Rancang Bangun DC – DC Sepic Converter Dengan Kontrol Mppt Pada Panel Surya Berbasis PID

Abstract

Konsumsi listrik di Indonesia setiap tahunnya terus meningkat sejalan dengan meningkatnya pertumbuhan ekonomi nasional, pertambahan penduduk serta konsumsi energi masyarakat. Ditambah ketergantungan Indonesia pada energi fosil membuat energi minyak bumi dalam negeri menjadi menurun drastis sejak 2001 silam. Keadaan ini didorong oleh kebutuhan yang terus naik dan tumbuhnya sektor industri di Indonesia. Ketergantunga energi fosil ini masih di dominasi oleh kebutuhan minyak yang mencapai 41.8%, disusul batu bara 29% dan gas 23%. Kebutuhan yang sangat besar ini ternyata tidak bisa di potong oleh cadangan energi yang kian menipis. Cadangan minyak misalnya, hanya cukup 23 tahun lagi terhitung 2014, sedangkan cadangan gas masih cukup sampai 50 tahun kedepan dan batu bara 80 tahun kedepan. Oleh sebab itu, perlu di rancang sebuah alat konverter yang dapat mengubah sebuah tegangan keluaran dari panel surya, dari tegangan kecil menjadi tegangan yang besar dan juga dari tegangan besar menjadi tegangan kecil, untuk mencapai hal tersebut maka di gunakan dc – dc jenis sepic converter. Sepic converter sangat efektif untuk mengisi batterai dengan panel PV. SEPIC adalah jenis dc – dc konverter yang memungkinkan output tegangan lebih besar dari atau kurang dari tegangan, input, output dari SEPIC di kendalikan oleh duty cycle dari kontrol MOSFET. Dari permasalahan tersebut untuk meningkatkan efisiensi dari panel surya maka di buat alat yaitu “RANCANG BANGUN DC - DC SEPIC CONVERTER DENGAN KONTROL MPPT(P&O) PADA PANEL SURYA BERBASIS PID” Sepic converter adalah converter DC ke DC dan mampu beroperasi baik dalam keadaan naik atau turun dan banyak di gunakan dalam peralatan yang dioperasikan dengan baterai dengan memvariasikan duty cycle sinyal gerbang MOSFET. Untuk menghasilkan respon tegangan output yang stabil dari switching maka di gunakan sistem kontrol MPPT PID untuk menentukan parameter steady state dan memperbaiki set point. Sehingga semua daya yang terserap pada beban, sehingga efisiensi daya sepic converter akan bernilai menjadi 100%. Pada penelitian ini dilakukan dua perlakuan untuk optimalisasi dan pencarian daya maksimal yang dapat dihasilkan oleh Panel Surya berkapasitas 50 WP. Dua perlakuan optimalisasi daya tersebut yaitu terdiri dari optimalisasi daya dan optimalisasi tegangan. Pada penelitian ini, optimalisasi daya dinamis dilakukan dengan cara scanning atau melacak titik daya tertinggi. Proses ini dilakukan untuk menambahkan nilai iradiasi yang ada pada panel surya karena sinar matahari yang menimpa penel surya tidak selalu tegak lurus dengan panel. Proses scanning dilakukan setiap 15 menit untuk mengetahui titik daya tertinggi oleh sinar matahari, sehingga dengan pengaturan ini cahaya matahari yang datang dapat maksimalkan daya keluaran. Variabel yang menjadi acuan dasar untuk proses scanning ini yaitu jumlah intensitas cahaya matahari, untuk dilakukan dengan perhitungan dan perbandingan terhadap daya sekarang di kurangi dengan daya sebelumnya. Hasil dari pengoptimalan scanning ini ditunjukkan dengan rata – rata nilai iradiasi saat menggunakan MPPT sebesar 25,396 W/m², dan pada saat tidak menggunakan MPPT sebesar 20,320 W/m². Perbedaan nilai iradiasi ini juga berpengaruh pada daya output yang dihasilkan, rata – rata daya output pada saat menggunakan MPPT sebesar 31,58 Watt, pada saat tanpa menggunakan reflektor daya output yang dihasilkan sebesar 26,98 Watt. Optimalisasi daya statis pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan konsep Maximum Power Point Tracking. Perancangan MPPT ini terdiri dari boost converter sebagai pengatur untuk menaikkan nilai tegangan yang diberikan pada beban Rmp. Pengaturan ini dilakukan dengan memberikan sinyal pulsa PWM pada driver sepic converter. Perancangan sepic converter terdiri atas Induktor, Mosfet, Dioda, Kapasitor, dan beban Rmp. Definisi MPPT yaitu sebuah metode untuk mencari titik nilai daya maksimal yang dapat dihasilkan panel surya dengan berbagai perubahan nilai iradiasi. Anaslisis daya maksimal tersebut dilakukan dengan menggunakan algoritma Perturb and Observe. Analisis algoritma ini berdasar grafik karakteristik Daya – Tegangan (P-V) dengan berbagai macam nilai iradiasi. Pada grafik tersebut terdapat titik puncak yang disebut MPP (Maximum Power Point), titik inilah yang menjadi titik acuan untuk mencapai daya maksimal. Ketentuan untuk mencapai titik tersebut adalah saat nilai error (e) = 0, nilai error dapat dicari dengan ketentuan Perubahan Daya (∆P) dibagi dengan Perubahan Tegangan (∆V). Hasil dari analisis algoritma Perturb and Observe yang berupa nilai error tersebut selanjutnya akan diproses lagi dengan perubahan nilai error pembacaan saat ini dengan pembacaan error sebelumnya, Kriteria yang harus dipenuhi untuk mencapai daya maksimal yaitu e = 0, namun pada saat terjadi e>0 maka untuk mencapai nilai MPP nilai duty cycle harus dikurangi sehingga nilai error bisa sama dengan 0. Begitu sebaliknya saat nilai e<0, untuk mencapai nilai MPP nilai duty cycle harus ditambahkan sehingga nilai error benilai sama dengan 0. Hasil pengujian keseluruhan sistem MPPT Dari data yang di peroleh dapat dilihat pada setiap waktu dengan intensitas cahaya sebesar 536 Lux dengan kontrol MPPT PID didapatka daya sebesar 15,358 Watt. Kemudian ketika tanpa menggunakan kontrol MPPT PID daya yang di dapat lebih rendah yaitu sebesar 14,824 Watt. Hal ini terjadi karena pada saat pengujian keseluruhan menggunakan MPPT PID dapat melacak titik daya tertinggi yang di capai oleh panel surya. Berikut ini merupakan grafik perbandingan daya output pengujian keseluruhan dengan MPPT dan tanpa MPPT.