KENDALI BUCK-BOOST MPPT BERBASIS DIGITAL LAPORAN TUGAS AKHIR Oleh : Matias Chosta Agryatma 07.50.0017 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2013
PENGESAHAN Laporan tugas akhir dengan judul Kendali Buck-boost MPPT Berbasis Digital disetujui dan disahkan pada tanggal... Maret 2013 dan siap untuk diajukan ke ujian tugas akhir. Semarang,... Maret 2013 Menyetujui, Pembimbing Koordinator Tugas Akhir (Dr. Ir. Ign. Slamet Riyadi, MT.) (Dr. Ir. Ign. Slamet Riyadi, MT.) 058.1.1992.110 058.1.1992.110 Mengetahui, Dekan Fakultas Teknik (Ir. D. Budi Setiadi, MT.) 058.1.1989.051 i
KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, dengan rahmat dan anugerahnya, penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir beserta laporannya yang menjadi syarat akhir kelulusan mahasiswa Program Sarjana Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Laporan Tugas Akhir ini disusun berdasarkan data dan pengamatan serta pembelajaran yang diperoleh selama kuliah di Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Pada kesempatan ini penulis tak lupa mengucapkan terima kasih pada pihak yang telah membantu penulis, selama pelaksanaan Tugas Akhir di Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang dan penulisan laporannya, yakni : 1. Tuhan Yesus Kristus yang selalu memberikan jalan terbaik. 2. Kedua orang tua yang selalu memberikan dukungan materiil dan imateriil. 3. Ir. D. Budi Setiadi, MT, selaku Dekan Fakultas Teknik, yang memberi saya ijin untuk melaksanakan Tugas Akhir di Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. 4. Dr. Ir. Ign. Slamet Riyadi, MT; selaku dosen pembimbing dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, yang membantu dalam proses ii
pembuatan Tugas Akhir, serta saran dan kritik dalam proses penyusunan laporan Tugas Akhir. 5. Dr. Ir. Ign. Slamet Riyadi, MT; selaku dosen wali, yang telah membimbing, memberi saran dan kritik kepada saya selama berkuliah di Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. 6. Mas E. Agung N, ST; selaku pendamping laboratorium, yang telah memberikan dukungan, dan informasi yang diperlukan selama pengerjaan Tugas Akhir. 7. Seluruh Dosen dan Karyawan Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang, yang membantu memfasilitasi sehingga pengerjaan Tugas Akhir ini dapat berjalan lancar dan cepat selesai. 8. Teman dekat Penulis, Monika Verhoeven, yang telah memberikan dukungan moral dan doa untuk kesuksesan penulis. 9. Seluruh teman Program Studi Teknik Elektro angkatan 2007. Dan semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu dalam pengerjaan Tugas Akhir dan penulisan laporan ini. Penulis menyadari banyak kekurangan dalam laporan ini, maka penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari berbagai pihak untuk perbaikan dimasa yang akan datang. Penulis menyampaikan permohonan maaf apabila terdapat hal yang kurang berkenan dalam penulisan laporan ini. iii
Besar harapan penulis bahwa laporan ini dapat memberikan kontribusi yang berarti bagi kemajuan ilmu dan teknologi di lingkungan kampus Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Semarang, Maret 2013 Penulis iv
DAFTAR ISI PENGESAHAN... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI...v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL...x BAB I PENDAHULUAN...1 1.1 Latar Belakang...1 1.2 Perumusan Masalah...2 1.3 Pembatasan Masalah...2 1.4 Tujuan dan Manfaat...2 1.5 Metodologi Penelitian...3 1.6 Sistematika Penulisan...3 BAB II LANDASAN TEORI...5 2.1 Pendahuluan...5 2.2 Photovoltaic...5 2.2.1 Sistem kerja Photovoltaic... 6 2.2.2 Karakteristik Photovoltaic... 7 2.3 Maximum Power Point Tracker...9 v
2.3.1 Proses Maximum power point tracker... 10 2.3.2 Mekanisme pembebanan untuk mendapat titik daya maksimum... 11 2.4 DC/DC Converter...11 2.4.1 Buck-boost Chopper... 12 2.5 Rangkaian Kontrol...16 2.5.1 Mikrokontroler PIC18F4550... 16 2.5.2 Rangkaian Driver... 19 2.5.3 Analog Digital Converter... 21 BAB III MPPT dengan Implementasi Buck-boost Chopper Berbasis Digital 23 3.1 Pendahuluan...23 3.2 Maximum Power Point Tracker...24 3.3 Rangkaian Daya Buck-boost Chopper...26 3.4 Rangkaian Kendali PIC18F4550...28 3.4.1 Perturbation and Observation Algorithm... 29 BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN...31 4.1 Pendahuluan...31 4.2 Simulasi...32 4.3 Hasil...... 34 4.4 Pembahasan...39 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...40 vi
5.1 Kesimpulan...40 5.2 Saran 40 DAFTAR PUSTAKA...41 LAMPIRAN...42 vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Struktur sel panel surya... 6 Gambar 2.2 Kondisi ideal arus dan tegangan pada photovoltaic... 7 Gambar 2.3 Kondisi real arus dan tegangan pada photovoltaic... 8 Gambar 2.4 Rangkaian ekuivalent panel surya... 8 Gambar 2.5 Kurva karakteristik panel surya terhadap impedansi.10 Gambar 2.6 Rangkaian buck-boost chopper... 12 Gambar 2.7 Keadaan buck-boost saklar on... 14 Gambar 2.8 Keadaan buck-boost saklar off... 15 Gambar 2.9 Mikrokontroler PIC18F4550... 17 Gambar 2.10 Optocoupler TLP 250... 19 Gambar 2.11 Rangkaian driver... 20 Gambar 2.12 ADC 0820... 22 Gambar 3.1 Diagram blok implementasi buck-boost MPPT berbasis digital.. 23 Gambar 3.2 Kurva tegangan dan arus terhadap pembebanan... 24 Gambar 3.3 Titik Operasi untuk pengontrolan titik MPPT... 25 Gambar 3.4 Kurva perbandingan hambatan masukan dan keluaran terhadap duty cycle pada buck-boost chopper... 27 Gambar 3.5 Implementasi buck-boost chopper sebagai MPPT dengan beban yang lebih besar atau kecil dari Rmpp... 27 Gambar 3.6 Flowchart dari algoritma P&O yang diimplementasikan pada PIC18F4550... 30 viii
Gambar 4.1 Rangkaian simulasi pembebanan PV dengan buck-boost MPPT 32 Gambar 4.2 Hasil perbandingan daya maksimal PV dengan daya yang diperoleh buck-boost sebagai MPPT.... 33 Gambar 4.3 Hasil simulasi perbandingan tegangan masukan dengan tegangan keluaran pada buck-boost MPPT... 33 Gambar 4.4 Buck boost MPPT dengan kendali PIC 18F4550... 35 Gambar 4.5 Penggunaan 2 ADC sebagai input PIC 18F4550... 36 Gambar 4.4 Hasil pengujian tegangan PV dan tegangan L chopper saat MPPT dioperasikan sebagai buck MPPT... 38 Gambar 4.5 Hasil pengujian tegangan PV dan tegangan L chopper saat MPPT dioperasikan sebagai boost MPPT... 38 ix
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Tabel pengujian photovoltaic.34 x