METODE PENGENDALIAN DAYA PADA PHOTOVOLTAIC MODULE DENGAN METODE KENDALI INTERNAL TUGAS AKHIR

Transkripsi

1 METODE PENGENDALIAN DAYA PADA PHOTOVOLTAIC MODULE DENGAN METODE KENDALI INTERNAL TUGAS AKHIR Oleh : Dwi Setyo Nugroho JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2010

2 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 Pembimbing II Leonardus Heru P., ST. MT T. Brenda Ch., ST, MT Mengetahui, Dekan Fakultas Teknologi Industri Leonardus Heru P., ST. MT ii

3 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 dihasilkan akan maksimal serta tegangan keluaran akan stabil. iii

4 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 Jurusan Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. iv

5 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 Tugas Akhir ini dapat berjalan lancar dan cepat selesai. v

6 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 Penulis vi

7 DAFTAR ISI HALAMAN PENGESAHAN... ii ABSTRAK... iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Pembatasan Masalah Tujuan dan Manfaat Metodologi Penelitian Sistematika Penulisan... 5 BAB II DASAR TEORI Pendahuluan Photovoltaic Chopper Buck Konverter Boost Konverter Buck Boost Konverter Kontroler MOSFET ( Metal Oxide Semiconductor FET ) Pembentuk Gelombang Segitiga Opto Coupler TLP Penguat Operasi (Op- Amp) Op Amp sebagai Penguat Membalik ( Inverting ) Penguatan Tak Membalik ( Non Inverting ) BAB III DC-DC KONVERTER SEBAGAI MAXIMUM POWER POINT TRACKER Maximum Power Point DC-DC Konverter Sebagai Pelacak Daya Maksimal Boost converter Buck converter Sensor Pembangkit Gelombang Segitiga Rangkaian dc offset Rangkaian Penguat Segitiga Sistem Kendali PWM ( Pulse Width Modulation ) Rangkaian driver BAB IV METODE PENGENDALIAN DAYA PADA PHOTOVOLTAIC MODULE DENGAN METODE KENDALI INTERNAL Hasil Pengujian Alat Pengujian pembangkit gelombang segitiga vii

8 Pengujian rangkaian dc offset gelombang segitiga Pengujian rangkaian penguat gelombang segitiga Pengujian PWM Pengujian Konverter Pengujian dengan Power Supply DC Pengujian dengan Photovoltaic Module Pembahasan BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA viii

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1. Grafik korelasi penggunaan energi dan CO 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 Gambar 2.4. Rangkaian Ekivalen PV Gambar 2.5. Karakteristik Daya Maksimal Pada PV Gambar 2.6. Karakteristik Photovoltaic Terhadap Cahaya Gambar 2.7. Karakteristik Photovoltaic terhadap suhu Gambar 2.8. Rangkaian buck converter Gambar 2.9. Rangkaian Ekivalen untuk Transfer Energi Buck Konverter Gambar Rangkaian boost konverter Gambar Bentuk Gelombang Arus Gambar Rangkaian Ekivalen untuk Transfer Energi Boost Konverter Gambar Rangkaian buck-boost konverter Gambar Rangkaian Ekivalen untuk Transfer Energi Buck Boost Konverter Gambar Diagram Blok Skema IMC Gambar MOSFET tipe deplesi kanal n Gambar MOSFET tipe deplesi kanal p Gambar MOSFET tipe enhancement kanal n Gambar MOSFET tipe enhancement kanal p Gambar Rangkaian pembangkit Gelombang segitiga Gambar Kontruksi Opto Coupler TLP Gambar Simbol Penguat Operasi Gambar Penguat Membalik (Inverting) Gambar Penguat Tak Membalik (Non Inverting) Gambar 3.1. Grafik hasil pengujian 2 modul PV rangkai seri Gambar 3.2. Diagram blok DC-DC Konverter sebagai Pelacak Daya Maksimal Gambar 3.3. Rangkaian daya kombinasi Boost dan Buck konverter Gambar 3.4. Rangkaian daya Boost converter Gambar 3.5. Transfer energi boost konverter pada mode Gambar 3.6. Transfer energi boost konverter pada mode Gambar 3.7. Transfer energi boost konverter pada mode Gambar 3.8. Transfer energi boost konverter pada mode Gambar 3.9. Rangkaian Daya Buck Konverter Gambar Transfer energi buck konverter pada mode Gambar Transfer energi buck konverter pada mode Gambar Rangkaian Sensor Gambar Pembangkit gelombang segitiga Gambar Gelombang segitiga dari XR Gambar Rangkaian dc offset ix

10 Gambar Penguat Gelombang Segitiga Gambar Diagram blok control Gambar Persamaan Kendali Internal dalam Op Amp Gambar Rangkaian Kendali Mode Internal Gambar Rangkaian Penghasil Pulsa PWM Gambar Pulse width Modulation Gambar Optocoupler TLP Gambar Rangkaian driver Gambar 4.1. Pengukuran gelombang segitiga XR Gambar 4.2. Dc offset gelombang segitiga Gambar 4.3. Penguatan gelombang segitiga Gambar 4.4. Gelombang Carrier boost konverter Gambar 4.5. Gelombang Carrier buck konverter Gambar 4.6. Sinyal PWM keluaran dari komparator Gambar 4.7. Daya masukan dengan Referensi sinyal segitiga Gambar 4.8. Daya masukan dengan Referensi sinyal kotak Gambar 4.9. Tegangan keluaran buck konverter dengan referensi sinyal kotak Gambar Titik pengambilan sampel pada pengujian MPPT Gambar Grafik perbandingan daya yang dihasilkan pada tiap titik pengujian(kiri). Grafik perbandingan nilai efisiensitas (kanan) Gambar Grafik perbandingan daya yang dihasilkan pada tiap titik pengujian (kiri). Grafik perbandingan nilai efisiensitas (kanan) x

11 DAFTAR TABEL Tabel 3.1. Spesifikasi PV merk BP Solar model SX55U Tabel 3.2. Hasil pengujian 2 modul PV rangkai seri Tabel 4.1. Hasil pengujian dengan Photovoltaic modul (hari pertama) Tabel 4.2. Tabel hasil pengujian dengan Photovoltaic module (hari kedua). 60 Tabel 4.3. Tabel nilai efisiensitas konverter (hari pertama) Tabel 4.4. Tabel nilai efisiensitas konverter (hari kedua) xi