perancangan multi input DC-DC konverter menggunakan sensor arus ACS712ELCTR-20A-T untuk mengetahui arus yang masuk dan keluar pada sistem tersebut. Keluaran dari sensor arus terhubung ke pin ADC pada mikrokontroller. Dapat dilihat pada gambar 3.3 sebagai berikut. PV + 0,1 uf MOSFET 1 nf Gambar 3.3 Rangkaian Sensor Arus ACS721 [6] ACS712ELCTR-20A-T memiliki spesifikasi sebagai berikut : - Supply Voltage = 5 volt - Output Voltage = 5 volt - Output Current Source = 0.3 Ampere - Maximum Current = 20 Ampere Sensor Tegangan Pada perancangan sensor tegangan untuk mendeteksi pada sumber tegangan digunakan prinsip pembagi tegangan, besar nilai tegangan masukan dan 18

4 nilai keluaran dapat dimonitoring dengan menggunakan pin ADC pada mikrokontroller. Dapat dilihat pada gambar 3.4 sebagai berikut: Vpv Vout Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Tegangan Menentukan nilai R1 dan R2 pada persamaan 2.14 : Diketahui : - VSS = 35 Volt - Vout = 5 Volt - R2 = ohm R1 = R2 + ( Vin Vout ) xr2 R1 = ( 35 ) x10000 = ohm (3.1) 5 Dari hasil perhitungan diatas untuk R2 ditetapkan dengan nilai ohm dan R1 dengan nilai ohm. Untuk menghindari output kemungkinan lebih dari yang diinginkan, R1 menjadi ohm. 3.3 Mikrokontroller Pada penelitian ini menggunaka ATmega 328, dapat dilihat pada gambar dengan konfigurasi pin sebagai berikut : 19

5 Gambar 3.5 konfigurasi pin out mikrokontroller Pembacaan nilai tegangan dan arus yang masuk menggunakan pin A0 dan pin A1, untuk pembacaan tegangan dan arus yang keluar menggunakan pin A2 dan A3, untuk trigger mosfet menggunakan pin D Kompailer Arduino.IDE. Perancangan dan aplikasi Maximum Power Point Tracking (MPPT) untuk menentukan titik maksimum daya pada saat Photovoltaik (PV) shading, menggunakan kompailer yang dapat dijalankan pada ATmega328 dan diisi dengan algoritma PSO. Menggunakan Arduino.IDE sebagai kompailer ke ATmega 328. Dapat dilihat pada gambar 3.6 sebagai berikut: Gambar 3.6 tampilan kompailer Arduino.IDE. 20

6 3.3.2 Parameter Algoritma Particle Swarm Optimization (PSO) Parameter digunakan untuk menentukan nilai ketetapan yang dibutuhkan pada algoritma PSO. Dapat dilihat pada tabel 3.1 sebagai berikut : Tabel 3.1 Parameter PSO Parameter Nilai Partikel 10 Iterasi 5 W 0,4 C1 1,6 C2 1,9 R1 0,6 R2 0,9 Pada tabel diatas menjelaskan parameter yagn digunakan pada algoritma PSO dengan jumlah partikel sebanyak 10, iterasi sebanyak 5, nilai W ditetapkan 0,4, C1 sebesar 1,2, C2 sebesar 1,9, R1 sebesar 0,6 dan R2 sebesar 0, Buck Konverter Perancangan buck konverter menggunakan sebuah switching dan sebuah dioda rectifier jenis ultra fast recovery atau dioda schootky. Dengan rangkaian pada gambar 3.7 sebagai berikut : Gambar 3.7 Perancangan Buck Converter 21

