Edisi Hasil Penelitian

. POLAKONSUMSI PANGAN BERBAIIAN UBI KAYUDI JAWATENGAH(Sumardi)

. KESADARAN PEMTLAHAN SAMPAH RUN4AH TA\CCA PADAMASYARAKAT KOTA SEMARANG DAN YOGYAKAILTA(Paulus Hariyono, Sentot Sucia.rto A., Vercdca Kusdiartini,Etry Endang Listiati)

. SISTEM PENGKONVERSI DAYA MAKSIMAL MODUL SI,'RYAMTLAIUl DL,TEKSI TECA\CAN(Leonardus. Heru Prutomo)

. PERMODELAN PERGERAKAN TANAH PADA LERENG(Daniel Hartanto)

. SIGNIFIKANSI PAPAN REKIAME DI PUSAI KOTA SEMARANG(Yulita Titik Sunarimahingsih, Robeft Rianto Widj aj a,Yustina Trihoni Nalesti Dewi)

. DESAIN BUCK-BOOST CHOPPER SEBAGAI MPPT BERBASISMIKROKONTROLER(SlametRiyadi, Fl. Budi Setiawan)

. KARAKTERISTIK IJ'KM BAIIKPADAKIASTER BAIIKDI JAWATENGAH(Agustine Eva Maria Soekesi)

SERI KAJIAN ILMIAH I Vol.15 | No.1 Hal. 174 Semarang Jaruari 2013 I ISSN 0353-0707 l

Seri Kajian IlmiahJanuari 2013 Vol.l5 No.l

ISSN 0853-0707

Pelindung:Prof.Dr.Budi Widianarko, MSc

Penanggung Jarvab:Dr M. Sih Setija Utani, MKes

Redaksi:DrMarcella Elwina Simanjuntak, SH CN, MHum.

Dr.Octavianus Digdo H., SE Akt, MSi.Dr.Rr MI. Retno Susilorini, ST., MT.

Drs.Haryo Goe tno, MSi.prVG.Sri Rejeki, MT.hYulita Titik S., MT.

Reviewer edisi illi:Agustine Eva Maria Soekesi, SE., MM

Tata UsahaiBamabas Untung SudiaDto

Alamat Redaksi:LPPM Universitas Katolik SoegijapraData

Jl.Pawiyatan Luhur lv/l Bendan Duwur SemarangFax. (024) 8415429 Email: lppm@unika.ac id

Te lp . r0241 8316142. 8441555 (Hunt ing)

Penerbit:Universitas Katolik Soegijapranata

SERI KAJIAN ILMIAHSeri PeDelitian

Vo.l.15No.1

ISSN0853-0707

DAFTAR ISI

I. POLA KONSUMSI PANGAN BERBAHAN TIBI KAYU DI JAWATENGAH(Sumard i ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . l _15

2. KESADARAN PEMILAHAN SAMPAH RUMAH TANGGA PADAMASYARAXAT KOTA SEMARANG DAN YOGYAKARTA(Paulus Hariyono, Sentot Suciado A., Veronica Kusdiartini, Etty EndangL is t ia t i ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . t6_26

3. SISTEM PENGKOI\N'ERSI DAYA MAKSIMAL MODUL SURYAMELATUI DETEKSI TEGANGAN(Leonardus . Heru Pra tomo) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , , , , . . . . . . , . . , . . . . . . . . . . . 2 j_34

4. PERMODELAN PERGERAKAN TANAH PADA LERENG(Dadel Hartanto) ........3544

5. SIGNtr'IKANSI PAPAN RTEKLAME DI PUSAT KOTA SEMARANGCYulira Jitik Sunarimahiogsjb, Roben Rianto Widjaja, yustina TrihoniNa les t i Dewi ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45-59

6. DESAIN BUCK-BOOST, CHOPPER SEBAGAI MPPT BERBASISMIKROKONTROLER '](S lamet R iyad i , F l . Bud i Set iawan) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60_67

7. KAXAKTERISTIK UKM BATIK PADA KLASTER BATIK DI JAWATENGAH(Agust ineEvaMar iaSoeke6 i ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68_75

SERI KAJIAN ILMIAE, Volum€ 15, Nohor 1, Januafi 2013

DESAIN BUCK-BOOST CIIOPPER SEBAG{MPPT BERBASIS MIKROKONTROLER

Slamot Riyadi, Fl, Budi S€tiawadTeknik Elekro Unika Soegijapranata Semarang

ABSTRAKSI

'Ihis papt des.nbes a brck-boost chopper ttu)l cd be ihpleuented N dinum potrer poirttacLet (WPT). This cak be conrccted to the loadwhich are greater or Lss than WP rcsistance.Ttu cont/ol of this deice is bated oh nicrccont/oller so it is wry sinple and clvap. Analrtis isdoru to sire b6ic thq.y @d fka y sihuldtoi @d laborutory e*peiment arc done to vrily.Based on the resul6, the chopper is able to gite gain less or seder thd unit.

