PERANCANGAN SINGLE ENDED PRIMARY INDUCTOR CONVERTER UNTUK PENYETABIL TEGANGAN PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA

Transkripsi

1 PERANCANGAN SINGLE ENDED PRIMARY INDUCTOR CONVERTER UNTUK PENYETABIL TEGANGAN PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA Gaguk Bagas Prakoso 1, Istiyo Winarno 2 FakultasTeknikdanIlmuKelautanUniversitas Hang Tuah Surabaya JalanArif Rahman Hakim No.150, Keputih-Sukolilo, Surabaya Gagukbagasprakoso@gmail.com Abstrak: Kebutuhan energi yang tinggi menyebabkan ketersediaan bahan bakar fosil berkurang sangat cepat, Dengan demikian banyak para peneliti ingin mengembangkan berbagai sumber energy yang terbarukan, salah satunya adalah penelitian tentang photovoltaic (panel surya) dan pemodelannya. Indonesia yang terletak di garis katulistiwa dapat memperoleh sinar matahari yang rata-ratanya 8 jam per hari memiliki energy surya yang cukup tinggi. Permasalahan utama yang ada pada system pembangkit tenaga surya adalah kurangnya pemaksimalan pada system pembangkit tenaga surya. tegangan yang dihasilkan dari panel surya tersebut tidak stabil, maka tidak dapat langsung diproses untuk charging baterai, dikarenakan dapat merusak elemen yang ada pada baterai yang dapat menimbulkan kerusakan pada baterai. Untuk meminimalisir kerusakan tersebut dibutuhkanlah tegangan yang stabil. Untuk menyetabilkannya digunakanlah system SEPIC(Single Ended Primary Inductor Converter) yaitu salah satu konverter yang dapat menaikkan dan menurunkan tegangan, yang dimana difungsikan sebagai penyetabil tegangan pada panel surya, sehingga dapat diperoleh daya yang maksimal. Kata kunci: Panel Surya, SEPIC-converter, Mikrokontroler ARM 32, Baterai Abstract:The high energy requirements of the fossil fuel earthquake are very rapid, so many researchers want to develop a variety of energy sources that continue, one of them is photovoltaic research (solar panel) and modeling. Indonesia is located on the equator can get sunlight which average 8 hours day has a high enough solar energy. The main problem that exists in solar power systems is the lack of maximization in solar power systems. The voltage generated from the solar panel is unstable, it can not be directly processed for battery charging, because it can damage the elements that exist on the battery that can cause damage to the battery. To minimize the damage needed is a stable voltage. To stabilize it is used SEPIC system (Single Ended Primary Inductor Converter) is one converter that can raise and lower the voltage, which where functioned as a voltage stabilizer on the solar panel, so that can be obtained maximum power. Key words: Solar cell, SEPIC Converter, Microcontroller ARM 32, Battery PENDAHULUAN Energi merupakan kebutuhan pokok bagi manusia, khususnya energy listrik. Pemanfaatan tenaga surya sebagai sumber energy terbarukan sangat mungkin untuk dikembangkan. Panel surya yaitu suatu alat yang dapat memanfaatkan energy panas untuk dapat dirubah menjadi energy listrik. Dikarenakan ketergantungan pada cuaca, ketika cuaca terik maka tegangan yang dihasilkan sangat baik, akant etapi jika sebaliknya tegangan yang dihasilkan sangat kurang optimal penggunaannya. Dalam suatu panel surya terdapat banyak kekurangannya, salah satunya kurang maksimalnya penggunaan panel surya sehingga perludilakukan studi tentang kestabilan. Kestabilan tegangan pada keluaran panel surya sangatlah penting, dikarenakan pada proses C3-48 Gaguk Bagas P, Istiyo W: Perancangan Single Ended

