LAMPU JALAN BERBASISKAN PANEL SURYA MENGGUNAKAN TEKNIK MPPT

1

LAMPU JALAN BERBASISKAN PANEL SURYA MENGGUNAKAN TEKNIK MPPT Harta Shuwanto, Josses, Winardi, Wiedjaja Atmadja Binus University, JL. Syahdan No.9 Jakarta 11480, 021 534 5830

ABSTRAK

Energi yang dapat diperbaharui merupakan bahan penelitian yang dibutuhkan karena menipisnya persediaan energi yang tidak dapat diperbaharui. Panel surya yang dapat mengambil energi dari cahaya matahari dapat diimplementasikan pada sebuah sistem lampu jalan menggunakan teknik Maximum Power Point Tracking (MPPT) dengan algoritma Perturb and Observe (P&O) dengan baterai VRLA 12V. Salah satu hasil penelitian ini adalah perbandingkan penggunaan MPPT dengan tanpa MPPT (directly). Sistem ini mampu mendapatkan energi 20,73%. Efisiensi LED driver dapat mencapai 91,9% dengan arus yang dapat dijaga konstan sebesar 1,05 ampere. Kata Kunci: Lampu jalan, sistem panel surya, MPPT

PENDAHULUAN Pada umumnya, sumber daya dari lampu jalan di Indonesia masih disediakan oleh pemerintah, dimana sumber daya yang digunakan adalah sumber daya yang tidak dapat diperbaharui. Sumber energi yang tidak dapat diperbaharui juga semakin sedikit. Oleh karena itu, dibutuhkan sumber energi yang dapat diperbaharui dan salah satunya adalah sumber energi cahaya matahari. Selain itu, biaya yang dikeluarkan cukup besar karena lampu yang kebanyakan digunakan masih menggunakan lampu yang tidak hemat energi. Sekarang ini, sistem panel surya memiliki dua kendala, yaitu, efisiensi konversi oleh panel surya masih kecil (lebih kecil dari 17% pada saat kondisi penyinaran yang sedikit) dan daya yang dihasilkan oleh panel surya berubah-ubah bergantung kepada kondisi cuaca (penyinaran dan suhu). Hubungan antara tegangan, arus, dan daya yang dihasilkan oleh panel surya dapat dinyatakan dalam kurva V-I (tegangan-arus) dan V-P (tegangan-daya) yang bersifat tidak linier (bergantung kepada penyinaran dan suhu). Pada kedua kurva tersebut, terdapat suatu titik di mana daya yang dihasilkan oleh panel surya akan maksimal dan biasanya disebut sebagai Maximum Power Point (MPP) (G. Azad, S. Sridhar, K. Miroslav, 2011). Titik MPP ini berbeda-beda tergantung dari kondisi penyinaran dan suhu. Titik MPP ini dapat dicari dengan menggunakan teknik Maximum Power Point Tracking (MPPT) (S. Gomathy, S. Saravanan, Dr. S. Thangavel, 2012). Tujuan dan manfaat dari penelitian ini adalah untuk menghasilkan suatu sistem yang dapat digunakan untuk mengisi baterai pada siang hari dengan menggunakan panel surya dan menggunakan baterai tersebut untuk menyalakan lampu jalan pada malam hari sehingga sumber daya alam yang tersedia (yang dapat diperbaharui) dapat digunakan secara maksimal tanpa menghabiskan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui.

METODE PENELITIAN Tahapan penelitian yang digunakan ditunjukkan pada Gambar 1.

2

Gambar 1 Tahapan penelitian yang digunakan Uji coba sistem mencakup beberapa hal, antara lain: Uji coba teknik MPPT Uji coba untuk mengetahui daya transfer maksimum Uji coba daya maksimum yang dihasilkan vs. rating panel surya Uji coba teknik MPPT terhadap teknik non-MPPT (Directly) pada modul charge controller dengan sumber daya dari panel surya Uji coba LED driver Uji coba rangkaian boost converter dengan input bervariasi, output V dan I tetap Uji coba efisiensi LED driver

HASIL DAN BAHASAN Pengujian yang dilakukan untuk pengambilan data sistem terdiri dari 2 bagian, yaitu uji coba teknik MPPT dan uji coba LED driver.

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).

Pengujian daya transfer maksimum Blok Diagram pengujian daya transfer maksimum beserta gambar saat pengujian dapat dilihat dalam Gambar 2. Pengujian ini dilakukan dengan tujuan untuk menguji apakah daya transfer maksimum bekerja pada sistem atau tidak. 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 diimplementasikan pada charge controller.