Keywotds I choppea MPPT, PU gait

PENDAHULUA}{Krisis bahan bakar fosil secara global

sangat berdampak bagi penyediaan energilistrik di Indonesia. Pemeintah telahmenyerukan upaya penghematan danpencarian energi alternatif dalammengantisipasi dampak krisis energi berbasisfossil. Posisi geografis Indonesia memberinilai tambah dalam pemanfaatan energi darrmarahari. Melalui panel suqa maka energimatshari dapat diubah secara langsungmeqjadi energi listrik dalam bentuktegangan/arus searah (DC).

Di Indonosia, panel surya banyakdimanGatkan unnrk menyediakan energilishik secara mandiri di daerah yang belumterjangkau oleh kelistrikan PLN. Sedangkandi daerah di mana tersedia energi listrikPLN, parcl surya dapat digabungkan melaluiPV-Grid Connected Systent. Untukmengoptimalkan daya png dihasilkan olehpafel surya maka dipetli.tkalr ]ulaimumPower Point Tlacker o'/PPT). Suahr MPPTumuninya berupa boost chopper sehtngg;ahan]6 riarnpu dioperasikan pada kondisi dimana resistansi beban listrik lebih besar dariresistansi ekuivalen panel surya. Padapembebanan di lapangan dapat tedadikondisi di mana rosistansi beban listrik lebih

kecil dari resistansi ekuivalon panel surlasehingga MPPT tidak mampu dioperasikansecan optimal.

Energi matahari menjadi fokuspengembangan energi altematif karenasifatnla yang terbarukan dan iamahlingkungan. Melaluipanel surya maka energimatahari dapal diubah menjadi en€rgi lishiksecara langsung. Dalah implementasinya,energi lishik ]ang dihasilkan oleh panelsurla smgat dipengaruhi oleh intensitasshar matahari dan temperatur sehinggauntuk menhgkatkan efisiensinlE makadalarn pengoperasiannya diperlukan suatuWP Truckel. Berbagai konsep kedali bagiMPPr telah dipaparkan [Esram & Chapman,20071, [Jiang dkk 2005].

Sebagai implementasi MPPI padaumumnya digunakan DCDC conwrter jenisboost td.api coneerter je,'is buch dapdtdigunakan sebagai MPPI deqan kendalidigital berbasis pada komparasi perhitunganpengukuran daya sesaat dan algorihna MPPTlAzab, 2008]. Meoda kendal MPPT lainjuga ditururkan untuk menhgkatkatr unjukkerja panel surla belalui metoda berbasiscohstant'roltage conrro,l [Kiranmayi, 2008].Kendali MPPT di atas umumtrya berbasisdigital dan diimplementasikan mengguakan

60

SERI XAJIAN IIJUIAE, Volume 15, Nomor l, Janua.i 2013

r,digkfiJtr\ digital signal prccessot (DSnkarena algoritmatrya )aog cuhrp kompleks.Kelemahao dari sistem digitaf ini adalahmunculnp delay dan alon memperlambataespotrnya serta mdhal.

Pada makalah ini diusullal suanrkodvcrter energi berbsis bxcbboostchoppe/ ]DnrE dioperasikaD sebag.i MPPTyang flcksibel Kom€rter id Eampudioperasikan bersama pa[el surya ]atrgdihubugkan beba[ Iisbik detrgon resistarsisebsraDg. Kendali yang digunakan be$asismikokontroler.

MAXIMTJM POWER POINT TRACKERSudr sel sr4a dapat dimodelkan dengatr

suatu suDber snrs ya|rg terhubung paraleldengan dioda dan resistansi shutrt 'R,, serta

terhubung s€ri de4.n r€sistadsi 4,dhyatakan d€ngar p€rsamaan (1)

Gamba-l Model dari selrurya

, =,, -, " -,, -, * -,.(* 4v;:! - t)- v:iy

( l)di maDa

= Idealizing faotor= Bolhann gas constant= resistadsi seri= iesistansi shutrt= arus akibat sinar matahad= muatatr ol€ktron- normal diode cwrctt

