RANCANG BANGUN MPPT DENGAN METODA INCREMENT CONDUCTANCE BERBASIS MIKROKONTROLER AT-MEGA 16 PADA SIMULATOR PANEL SISTEM SOLAR SEL DESIGN AND IMPLEMENTATION OF INCREMENTAL CONDUCTANCE MPPT ON SOLAR CELL PANEL SYSTEM SIMULATOR BASED ON MICROCONTROLLER AT-MEGA 16 PROYEK AKHIR Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Listrik Di Jurusan Elektro Oleh : Moch Faisal Asri Yusuf 091321086 POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012 i
DATA PRIBADI Nama : Moch Faisal Asri Yusuf NIM : 091321086 Tempat, tanggal lahir : Bandung, 01 juni 1991 Agama : Islam Alamat : Jl. Rengas no 17, RT 05 RW 06. Kelurahan Gempol sari, Kecamatan Bandung kulon. Jawa Barat. Bandung 40215 Motto Hidup : Mencari ilmu seolah akan hidup seribu tahun lagi dan beribadah seolah akan mati besok Telephone : 08562007842 E-mail : asrifaisal@gmail.com SD lulus tahun : Tahun 2003 di SDN 1 Melong Asih SMP lulus tahun : Tahun 2004 di SMPN 1 Margaasih SMA lulus tahun : Tahun 2007 di SMAN 6 Cimahi Perguruan Tinggi lulus tahun : Tahun 2012 di Politeknik Negeri Bandung, Jurusan Teknik Elektro, Program Studi Teknik Listrik Pengalaman organisasi : Anggota Divisi IPTEK di HML Politeknik Negeri Bandung Tahun 2010 Anggota Departemen media di ASSALAM Politeknik Negeri Bandung Tahun 2010 Ketua Program Wirausaha Mahasiswa Politeknik Negeri Bandung Tahun 2011 iii
KATA MUTIARA! malam dan kami jadikan tanda siang itu terang, agar kamu mencar karunia dari tuhanmu, dan supaya kamu mengetahui bilangan tahun-tahun dan perhitungan. Dan segala sesuatu telah kami (Q.S. Al- Jika Allah Menolong kamu, maka tak ada orang yang dapat mengalahkan kamu, jika allah membiarkan kamu (tidak memberi pertolongan), maka siapakah gerangan yang dapat menolong kamu (selain) dari Allah sesudah itu? Karena itu hendaklah kepada Allah saja orang " orang mukmin bertawakal. (Q.S Ali Imran : 160) Hidup adalah sebuah berkah, waktu menjadi porosnya. Ikthiar merupakan Ibadah untuk mendapatkan keridhoan dari-nya. Semua ilmu dan rezeki bersumber pada-nya. Maka iringilah usahamu di dunia dengan Ibadahmu pada ALLAH SWT. iv
ABSTRAKSI Listrik telah menjadi kebutuhan pokok dalam kehidupan sehari-hari yang selalu meningkat seiring perkembangan teknologi. Berbagai sumber listrik alternatif digunakan untuk memenuhi kebutuhan tersebut, salah satunya adalah Solar sel. Solar sel menjadi sumber alternatifi yang dapat mengkonversi cahaya matahari langsung menjadi listrik. Namun dalam penggunaannya kita memerlukan perangkat tambahan untuk meng-optimalkan daya keluarannya. Pada proyek akhir ini akan dibentuk suatu sistem kontrol yang memanfaatkan konverter dc-dc dengan pengendalian MPPT (Maximum Power Point Tracking). Dengan demikian diharapkan terbentuk suatu unit kontrol yang baik dengan harga yang relatif murah, kinerja yang terbaik dan berbasis mikrokontroller AT-MEGA 16 untuk memaksimalkan daya keluaran Solar sel. Kata kunci :Solar sel, Konverter dc-dc, MPPT, Mikrokonroller AT-MEGA 16 v
ABSTRACT Elecrtric has become fundamental requirement that always grow up same like a technology. Many alternative electrical source is used for fill that requirement. One of the many alternative of electrical source is Solar Cell. Solar Cell can change sun radiation become electric. For Application this Solar cell must using another tools to provide maximum power. In this last project, writer will made control sytem use converter dc to dc and MPPT controller therefore, expectation good control system that cheap,best performance and microcontroller AT-MEGA 16 based to provide masimum power of Solar Cell. Keywords : Solar cell, converter dc-dc, MPPT, Microcontroller AT-MEGA 16 vi
KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Kuasa yang senantiasa melimpahkan nikmat-nya pada kita semua dan dengan rahmat-nya, penulis dapat menyelesaikan penulisan laporan Proyek Akhir. Proyek Akhir Rancang Bangun MPPT dengan Metoda Increment Conductance Berbasis Mikrokontroler AT-MEGA 16 pada Simulator Panel Sistem Solar sel untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro. Penulis sadar bahwa penulisan laporan ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu penulis memohon saran dan kritik yang membangun dari semua pihak untuk perbaikan dan penyempurnaan laporan ini selanjutnya. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tanpa adanya dukungan dari berbagai pihak, maka laporan ini tidak dapat diselesaikan sesuai dengan harapan penulis. Untuk itu penulis ucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Allah SWT. yang selalu memberikan rahmat, ridho serta hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan ini. 2. 3. Moch Irfan sebagai saudara dan kawan-kawan satu team solar sel 4. Riry Destiana R yang selalu mendampingi sampai terselesaikannya proyek akhir 5. Bpk. Hari Purnama, Ir., M.Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik Elekro Politeknik Negeri Bandung. 6. Bpk. Sunarto, ST., M.Eng. selaku Ketua Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Bandung. 7. Bpk. Abdullah Assegaf, Ir., M.sc., MT. dan Bpk. Kartono, ST., MT. selaku dosen Pembimbing yang telah memberikan pengarahan dan dorongan dalam penyusunan proyek akhir ini. 8. Seluruh staf pengajar Program Studi Teknik Listrik yang telah memberikan ilmu dan pengalaman yang sangat berharga. 9. Teman seperjuangan di Lab PA yang selalu memberikan hiburan dan semangat kepada penulis untuk bisa menyelesaikan Proyek Akhir ini. vii
10. Keluarga besar listrik 2007 yang selalu memberikan semangat kepada penulis untuk membuat laporan Proyek Akhir 11. Keluarga besar HML (Himpunan Mahasiswa Listrik) angkatan 2009, 2010, dan 2011 yang selalu memberi semangat kepada penulis 12. Serta semua pihak yang belum penulis sebutkan dan telah ikut membantu dalam pelaksanaan Proyek Akhir dan pembuatan laporan Proyek Akhir ini. Semoga Allah SWT selalu melimpahkan rahmat, hidayah dan karunianya atas segala bantuan yang diberikan kepada penulis. Akhir kata, penulis memanjatkan syukur yang sebesar-besarnya atas selesainya Laporan Proyek Akhir ini dan berharap semoga Laporan Proyek Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi diri penulis khususnya, maupun bagi semua orang yang mengerti akan sebuah hasil karya. Bandung, Agustus 2012 Penulis viii
DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN... i DAFTAR RIWAYAT HIDUP... ii KATA MUTIARA... iii ABSTRAK... iv ABSTRAC... v KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI... viii DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR TABEL... xiii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang Masalah... 1 1.2 Maksud dan Tujuan... 2 1.3 Perumusan Masalah... 2 1.4 Pembatasan Masalah... 2 1.5 Metodologi Penulisan... 3 1.6 Sistematika Penulisan... 4 BAB II DASAR TEORI... 5 2.1 Pendahuluan... 5 2.2 Solar Sel... 6 2.2.1 Prinsip Kerja Solar Sel... 6 2.2.2 Karakteristik panel surya... 7 2.2.3 Daya keluaran solar sel... 9 2.3 MPPT konverter... 11 2.3.1 Pengertian MPPT konverter... 11 2.3.2 Prinsip Kerja MPPT konverter... 12 2.3.3 Parameter Umum Mosfet... 14 2.3.4 Prinsip Kerja Mosfet... 14 2.3.5 Mosfet Enhancement Mode... 15 2.3.6 Mosfet Tipe Enhancement Kanal-n... 16 2.3.7 Konfigurasi Optocoupler... 17 ix