Gambar 2. Foto dan blok diagram pengujian daya transfer maksimum Resistor dipergunakan sebagai RS atau hambatan dalam dari power supply. Menurut (Thomas L. Floyd, 2005), daya transfer maksimum dapat dihitung secara teori dengan menggunakan persamaan:

Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt

3

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 3 Grafik daya transfer maksimum dengan sumber daya dari power supply Garis yang berwarna hitam adalah daya yang jatuh pada oleh charge controller seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Charge controller memiliki Liquid Crystal Display (LCD) yang dapat menampilkan daya yang diterimanya. Daya praktek atau Ppraktek diambil berdasarkan pada tampilan LCD pada charge controller. Garis yang berwarna abu-abu adalah daya yang dihitung secara teori, dimana ketika daya yang jatuh pada charge controller sama dengan daya yang jatuh pada resistor, sama dengan daya maksimum. Dengan demikian, pengukuran daya maksimum teori atau Pteori adalah dengan cara mengukur daya yang jatuh pada resistor, yaitu tegangan resistor yang dikuadratkan dibagi dengan nilai hambatan resistor tersebut. Grafik hasil dari pengambilan data di atas memperlihatkan bahwa nilai Ppraktek dapat mengikuti nilai Pteori. Saat Pteori bertambah, maka Ppraktek juga bertambah mengikuti Pteori. Akurasi ratarata dari sistem adalah 96,54% atau error rata-rata adalah 3,45%. Nilai akurasi hanya dapat mencapai 96,54% karena adanya toleransi dari nilai resistor yang digunakan. Kondisi suhu resistor yang naik dapat menyebabkan hambatan resistor yang dipergunakan berubah sehingga mempengaruhi pengukuran.

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 tampilan LCD yang telah tersedia. Daya yang dihasilkan oleh panel surya didapatkan dari rating Fill Factor (FF) dari panel surya yang digunakan. Menurut referensi (California Scientific, Inc), pencarian daya maksimum menggunakan FF dapat dilakukan menggunakan rumus:

Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt Formatted: Font: 10 pt, Font color: Red

4

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), yaitu 75,11%. 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, akan dibandingkan 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 Power difference vs. illuminance Sumbu X pada Gambar 4 menunjukkan iluminansi dalam ratusan lux. Luxmeter digunakan untuk mengukur iluminansi. 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 pada tampilan LCD. Selisih antara daya yang didapat oleh sistem dengan daya maksimum yang dapat dihasilkan oleh panel surya berkisar antara 5,23% sampai 9,74%. Selisih daya yang berubah ini dapat disebabkan oleh nilai FF yang dimasukkan ke dalam perhitungan diasumsikan tidak berubah terhadap suhu. Dari data yang diambil, nilai FF seharusnya turun pada saat kondisi suhu rendah dan naik pada saat kondisi suhu tinggi.

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). Experiment set cara pengambilan data untuk pengujian teknik MPPT terhadap teknik non-MPPTditunjukkan pada Gambar 5.

Formatted: Font: 10 pt, Italic

Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt

5

Gambar 5. 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 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. Hasil perbedaan daya yang terjadi (dalam persen) terhadap iluminansi dapat dilihat dalam Gambar 6.

Gambar 6. Power difference vs. illuminance Selisih daya didapatkan dengan menggunakan persamaan:

Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt Formatted: Font: 10 pt, Not Bold


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

Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt Formatted: Font: 10 pt, Not Bold

6

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.

Pengujian LED Driver 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. Grafik hasil pengujian arus output terhadap tegangan input dapat dilihat pada Gambar 7.

Gambar 7 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 menghasilkan nilai arus yang diinginkan.

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. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.

Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt, Not Italic Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt Formatted: Font: 10 pt, Not Bold

7

Gambar 8 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. Nilai efisiensi hanya dapat mencapai 91,9% karena adanya daya yang hilang yang diakibatkan oleh self-consumption. Data didapatkan pada Pengujian teknik MPPT terhadap teknik non MPPT (directly) pada modul charge controller dengan sumber daya dari panel surya lebih baik dibandingkan dengan penelitian sebelumnya (S. Aryuanto, U.K. Awan, I.N. Yusuf, S.D. Endra, 2012) dengan rata-rata selisih daya hanya dapat mencapai 15,04%. Hal ini mungkin terjadi karena pada penelitian sebelumnya hanya menggunakan buck converter, sedangkan pada penelitian ini, penulis menggunakan buck+boost converter. Selain itu, Charge controller yang dihabiskan biaya yang lebih murah, yaitu, sebesar Rp. 500.000,- dibandingkan dengan Steca Solarix MPPT 2010 > 10 Amp 12/24 Volt MPPT Charge Controller (http://www.ecodirect.com/Steca-Solarix-MPPT-2010-p/steca-solarix-mppt-2010.htm) dengan harga jual Rp 2.720.000,-

Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt Formatted: Font: 10 pt, Not Bold

Formatted: Font: 10 pt, Italic Formatted: Font: 10 pt, Italic Formatted: Justified, Line spacing: single

SIMPULAN DAN SARAN Penelitian ini menghasilkan lampu jalan yang berbasiskan panel surya dengan menggunakan baterai aki sebagai tempat penyimpanan energi. Perubahan duty cycle pada bagian charge controller mempengaruhi impedansi sistem. Implementasi teknik MPPT pada sistem ini dapat menyalurkan daya hingga 94,77% dari daya maksimum yang dihasilkan oleh panel surya. Teknik MPPT dapat menyalurkan daya 20,73% yang lebih besar dibandingkan dengan teknik directly. LED driver dapat mempertahankan arus konstan yang mengalir pada LED. Efisiensi daya LED driver dapat mencapai hingga 91,9%.

REFERENSI • • •

California Scientific, Inc., “Solar Cell Voltage – Current Characterization,” California Scientific, pp. 1-4, September, 2009 G. Azad, S. Sridhar, K. Miroslav, “Power Optimization for Photovoltaic Micro-Converters using Multivariable Gradient-Based Extremum-Seeking,” San Diego State University, 2011. S. Gomathy, S. Saravanan, Dr. S. Thangavel, “Design and Implementation of Maximum

Formatted: Font: Times New Roman, 10 pt Formatted: List Paragraph, Indent: Left: 0.25", Line spacing: single, Bulleted + Level: 1 + Aligned at: 0.5" + Indent at: 0.75"

8

•

Power Point Tracking (MPPT) Algorithm for a Standalone PV System,” International Journal of Scientific & Engineering Research, vol. 3, no. 3, pp. 1-7, March, 2012. S. Aryuanto, U.K. Awan, I.N. Yusuf, S.D. Endra, “Implementation of MPPT Controller for PV System based on AVR Microcontroller,” Makassar International Conference on Electrical Engineering and Informatics, vol. 3, pp. 251-254, November, 2012. Thomas L. Floyd, Electronic Devices Conventional Current Version, Seventh Edition, New Jersey : Pearson Education International, 2005, pp. 310-313, 328-385.

RIWAYAT HIDUP Harta Shuwanto lahir di kota Tebing Tinggi pada 26 Juli 1991. Penulis menamatkan pendidikan S1 di Universitas Bina Nusantara dalam bidang Sistem Komputer pada 2013. Saat ini bekerja sebagai asisten di Computer Engineering Laboratory, Universitas Bina Nusantara. Penulis aktif di IEEE Student Branch sebagai member IEEE Student Branch.

Formatted: List Paragraph, Indent: Left: 0.25", Right: 0.33", Line spacing: single, Bulleted + Level: 1 + Aligned at: 0.5" + Indent at: 0.75" Formatted: Font: Times New Roman, 10 pt Formatted: List Paragraph, Indent: Left: 0.25", Line spacing: single, Bulleted + Level: 1 + Aligned at: 0.5" + Indent at: 0.75" Formatted: Space After: 0 pt

Josses lahir di kota Jakarta pada 16 Juni 1991. Penulis menamatkan pendidikan S1 di Universitas Bina Nusantara dalam bidang Sistem Komputer pada 2013. Saat ini bekerja sebagai asisten di Computer Engineering Laboratory, Universitas Bina Nusantara. Penulis aktif di IEEE Student Branch sebagai member IEEE Student Branch. Formatted: Space After: 0 pt

Winardi lahir di kota Dumai pada 14 Mei 1991. Penulis menamatkan pendidikan S1 di Universitas Bina Nusantara dalam bidang Sistem Komputer pada 2013. Saat ini bekerja sebagai asisten di Computer Engineering Laboratory, Universitas Bina Nusantara. Penulis aktif di IEEE Student Branch sebagai member IEEE Student Branch.