I" - dark saturation current

Persamaan (l) memrnjukkan hubutrganxegangan dan arus dari suatu sol surya tidaklini€r (Gambar-2).

t,lla

nxP

vi'.\/l'-'

r', t-

,nk4xdl,

ID

Gambar-2 KaraLleristik sel surls

Pada kordisi s€l surlaa terbuka (tidakterhubung ko be,bm) maka arus s€l surlaakan sams dengan dol sehingga t€gangamlaberada pada nilai daLsimumnya, )aituteg,f,g,dd open citcltit l/*, Kofrisisobaliknya terjadi jika s€l surya terhubungsingkat )ang o€ngakibatkatr tegangannlasama dengan nol datr arusnya berada padanilai maksimumnp, )aitu arus hubungsingkat I,". Pada kedua kotrdisi tersebutmaka sel surya tidak akan E€nghssilkandala. Daya yang dihasilkao akan dapatdimangatkan jika teganga! dan arus selsurlaa tidak sa!'a dengan nol sedangkandap malsimum terjadi jika berada padalekukan hrrva I-V. Titik di oant suatu selsuqa manpu m€ngbtsilkan dap maksimumsering dinamakal m&imutt pover point(MPP). Pada titik ioi akan dipe.ol€h suatunilai tegangatr V*n dn or].ts IM"r. Untukmemahami bagaimana kinerja parcl suryamah pada Gambar4 dan Gambar-Sdisajikan suatu kurva I-V da! P-V suatu selsurla pada i"adi4Ji dan temperatur tertentu.

6l

SERI KAJIAN ILMIAH, Volume 15, Nomor 1, Januaii 2013

Pomasangan suatu beban listrik seoaralalgsung pada panel surya akanmenyebabkan arus mengalir menuju bebatrlistrik tersebut Mengacu pada model yangkurva I-V-nya disajikan pada Gambar-4maka pembebanan dengan beban 'aryberubah s€cara langsung akan meflyebabkandaya lang dikirirnka.o ke beban berubah.Operasi pada lel(lrkan lorrw I-V akanmemberikan daya maksimum.

Operasi panel surya sepsrti di atas utrtukaplikasi teftetrtu k:wang disukai karena tidakbekerja pada kondisi optimahya. Agar dapatbekerja pada kodisi optiDialnya maka arusdan tegangan panel surya harus berada pada

nifai MPP, laitu pada r.Jlai 1'rganga'J T6'"

dan arus lrPp. Kondisi demikian dapat

dicapai jika beban tidak dihubungkan secaralatrgsung dengan panel surya m€lainkanmelalui srratu povel condilianer yang sertngdikenal dengan MPPT. suatu MPPI akanmengatur tegangan/arus ke beban sehinggaakan sama dengan dala makindal suatupanel surya.

_ !

Gambar-6 Pembebaoan melalui MPFTpada Panel surya

Suatu MPPI bek€rja sebagai kelengkapanPV agar daya yang dihasilkan oleh PVmencapai nilai maksimum pada kondisilingkungan tertentu. Dengan mengacu lqrn'akarakteristik P-V dan I-V dari suatu PVmaka dapal dilihat bahwa titik operasi yangmenghasilkan da)a maksimum terletak diouncak kurva P-V atau di posisi lekukanikneel dari kurva l-V. Untuk memahamibagaimana MPPT bekeda maka dapat dilihatGambar-7 )ang menlajikan lofva P-V dariPV. Dimisalkan titik operasi awal di titik Adi sebelah kiri titik operasi (titik MPP) danjauh dari nilai daya maksimum ( PM'p) maka

titik oporasi harus digeser lebih ke kanan.Detrgar mengacu pada lorrva I-V maka

Gambar-3 Pembebanal langsung pada panelsurya

Gambar-4 Kurva I-V suatu sel surya padairadiasi dan temperatur tertentu terhadappombeba[an

Gambar-s Kurva P-V suatu s€l surla padairadiasi dan temperatur tertentu telhadapoembebanan

62

SERI XAJIAI{ ILMIAH, Voluh€ 15, Nomor l, Januari 2013

pergeseran ke kamq dapat dilakukan denganmenaikkan tegargan PY (I/pv) *dJmenurunkan arus PV (Ipr). Berbeda jikatitik awal operasi berada di sebelah kanantitik MPP (dimisalkan titik C) maka untukmenaikkan daya PV dilakukan donganmenggeser ke kiri titik operasi dari C menujuD. Inngkah ini dilakukan denganmenwunkan tegangan PV (ypv) af'?trtmebaikkan arus PV (1py).