2 charging baterai dibutuhkan tegangan yang stabil sehingga tidak merusak elemen pernyimpanan daya. Single Ended Primary Inductor Converter (SEPIC Converter) adalah salah satu konverter yang dapat bekerja menaikkan dan menurunkan tegangan. Tujuan dari converter ini yaitu untuk menstabilkan tegangan untuk proses charging baterai. Pada proses charging baterai sebesar 12 Volt 10 Ampere dibutuhkan tegangan charging yang aman yaitu sebesar 13,8 sampai 14,4 volt. METODEPENELITIAN A. Panel surya 1. Prinsipkerja Panel surya terbuat dari bahan semikonduktor memiliki elektron yang terkait dengan rentan, pada sesuatu pita energi yang disebut pita valensi. Ketika energi yang lebih besar dari batas threshold (band gap energi) diberikan kepada elektron di pita valensi tersebut,maka ikatan elektron tersebut akan putus. Kemudian elektron tersebut bergerak bebas pada suatu pita energi baru yang disebut pita konduksi. Elektron bebas pada pita konduksi dapat menghasilkan energi berupa tegangan. 2. Sudutdatangcahaya Sel surya akan menghasilkan output maksimum saat sudut datang cahaya tegak lurus atau 90º terhadap permukaan sel surya. sudut datang cahaya sangat mempengaruhi dari kinerja panel surya tersebut. 3. Radiasimatahari Tegangan output sel surya tidak terlalu terpengaruh oleh cahaya matahari. Namun arus outputnya sangat berpengaruh terhadap intensitas cahaya matahari yang jatuh diatas permukaan sel surya.efisiensi kerja dari sel surya sangat dipengaruhi oleh intensitas cahaya matahari. B. SEPIC Converter 1. Mosfet MOSFET adalah transistor daya yang digunakan untuk memperkuat atau switching elektronik sinyal. Penggunaan MOSFET layaknya transistor lain, sebagai saklar elektronik. 2. Induktor 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. 3. Pwm PWM atau Pulse Widht Modulation adalah salah satu teknik pemodulasian sinyal dimana besar duty cycle pulsa dapat diubah-ubah. pembangkitan sinyal PWM yang paling sederahana adalah dengan cara membandingkan sebuah sinyal segitiga atau gigi gergaji dengan tegangan referensi. 4. Dutty cycle Adapun model matematisdariduttycycle : Dutty Cycle = Vout Vin+Vout... (1) 5. Sensor arusacs712 ACS712 adalah sensor arus yang bekerja berdasarkan efek medan. Sensor arus ini dapat digunakan untuk mengukur arus AC atau DC. Modul sensor ini telah dilengkapi dengan rangkaian penguat operasional, 6. Sensor tegangan 7. Model matematisdari sensor tegangan Gaguk Bagas P, Istiyo W: Perancangan Single Ended C3-49

3 Vss = R2 R1+R2 x Vin.....(2) 8. MikrokontrollerARM 32 ARM STM32F4 merupakan mikrokontroler dengan berbasis Digital Signal Processing (DSP) yang dilengkapi dengan hardware Floating Point Unit (FPU) sehingga memiliki kemampuan clock atau perhitungan bilangan yang lebih cepat disbanding mikrokontroler tanpa FPU Desain hardware Desain sepic konverter Gambar 1. Diagram Blok Gambar 2. RangkaianSEPIC Converter Sesuai dengan perhitungan,tegangan masuk sebesar 17,6 V,dengan duty 0,45, dengan kata lain, konverter difungsikan sebagaipenaik tegangan, untuk menjamin tercapainya tegangan luaran yangdiinginkan dengan tegangan masuk terkecil. Gambar 3. Hasilsimulasimenggunakan PSIM C3-50 Gaguk Bagas P, Istiyo W: Perancangan Single Ended

