BAB 4 ANALISIS DAN BAHASAN
4.1.
Spesifikasi Sistem
4.1.1. Spesifikasi Panel Surya •
Model type: SPU-50P
•
Cell technology: Poly-Si
•
Isc (short circuit current) = 3.17 A
•
Voc (open circuit voltage) = 21 V
•
FF (fill factor) = 75.11%
•
EFF (panel surya efficiency) = 13.4%
•
Pmaks (maximum power) = 50 W ±3%
•
Imaks (maximum current) = 2.86 A
•
Vmaks (maximum voltage) = 17.5 V
4.1.2. Spesifikasi Baterai •
Merk: INCOE
•
Tipe: MF N70Z-D
•
Jenis aplikasi: deep cycle
•
Jenis konstruksi: Absorption Glass Mat (AGM)
•
Kapasitas: 75Ah
•
Tegangan: 12V
87
88 4.1.3. Spesifikasi Lampu Jalan •
Lampu jalan terdiri dari 3 baris LED yang diparalelkan dengan masingmasing barisnya terdiri dari 5 buah LED.
•
Menggunakan 15W high power LED dengan lifetime 50000 jam.
•
Sesuai dengan standar SNI (4 lux pada ketinggian 10-11 meter).
4.1.4. Spesifikasi Charge Controller •
Mikrokontroler AVR ATTiny861A digunakan sebagai pusat kontrol sistem.
•
Bahasa pemograman C digunakan sebagai perangkat lunak pada mikrokontroler ATTiny861A.
•
Menggunakan teknik MPPT.
•
Memiliki fitur overcharged protection.
•
Self consumption 1100mW.
4.1.5. Spesifikasi LED Driver •
Mikrokontroler AVR ATTiny861A digunakan sebagai pusat kontrol sistem.
•
Bahasa pemograman C digunakan sebagai perangkat lunak pada mikrokontroler ATTiny861A.
•
4.2.
Self consumption 1960mW.
Daftar Komponen Komponen-komponen (secara garis besar) yang digunakan untuk pembuatan sistem ini ditunjukkan pada tabel 4.1.
89 Tabel 4.1 Komponen-Komponen Sistem Secara Garis Besar Nama komponen
Tipe
Jumlah
Panel Surya
SPU-50P
1
Baterai
MF N70Z-D
1
Lampu Jalan
-
1
Sistem Charge Controller
-
1
Sistem LED Driver
-
1
Bagian sistem charge controller terdiri dari bagian DC-DC converter (buck+boost converter) dan bagian kontroler. Komponen-komponen yang digunakan ditunjukkan pada tabel 4.2 dan tabel 4.3. Tabel 4.2 Komponen-Komponen Buck + Boost Converter Nama komponen
Tipe / Ukuran 0.1 (5W)
20 (0.5W)
10 (0.25W)
Jumlah 4
1
1
Resistor 2.2K (0.5W)
19K (0.25W)
1K (0.5W)
1
1
1
Mylar/220nF
1
1uF
1
2.2uF
1
100uF
2
Kapasitor
90 100nF
1
Mylar/68nF
1
1uF
1
330uF
1
100uH
1
100uH
1
MOSFET Gate Driver
IR2184
2
Current Sensing
MAX4378
1
Step Up Regulator
LM2577
1
Transistor
IRF3710
2
MBR20100
2
1N4148
2
Induktor
Dioda
Tabel 4.3 Komponen-Komponen Buck + Boost Controller Nama komponen
Tipe / Ukuran
Jumlah
Mikrokontroler
ATTiny461
1
Crystal
XTal 16MHz
1
Regulator 5V
LM2576
1
Dioda
1n5822
1
Induktor
100uH
1
100nF
2
100uF
1
1mF
1
22pF
2
Kapasitor
Resistor
100K (0.5W)
2
91 22K (1/2W)
47K (1/2W)
10K (0.5W)
220 (0.25W)
1
1
2
1
Push Button
-
2
LED
-
1
Relay
10A
1
Switch
DPDT
1
Bagian sistem LED driver terdiri dari bagian DC-DC converter (boost converter) dan bagian kontroler. Komponen-komponen yang digunakan ditunjukkan pada tabel 4.4 dan tabel 4.5. Tabel 4.4 Komponen-Komponen Boost Converter Nama komponen Resistor
Tipe / Ukuran 10 (0.25W)
Jumlah 1
330uF
2
47nF
2
Induktor
100uH
1
MOSFET
IRF540
1
Dioda Schottky
1N5822
1
Dioda
1N4001
1
MOSFET Gate Driver
IR2184
1
Kapasitor
92 Tabel 4.5 Komponen-Komponen Boost Controller Nama komponen
Tipe / Ukuran
Jumlah
Mikrokontroler
ATTiny461
1
Crystal
XTal 16MHz
1
Regulator 5V
LM7805
1
22pF
2
100nF
2
470nF
1
0.1uF
1
47nF
1
Kapasitor
10K
Resistor
220K
1 (1W)
4.3.