Gambar-? Pergeseran titik opemsi menujunilai daya maksimum

Kedua langl€h menaikkan nilai daya PV(dari A ke B atau dari C ke D) dibedakandengan menaikkan t€gangan PV ataumenuunkan legangan PV berganfungapakah titik awal operasi berada di sebelahkiri atau kanan dad titik MPP. Pergeserantitik operasi dafi A ke B akan berimplikasipada perubahan daya P,{ (da}a di titik A)mermju P3 di mana P7 ( P, selain itu juggterjadi pergeseran nilai tegaqar operasi pVdari F,a metruju VB di '|.arE y j < VB , J*^kondisi ini yang terjadi, di mana pergeseraDke kanan akan menaikkan nilai dala pVmaka langkah selanjutola yang dilakuk nadalah menggeser titik operasi PV makin kekamn hiogga dala PV rnencapai Pia,p. Dari

sini dapat disirnpulkan i:ika &- d,an 4Ldt dt

b€nflai positif maka untuk menuju nilai

P1r,. tegangan PV harus ditambah atau arusPV harus diturunkan.

BUCK-BOOST CEOPPf,RPada cambar-8 disajikan suatu 6rct-

boost chopper dengertegangaq DC masukan,E dan tegangan keluaran rata-rata sebesar /,yang terhubutrg d€ngan beban sebesar 4d.Karena saklar S akan dikendalikan untuk O.lIdan OFF d,engian duy cycle sebasr d. Padasaat saklar .S pada kondisi O.lV maka arusakan mengalir melalui induktor I menuju ketegangan sunrber E Pada kondisi initegangan induktor (r4) akan bemilai t, arusinduldor I dapat diturunkan deryanpersamaan

.a i _" ^ =

o o

LAI=E.At=E.toN

7Gambar-8 Rangkaian buok-boost chopper

Pada kondisi ini arus induldor akan naikdengan selisih arus dari kondisi awal sebesar/1 selama irterval tolv, Sed.ngkan saatsaklar ,S membuka maka arus induktor akantslus mengalir menuju sisi beban dankembali rnelalui dioda D. persamaan langdapat diturunkan pada kondisi ini adalah

Q)

63

SERI KAJIAI{ ILMIAE, Volume 15, Nohor 1, Jaruari 2013

,A i , ,r t '

LAI =V.At =/".tow

Pada ko[disi ini arus induktor akan turundengan selisih arus dari kondisi awal sebesarAI s€lama interyal toFF. Der.ganm€nyarnakaa persarnaan (2) dar (3) akandidapat hubungan berikut

E.toN =V..taFF

EJ1N =V.V -toN )

v = tor't F

t/ = LE (4)

Mengaou pada hukum kekekalan energimaka jika dianggap sjstem ideal. daya sisimasukan sama dengan dalE sisi keluaran danakan didapat hubungan

E I ,=V" I "

^,.=(+)'^.", . (s)D

Gambar-I0 Rangkaian ekuivalen buck-boostohopper saat saklar S membuka (OFF)

Gambar-l1 Kurvaperbandinganlaharlaomasukan dan keluaran terhadap duty oyole

pada buok-boost chopper

Settnqqa nllal " >0 semnesa suatup - -

buck-hoost chopper akwr selalu memandangtahanan beban sebagai tahanan ekuivalenyang lebih besar&ecil oilainya. Dengandemikian jika buck-boost choppeldiimplementasikan sebagai MPPT makabeban yang terpasang pada PV melaluiMPPT dapat lebih besar/kecil dari ,RM," .

Jt

'[J*eiGambar-I2 Rangkaian ekuivalen sisi

masukan buck-boost chopper

(3)

_E - . y^

&" - &",E2 v : (d \ 'E '

4" R. \t-d) R.",

Gambar-g Rangkaiatr ekuivalen buck-boosrchopper saat saklar S meNtup (O\)

r

7

64

SERI KAJlAll ILMIAH, Volume 15, Nomor 1, JaNari 2013

Gambar-13 Impleme asi buok-boos{ohopper sebagai MPPT untuk beban dengan

trhanan lebih besa./kecil dad Rid"p

EASIL DAITT PEMBAEASAI\IUnhrk melakukan verifikasi atas analisis

yang dilakulGn makr dildkukan simulasadengan menggunakan penrykat lunakPSIM. Pada Gambar-|4 da! cambar-Isdisajikan kurva PV daa rangkaiad untuksinulasi,