4 Dari hasil simulasi menggunakan PSIM, didapatkan teganganrata- rata luaran 14,4 VDengan ini hasilsimulasi ini menunjukkan hasil perhitungan sesuai dengan nilaisimulasi, maka penentuan komponen harus sesuai dengan hasilperhiungan agar hasil tegangan output sesuai dengan kebutuhanbeban. HASIL DAN PEMBAHASAN Konverter yang digunakan pada penelitian ini yaitu salah satu konverter yang ada, seperti SEPIC Converter. SEPIC Converter tersebut merupakan salah satu konverter yang ada (Buck converter,boost converter,buck boost converter,sepic converter,dst). Gambar hardware yang dibuat dalam penelitian ini ditunjukan pada Gambar 4. sedangkan tampilan luar dari alat ditunjukan pada Gambar 5. Gambar4. RangkaianSEPIC Converter Gambar 5. ModulluarSEPIC Converter Pengujian panel surya bertujuan untuk mendapatkan kurvakarakteristik tegangan terhadap arus ( V-I) dan daya terhadap tegangan (P-V). Pengujian ini mengggunakan Avo meter untuk melihat keluaran tegangan output solar cell.pengambilan data dalam pengujian ini diambil dengan interval 15 menit. Tujuan dari pengujian panel surya pada posisi open loop adalah untuk memastikan panel surya tersebut dapat bekerja dengan sesuai. Gaguk Bagas P, Istiyo W: Perancangan Single Ended C3-51

5 Tabel 1. Data Open Loop Jam /waktu Kondisi cuaca Tegangan ( I ) Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Cerah Gambar 6.PengujianSinyal PWM Dari pengujian di atas, dapat disimpulkan bahwa pengujian PWM sudah sesuai dengan perencanaan. Dengan duty cycle 57%, lebar pulsa 10us, dimana total periode adalah 25 us, sesuai dengan periode sinyal frekuensi 40 KHz. Kemudian pengujian driver untuk Gate MOSFET, bertujuan untuk mengetahui kemampuan driver untuk menguatkan pulsa dari mikrokontroler, sekaligus kesesuaian timingsaat pulsa high, low, dan saat pergantian. Pada table dibawah merupakan salah satu contoh pengambilan data yang diambil pada jam pada data dibawah menunjukkan hasil output tegangan dari panel surya C3-52 Gaguk Bagas P, Istiyo W: Perancangan Single Ended

6 yang selanjutnya diturunkan tegangannya oleh SEPIC Converter menjadi bata tegangan aman untuk proses charging baterai. Tabel 2. Data pukul Waktu Kondisi cuaca V (Volt) Sepic I (ampere) Cerah 17, , Cerah 18, , Cerah 20, ,2 Melalui sepic 18,20 18,33 17,16 Daya (watt) Tidak melalui sepic 22,28 21,76 22, Cerah 19, ,2 17,16 24,71 Gambar 7.Kurva perbandingan pada jam Pada kurva diatas menunjukkan stabilitas dari konverter SEPIC dengan perbandingan garis yang tanpa menggunakan konverter SEPIC Gambar 8. Dokumentasi pengujian alat Gaguk Bagas P, Istiyo W: Perancangan Single Ended C3-53

7 Gambar 9. Integrasialat KESIMPULAN Dari pengambilan semua data selama 5 hari,dapat disimpulkan bahwa tegangan yang berubah-ubahdapat distabilkan oleh SEPIC Converter dengan tegangan keluaran sebesar 14.4 Volt, dan dari pengunaan SEPIC Converter Ini dapat dilakukan pengecasan atau proses charging baterai dengan aman. Dengan teganganstabil sebesar 14.4 Volt. Setelah pengecasan selama 3 jam, kapasitas baterai bertambah kurang lebih sekitar 60%. DAFTAR PUSTAKA Beng T Metode Maximum Power Point Tracker (MPPT) Baru Untuk Sell Surya Pengendali PI [terhubung berkala] https//lib.ui.ac.id/opac/themes.pdf. Diakses: 23 Maret 2016 Gunawan W MPPT Menggunakan Metode Hibrid JST dan Algoritma genetika Untuk Sistem Photovoltaic [terhubung berkala] http//jurnaleecc is.ub.ac.id/index/php. Diakses: 10 Agustus Hamadi Ab n friend A Three-Phase Three Wire Grid-Connect Photovoltaic Energy Source With Sepic Converter to Track the Maximum Power Point IEEE Yasir A. Al-Turki Helaswiyono P.A Rancang Banguna Panel Surya Statis Menggunakan Metode Maximum Power Point Tracker (MPPT) Hill Chlimbing Untuk Memaksimalkan Penyerapan Daya Listrik [Skripsi].Universitas Hang Tuah Diakses: 23 Maret 2016 C3-54 Gaguk Bagas P, Istiyo W: Perancangan Single Ended