2
1
6
Push Button
-
2
Dioda
1N4001
1
Switch
DPDT
1
LED
-
1
Implementasi
4.3.1 Prosedur pengoperasian sistem Bagian ini merupakan bagian cara mengoperasikan charge controller ini. Berikut adalah gambar dari connector yang terdapat pada bagian charge controller ini.
93
Gambar 4.1 Tampilan Connector Charge Controller Masing-masing connector di atas menghubungkan charge controller dengan panel surya, baterai dan lampu jalan. Baterai dapat dipasangkan pada bagian ‘1’ seperti yang ditunjukkan oleh gambar dimana connector merah dihubungkan ke positif baterai dan connector hitam dihubungkan ke negatif baterai. Kemudian bagian ‘2’ merupakan bagian sumber daya untuk modul kontroler lampu jalan yang digunakan, connector yang berwarna merah untuk kutub positif dan connector yang berwarna hitam untuk bagian negatif. Sedangkan bagian ‘3’ merupakan connector yang dihubungkan ke sumber tegangan untuk lampu jalan. Berikut adalah gambar tampilan depan charge controller ini:
Gambar 4.2 Tampilan Depan Charge Controller
94 Pada gambar di atas, terdapat indikator yang ditunjukan pada bagian ‘1’ yang akan mengindikasikan bahwa charge controller telah menyala. Kemudian terdapat tampilan LCD yang akan menampilkan informasi mengenai charge controller. Sedangkan pada bagian ‘3’ terdapat reset yang berfungsi untuk me-reset charge controller. Berikut tampilan LCD ketika dinyalakan beserta dengan informasi yang ditampilkan:
Gambar 4.3 Tampilan LCD Pada tampilan LCD di atas, bagian nomor ‘1’ menyatakan informasi mengenai tegangan input dari panel surya. Bagian nomor ‘4’ menunjukkan arus input dari panel surya. Bagian ‘2’ menunjukkan nilai dari duty cycle dalam bentuk nilai register OCR. Untuk mendapatkan nilai persentase duty cycle, nilai ini dapat dibagi dengan 430. Bagian ‘3’ menunjukkan tegangan dari baterai yang terukur. Kemudian bagian ‘5’ menunjukkan mode dari charge controller, apakah mode buck (0) ataupun mode boost (1), sedangkan bagian ‘6’ menunjukkan bagian arah pergerakan dari MPPT, yang jika ke kiri (L) atau pun ke kanan (R). Kemudian bagian ‘7’ menunjukkan fase baterai yaitu trickle (1), bulk (2), ataupun floating (3). Sedangkan bagian ‘8’ menunjukkan nilai daya input yang berasal dari panel surya.
95 Pada charge controller juga terdapat sebuah tombol power yang digunakan untuk menyalakan ataupun mematikan charge controller. Berikut ini merupakan gambar dari tombol power:
Gambar 4.4 Bagian Tombol Power Untuk prosedur cara pemasangan dan pengoperasian charge controller adalah sebagai berikut: 1.1.
Pasang baterai dan LED driver ke charge controller sesuai dengan connector
yang telah disediakan. 1.2.
Kemudian tekan switch untuk menyalakan charge controller. Jika tombol
power telah ditekan maka lampu indikator dan tampilan LCD akan menyala. 1.3.
Kemudian hubungkan modul panel surya ke connector yang telah disediakan.
1.4.
Jika modul panel surya telah terpasang dengan benar maka ketika panel surya
mendapat cahaya matahari maka akan terbaca nilai tegangan dan arus dari panel surya pada tampilan LCD.
4.4.
Tahap Pengujian Pengujian yang dilakukan untuk pengambilan data sistem terdiri dari 2 bagian, yaitu, uji coba teknik MPPT dan uji coba LED driver.
96 4.4.1 Pengujian Teknik MPPT Pengujian yang dilakukan terkait dengan teknik MPPT adalah pengujian daya transfer maksimum, pengujian daya maksimum yang dihasilkan dibandingkan dengan rating panel surya, dan pengujian perbandingan teknik MPPT terhadap teknik non MPPT (directly). 4.4.1.1 Pengujian daya transfer maksimum Pengujian ini dilakukan dengan tujuan untuk membandingkan daya transfer maksimum antara sistem kami dengan daya yang dihasilkan dari perhitungan teori. Seperti yang telah dibahas di bagian teori, daya transfer maksimum terjadi ketika hambatan RS sama dengan hambatan RL. Bila hambatan RS dan RL sama, maka tegangan sumber power supply akan terbagi dua, yaitu ke resistor dan ke charge controller. Salah satu algoritma MPPT, yaitu Perturb and Observe telah kami implementasikan pada charge controller.