2.4 MPPT kontroler... 18 2.4.1 ADC ( Analog to Digital Converter )... 18 2.4.2 PWM ( Pulse Width Modulation )... 18 2.4.3 Algoritma MPPT kontroler... 20 2.4.2 Konfigurasi AT-MEGA 16... 23 BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI... 27 3.1 Pendahuluan... 27 3.2 Perancangan MPPT konverter... 28 3.2.1 Buck Chopper... 28 3.2.2 Detektor Tegangan... 30 3.2.3 Detektor Arus... 31 3.3 Perancangan MPPT kontroler... 33 3.3.1 Algoritma Increment Conductance... 33 BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA DATA... 35 4.1 Pendahuluan... 35 4.2 Pengujian Detektor Tegangan... 35 4.3 Pengujian detektor Arus... 36 4.4 Pengujian PWM... 38 4.5 Pengujian Buck Chopper... 38 4.6 Pengujian Panel Surya tanpa MPPT dengan Beban Rheostat... 39 4.7 Pengujian Panel Surya menggunakan MPPT dengan Beban Rheostat..42 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 47 5.1 Kesimpulan... 47 5.2 Saran... 47 DAFTAR PUSTAKA DAFTAR LAMPIRAN x
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Konfigurasi panel surya dan MPPT 5 Gambar 2.2 Panel surya dalam bentuk array 6 Gambar 2.3 Kurva I-V pengaruh intensitas cahaya 8 Gambar 2.4 Kurva I-V pengaruh temperatur 9 Gambar 2.5 Rangkaian ekivalen solar sel 9 Gambar 2.6 Rangkaian 11 Gambar 2.7 Konfigurasi Buck Chopper 12 Gambar 2.8 Prinsip kerja 13 Gambar 2.9 15 Gambar 2.10 Karakteristik MOSFET Tipe Kanal- 16 Gambar 2.11 17 Gambar 2.12!"#"" $ %&' 17 Gambar 2.13 #"" ( )##"" )$ 18 Gambar 2.14 Pengaturan lebar PWM... 19 Gambar 2.15 Karakteristik kurva I-* "$ +".. 21 Gambar 2.16 Flowchart Algoritma Increment Conductance 22 Gambar 2.17 Konfigurasi pin AT-,-./.. 24 Gambar 2.18 Blok diagram AT-MEGA 16 26,")0" 1. ""#" "" )) 27 Gambar 3.2 Perancangan Buck chopper 28,")0" 1 1 ""#" 2 #"#" 30 Gambar 3.4 Perancang" 2-32 Gambar 3.5 Flowchart Algoritma I-3 34 Gambar 4.1!"#"" #4" 2 #"#" 35 Gambar 4.2 #" 2 #"#" 36 Gambar 4.3 Rangkaian Pengujian Detektor Arus 37 Gambar 4.4 Pengukuran Detektor Arus 37 Gambar 4.5 #4" ( )$ 38 Gambar 4.6 Rangkaian Pengujian Buck Chopper 38 Gambar 4.7 Tegangan Keluaran Buck Chopper 40 Gambar 4.8!"#"" #4" "$ +" "" 40 Gambar 4.9 Grafik I-V Panel Surya tanpa MPPT 41 Gambar 4.10 Grafik P-V Panel Surya tanpa MPPT... 41 Gambar 4.11 Rangkaian Pengujia "$ +" 5#" 42 Gambar 4.12 Grafik I-V Panel Surya dengan 43 Gambar 4.13 Grafik P-* "$ +" )##"" 44 Gambar 4.14 #4" # 4" 45 Gambar 4.15 Kurva P-* #4" 46 xi
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Spesifikasi 28 Tabel 3.2 Komponen Buck Chopper 30 Tabel 3.3 Komponen Detektor Tegangan 31 Tabel 3.4 Komponen Detektor A 33 Tabel 4.1 36 Tabel 4.2 37 Tabel 4.3 Hasil Pengujian Buck Chopper 39 Tabel 4.4 Hasil Pengujian Daya Keluaran Panel Surya 40 42 Tabel 4.5 Pengujian Fungsi K 45 xii
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Rangkaian dan Tabel Rangkaian Maximum Power Point Tracker (MPPT) Lampiran 2. Program Algoritma MPPT I-C Lampiran 3. Gambar Pengujian Maximum Power Point Tracker (MPPT) Lampiran 4. Pinout ATMEGA 16 Lampiran 5. Blok Diagram ATMEGA 16 Lampiran 6. Datasheet MOSFET TLP 640 Lampiran 7. Datasheet OP-Amp Circuit Collection Lampiran 8. Datasheet Optocoupler TLP 250 xiii