Gambar-I4 Ifurva V-I dari photovoltaicsebagai model simulasi

Gambarl5 Skema PV dan MPPT be bebanreslstif u ntuk simulasi

t*Gambar-I6 llasil simulasi nilai tegangan PV

darl tegangan MPPT jeds buok-boostohopper sebagai MPPI untuk daya PV

dergan beban 826 Ohm, beban 4,13 Obmdan beban 2,75 Ohm

Gambar-l7 Ilasil simulasi nilai da,6 PV dantegangan MPPr jenis buck-boost chopper

sebagai MPPI untuk daya PV dengan beban8,26 Ohm, beban 4,13 Ohm, beban 2,75

(rhm

Pada Gambar-l8 ditunjukkan prototipMPPT jedis buck-boost chopper langdirancang untuk pengujian laboratorium.Dengan menggunakatr prototip ydngdirancang diperoleh hasil pengtjiart chopperjefis buck-boost seperti ditunjukl@n padaTabel-l. Dari hasil tersebut tampak bahwacroppel mampu melakukan firngsi ,rc* dan,oosr. Sedangkan gelombang tegangatr padainduktor yang dlpakai chopper disajikatDada Gambar-l9 dan Gambar-2o.

65

SERI KAJIAN ILMIA.E, Volume 15, Nomor 1, lanuari 2013

GambarlS hototip uatuk pengujiarlaboratorium

Gambar-l9a Tegangan pada induktor dengand=5,14%

Gambar-l9b Tegangan pada induktor dengandF86,3%

Dad peagamatan dapat ditunjukkanb^hwa chopper n:aopu mehlorkan firngsibuck da't boost dongan baik. Hal id dapatdibuktikan dengan rilai Gain tw\g da'patlebih kecil atau lebih besar dari 1.

KESIMPI]LA}'Suatu chopper jenis buok-boos't mampu

menghasilka[ tegangan keluaratr yang lebihkecil/besa! dibanding t€gangan masukan.Dedgan demikian implemenlasi sebagaiMPPI akad mampu dibebani dengantahanan sebarang. Tetapi )€ng perludiperhatikan adalah nilai pengsalan terbesarhanya 2,27 sehiqga tahsntn maksimumlang dapat dipasang pada MPPT adalah 2,27k^li RM,p .

UCAPAI\I TERIMA KASIHKami sangEt berterima kasih kepada

Dirjen DIKTI Kemdik$s atas bantuan dalapada Program Penelitiatr Hibah Besaingsehingga makalah ini dapat disusun.

Tabel-l Pengujiatr chopper

7,4 10,19 0,55 0.0515,7 10,19 1.43 0,14

23,S 10,19 2,70 0.2631.4 10,19 4,@ o,4

10,19 5,63

47,l 10,19 7,2O o,77s4.9 10.19 a,74 0,86

70,L9 9,47 o,9770,6 70.t7 10.31 1,Ol

78,4 9,77 10,84 1,It86,3 10,8094,1 4,4 10,91 2.27

66

SERI KAJIAN ILMIAE, Volume 15, Nomor l, Januari 2013

DAI'TAR PUSTAKA

Azab M. 2008. A New Maximum po14er poiht Traching for phototoltaic Systetus,Proc€edings ofworld Acadeny ofsci€noe, Engineering and T;hnology Vol. 34, Oct 2008

Esram T., and Chapman P. L. 2007. Co wison of photovottaic Aftt y M@<itnum powerPoint Trucking Techniqlrer, IEEE Tnnsc. On Ercrgy ConversiorL Vol. 22;No .2,pp.439449

Jiang J. A, Huang T. L, Hsiao Y. T, and Chen C. H. 2005. Lh)cirnlm power Tracting forPhotot)oltaic Power Systenr, Tamkaag Joumal of Science and Engineering, Vol, S, No 2, pp.147-153

Kiranmayi R, Reddy V. K., and Kumar M, V., 2008. Modeling and a MppTfor Solar Cell,Jou.lal ofEngineering atrd Applied Science 3(l), pp. 128-133

Riy?di,S., 2010. Controlled Cunsnt Source sebagai Interface pv-Gdd Connect€d Syster\Prosiding EECCIS (Elechical power, El€otronics, Comhunioations, Controls andInformatics), Malang 2010, hal. A25.1-A25.5

RiFdi,S., 2010. Koneksi Photovoltaic helalui VSI berbasis Kendali Arus untuk pembagianBoba4 JIIEE (The Journal of Informatiotr Teohnology and Eleotrical Engineering), Vol. 2,April2010 t1@,!' 32-37, UGM Yogj/akafia

67