Gambar 4.5 Foto dan Blok Diagram Pengujian Daya Transfer Maksimum
97 Resistor dipergunakan sebagai RS atau hambatan dalam dari power supply. Daya transfer maksimum dapat dihitung secara teori dengan menggunakan hukum Ohm dan persamaan 2.49 :
(4.1)
Dimana Pmax adalah daya maksimum, VR adalah tegangan yang jatuh pada resistor, dan R adalah nilai resistor yang dipergunakan yaitu 40 ohm. VR dapat dihitung ketika daya maksimum terjadi yaitu setengah dari VPSU yang merupakan tegangan power supply.
Gambar 4.6 Grafik Daya Transfer Maksimum dengan Sumber Daya dari Power Supply Garis yang berwarna biru adalah daya yang jatuh pada oleh charge controller. Charge controller memiliki output LCD yang dapat menampilkan
98 daya yang diterimanya. Daya praktek atau Ppraktek diambil berdasarkan pada tampilan LCD pada charge controller. Garis yang berwarna merah adalah daya yang dihitung secara teori, dimana daya yang jatuh pada charge controller sama dengan daya yang jatuh pada resistor sama dengan daya maksimum. Dengan demikian, kami mengukur daya maksimum teori atau Pteori dengan cara mengukur daya yang jatuh pada resistor, yaitu tegangan resistor yang dikuadratkan dibagi dengan nilai hambatan resistor tersebut. Grafik hasil dari pengambilan data diatas memperlihatkan bahwa nilai Ppraktek dapat mengikuti nilai Pteori. Saat Pteori bertambah, maka Ppraktek juga bertambah mengikuti Pteori. Akurasi rata-rata dari sistem adalah 96,54% atau error rata-rata adalah 3,45%.
4.4.1.2 Pengujian daya maksimum yang dihasilkan dengan rating panel surya Pengujian ini dilakukan dengan tujuan untuk membandingkan daya yang diambil oleh sistem dengan daya dihasilkan oleh panel surya. Seperti pengujian pertama, daya yang diambil oleh sistem dapat diketahui dari output LCD yang telah tersedia. Daya yang dihasilkan oleh panel surya didapatkan dari rating Fill Factor (FF) dari panel surya yang digunakan. Pencarian daya maksimum menggunakan FF dapat dilakukan menggunakan persamaan 2.2. Dimana Pmax adalah daya maksimum yang dapat dikeluarkan oleh panel surya (dalam watt), Voc adalah tegangan open circuit dari panel surya (dalam volt), Isc adalah arus short circuit dari panel surya (dalam ampere), dan FF adalah konstanta yang didapat dari datasheet panel surya (dalam persen).
99 Parameter Voc dan Isc diukur langsung dari panel surya, sedangkan FF didapat dari datasheet. Dengan demikian, nilai daya maksimum yang dihasilkan oleh panel surya dapat kita hitung. Dari nilai daya maksimum secara teori ini, kita akan bandingkan hasilnya dengan daya yang dapat diambil oleh sistem. Selisih dari kedua daya ini dimasukkan ke dalam grafik yang menampilkan perbedaan atau selisih daya tersebut dalam bentuk persen. Perlu diingat bahwa daya yang dibahas pada pengujian kedua ini merupakan daya input dari rangkaian charge controller, bukan daya yang masuk ke baterai. Loss dan penggunaan daya yang diperlukan untuk mengaktifkan rangkaian adalah 1100mW yang didapat dari pengukuran. Di bawah ini merupakan grafik selisih antara daya maksimum yang didapatkan dari perhitungan dengan daya yang didapat oleh sistem charge controller terhadap iluminasi cahaya.
Gambar 4.7 Power Difference Vs Illuminance
100 Sumbu X pada grafik diatas menunjukkan iluminasi dalam ratusan lux. Lux meter dipergunakan untuk mengukur iluminasi. Sumbu Y pada grafik menunjukkan perbedaan daya (dalam persen) antara daya yang dihitung secara teori menggunakan FF dengan daya yang didapat oleh sistem yang dapat dilihat menggunakan output LCD. Selisih antara daya yang didapat oleh sistem dengan daya maksimum yang dapat dihasilkan oleh panel surya berkisar antara 5,23% sampai 9,74%.