7 Untuk menentukan nilai komponen-komponen pada Buck Converter harus mengetahui seberapa besar kapasitas daya yang akan diperlukan. Sehingga dibuat spesifikasi Buck Converter pada tabel 3.2 sebagai berikut : Tabel 3.2 Spesifikasi buck konverter yang akan diimplementasikan. Parameter Daya (P) Vin Tegangan Output (Vout) Nilai 500W 35 Vdc 24 Vdc Efisiensi (n) 90 % Frekuensi Switching (Fs) Iout Max Ripple Tegangan 61 khz 15 A 5 mv Menentukan Duty Cycle Seperti pada persamaan 2.9 maka besar Duty cycle adalah : Dbuck = Vout.n Vin Dbuck = 24 x 90% 35 Dbuck = 0.61 (3.2) Menentukan besar nilai Induktor Berdasarkan pada persamaan 2.10 didapat nilai Induktor : Lbuck > Lbuck > Vout(vin Vout) Kind. Fs. Vin. Iout 24(35 24) 0,3x61000x35x15 = 27,1 uh (3.3) Maksimum ripple current pada inductor Perhitungan dari persamaan 2.11 didapat : (Vin Vout)Dbuck I max = Fs. Lselected (35 24)0.6 I max = 61000x40x10 4 I max = 27,5 ma (3.4) 22

8 Maksimum current yang melewati inductor Untuk maksimum current berdasarkan persamaan 2.11 adalah : ILmax = Iout + Imax ILmax = ,275 ILmax = 15,27 Ampere (3.5) Dari hasil perhitungan diatas didapatkan nilai minimum Induktor (L) sebesar 27,1 uh dan nilai arus maksimal yang melewati Induktor sebesar 15,27 Ampere. Pada perancangan inductor ini diambil nilai bulatnya, yaitu 35 uh dan nilai maksimum arus menjadi 16 Ampere untuk menghandari overheating pada inductor. Menentukan nilai Capasitor Cout min = Cout min = Kind + Iout 8. Fs. Vout. ripple 0,3+15 8x62x10 3 x24x0,005 = 261 uf (3.6) Dari hasil perhitungan diatas didapat nilai Cmin sebesar 261 uf. Maka pada perancangan Buck converter dipilih capasitor yang lebih besar, agar besar ripple relative lebih kecil MOSFET Pada perancangan Buck converter ini menggunakan MOSFET dengan tipe N-channal Berdasarkan tabel 3.1 pemilihan MOSFET sebagai swiching harus memenuhi syarat agar tidak mengalami kerusakan saat Buck Converter digunakan, dapat dilihat pada gambar 3.8. Dalam perancangan Buck ini menggunakan MOSFET IRFZ44N spesifikasinya sebagai berikut: Gambar 3.8 MOSFET IRFZ44N [8] 23

9 Dengan parameter sebagai berikut : - Drain-Source Voltage (Vds) = 60 Volt - Gate-Source Voltage (Vgs) = ±20 Volt - Continous Drain Current (Idc) = 50 Ampere MOSFET Driver MOSFET pada rangkaian Buck Converter ini memerlukan driver sebagai penguat tegangan menuju Gate MOSFET. Perancangan driver MOSFET dapat dilihat pada gambar 3.9 sebagai berikut : Gambar 3.9 Driver MOSFET Menggunakan transistor tipe N-channal sebagai switching MOSFET karena rangkaian ini dapat bekerja dengan frekuensi tinggi. Dengan perhitungan sebagai berikut: Diketahui: Ϛ = 1 L = 27.1 uh Cout = 261 x 10-6 uf 1 R3 = (2xϚ) L. Cout 1 R3 = (2x1) 27,1x261x10 6 R3 = 362 ohm (3.7) Dari perhitungan diatas didapat ukuran R3 sebesar 362 ohm, pada perancangan driver mosfet ini diberi ukuran 1000 ohm. 24

10 Diketahui: R3 = 362 Ohm Π = 3.14 f = 61 Khz 1 C1 = (2xΠ) R3. f 1 C1 = (2x3,14) 362x61x10 3 C1 = 1,3 uf (3.8) Dari perhitungan menentukan C1 bernilai 3,1uF, untuk memperkecil ripple pada rangkaian driver mosfet, maka C1 diberi nilai sebesar 10 uf. 25