4.4.1.3 Pengujian teknik MPPT terhadap teknik non MPPT (directly) pada modul charge controller dengan sumber daya dari panel surya Pengujian ini bertujuan untuk membandingkan daya yang keluar dari panel surya dengan teknik MPPT dan dengan teknik non-MPPT (directly). Berikut ini merupakan experiment set cara pengambilan data:
Gambar 4.8 Blok Diagram Sistem dengan Teknik MPPT (kiri) dan Teknik Directly (Kanan) Charge controller akan mencari daya maksimum dari panel surya dan kemudian akan digunakan untuk charging baterai. Pencarian daya
101 maksimum dari panel surya menggunakan teknik MPPT yang telah diujikan pada pengujian pertama dan kedua. Daya yang keluar dari panel surya atau daya yang masuk ke charge controller akan diukur dan ditampilkan di LCD. Pengukuran daya yang keluar dari panel surya dilakukan menggunakan multimeter arus dan tegangan. Kutub positif panel surya dihubungkan ke kutub positif baterai, sedangkan kutub negatif panel surya dihubungkan ke kutub negatif baterai. Di bawah ini adalah hasil perbedaan daya yang terjadi (dalam persen) terhadap iluminasi:
Gambar 4.9 Power Difference Vs Illuminance Selisih daya didapatkan dengan menggunakan persamaan:
(4.2)
102 Selisih daya minimum antara teknik MPPT dengan directly adalah 15,649%, sedangkan selisih daya maksimum adalah 24,678% dan selisih daya rata-rata yang didapatkan adalah 20,73%. Data yang didapatkan lebih baik dibandingkan dengan penelitian sebelumnya (S. Aryuanto, U.K. Awan, I.N. Yusuf, S.D. Endra, 2012) dengan rata-rata selisih daya sebesar 15.04%. Hal ini mungkin terjadi karena pada penelitian sebelumnya hanya menggunakan buck converter saja sedangkan penelitian ini menggunakan buck+boost converter yang dapat bekerja pada saat tegangan panel surya lebih kecil atau lebih besar dari tegangan baterai. 4.4.2 Pengujian LED Driver 4.4.2.1 Pengujian rangkaian boost converter dengan tegangan input bervariasi Pengujian ini berfungsi untuk melihat arus output ke LED yang dihasilkan terhadap tegangan input yang bervariasi. Daya input diambil dari power supply dengan tegangan input yang bervariasi. Tiga string LED sebagai output yang masing-masing dialiri 350mA membutuhkan arus output total sebesar 1,05A. Arus output diukur menggunakan multimeter. Di bawah ini adalah grafik hasil pengujian arus output terhadap tegangan input:
103
Gambar 4.10 Output Current Vs Input Voltage Sumbu Y menunjukkan arus output total (Iout) dari 3 string LED, sedangkan sumbu X menunjukkan tegangan input yang berasal dari power supply. Tegangan minimal input adalah 9,21V agar boost converter dapat mencapai nilai arus yang diinginkan. 4.4.2.2 Pengujian efisiensi LED driver Pengujian ini berfungsi untuk menunjukkan efisiensi dari LED driver. Nilai efisiensi didapatkan dari pengukuran daya output dibagi dengan daya input dikali 100 persen. Daya output adalah daya yang didapatkan oleh 3 string LED yang diukur menggunakan multimeter arus dan tegangan. Daya input adalah daya yang didapatkan oleh sistem LED driver yang diukur menggunakan multimeter arus dan tegangan. Sumber daya input berasal dari baterai. Di bawah ini adalah grafik efisiensi sistem LED driver terhadap waktu:
104
Gambar 4.11 Efisiensi LED Driver Efisiensi minimum mencapai 89,7%, sedangkan efisiensi maksimum dapat mencapai 91,9%. Data diambil sebanyak 12 data berturut-turut dengan selisih waktu pengambilan data adalah 1 jam.
4.5.
Evaluasi Sistem ini mempunyai beberapa kelebihan dan kekurangan, yaitu: Kelebihan: •
Sistem ini tetap mampu mengisi baterai ketika tegangan panel surya lebih rendah dibandingkan dengan tegangan baterai (ketika cahaya redup)
•
Sistem ini menggunakan teknik MPPT dapat mentransferkan daya ke beban rata-rata 20,73% lebih tinggi dibandingkan teknik directly dan
105 dibandingkan dengan proceeding
(S. Aryuanto, U.K. Awan, I.N.
Yusuf, S.D. Endra, 2012) yang hanya mampu mencapai 15,04%. •
Sistem ini menggunakan LED sebagai lampu jalan
Kekurangan: •
Pemasangan masing-masing konektor pada sistem tidak boleh terbalik
•
Adanya osilasi pada titik MPP
•
Tidak ada sumber daya cadangan ketika baterai habis