9

STREET LIGHTING BASED ON SOLAR PANEL SYSTEM USING MPPT TECHNIQUE Harta Shuwanto, Josses, Winardi, Wiedjaja Atmadja Binus University, JL. Syahdan No.9 Jakarta 11480, 021 534 5830

ABSTRACT

A renewable energy is an important research due to the depletion of the nonrenewable energy. A solar panel that can absorb the energy of the sunshine can be implemented to a street light system based on Maximum Power Point Tracking Technique using P&O algorithm by using VRLA 12V battery. One of these research results is the comparison between MPPT technique and non-MPPT technique (directly). This system can absorb energy by 20,73%. The LED driver efficiency is up to 91,9% with constant current as big as 1,05 Ampere. Key Word: Street light, solar panel system, MPPT

PREFACE Generally, the power source of street lights in Indonesia are still provided by the government, which the power source that is used is a non-renewable energy. The non-renewable energy source become less these days. Therefore, it is required a renewable energy source and one of them is the energy from the sunshine. Furthermore, the cost required is still sufficiently large because the lamps that are frequently used are still not an energy efficient one. Nowadays, solar panel systems have two constraints, which are, the conversion efficiency from the solar panel itself is still small (smaller than 17% when the irradiation condition is low) and the power supplies from the solar panel change depends on the wheater condition (irradiation and temperature). The relation between voltage, current, and power which are supplied from the solar panel can be depicted in V-I curve (Voltage-Current) and V-P curve (Voltage-Power) which is a nonlinier (depends on irradiation and temperature). Both the curve has a point which the power supplied by the solar panel is maximal and it is often called as Maximum Power Point (MPP) (G. Azad, S. Sridhar, K. Miroslav, 2011). This MPP point is different all the time depends on the irradiation and temperature condition. This MPP point can be found by using Maximum Power Point Tracking technique (MPPT) (S. Gomathy, S. Saravanan, Dr. S. Thangavel, 2012). The objectives and benefits of this research is to make a system that can be used to charge a battery in the afternoon by using solar panel and use the battery to turn on the street light in the night so that the provided power source (the renewable one) can be used maximally without spending the non-renewable energy.

RESEARCH METHOD The method which is used in this research is depicted in Figure 1.

10

Figure 1 The method which is used in the research The system experiment included some things, which are: MPPT technique experiments Experiment of maximum power transfer. Experiment between maximum power which is produced vs. solar panel rating. Experiment between MPPT technique and non-MPPT technique (directly) on charge controller with the supply from solar panel. LED driver experiments Experiment of boost converter with vaying input voltage, the output V and I are constant. Experiment of LED driver efficiency.

RESULT AND DISCUSSION The experiment that is done to obtain the system data consists of two parts, which is MPPT technique experiments and LED driver experiments.

MPPT Technique Experiments The experiments done related to MPPT technique is maximum power transfer maximum, Experiment between maximum power which is produced vs. solar panel rating, Experiment between MPPT technique and non-MPPT technique (directly) on charge controller with the supply from solar panel.

Maximum power transfer experiment The diagram block of the experiment of the maximum power transfer as well as the figure when the experiment is done is depicted in Figure 2. This experiment is done with an objective to examine the maximum power transfer works for the system or not. As discussed in theory, the maximum power transfer occurred when the RS value is the same as the RL value. If the RS V value is the same as RL value, then the power supply voltage will be divided into two, which is in the resistor and in the charge controller. One of the MPPT algorithm that is being used is Perturb and Observe implemented in the charge controller.

Figure 2. Photo and diagram block of maximum power transfer

11

Resistor is used as RS or the internal resistance of the power supply. According to (Thomas L. Floyd, 2005), maximum power transfer can be calculated theoretically by using this equation:

Where Pmax is the maximum power, VR is the voltage on the resistor, and R is the resistor value which is 40 Ohm. VR can be calculated when maximum power occurred that is when half of the VPSU, the power supply voltage.

Figure 3 Graphic of maximum power transfer with power source from the power supply The black line is the power on the charge controller as depicted in Figure 3. Charge controller has a Liquid Crystal Display (LCD) which can display the accepted power. Pratical power or Ppraktek is obtained from the LCD display on the charge controller. The gray line is the power calculated theoretically, where when the power on the charge controller is the same as the power on the resistor, is the maximum power. Thus, the theory maximum power measurement or Pteori is by measure the power on the resistor, which is squared resistor voltage divided by the resistor resistance. The graphic of the data experiment above shows that Ppraktek value almost the same as the Pteori. When Pteori increase, then Ppraktek increase as well follow the Pteori. The average accuracy of the system is 96.54% or the average error is 3.45%. The accuracy value can only reach 96.54% due to the tolerance of the resister that is being used. The increase temperature of the esistor effect the resistor resistance so that it effect the measurement.

Experiment between maximum power which is produced vs. solar panel rating This experiment is done with an objective to compare the power that the system takes with the power that the solar panel supplies. As in the first experiment, the power took by the system is known from the LCD display. The power produces by the solar panel is obtained from Fill Factor (FF) rating from the solar panel. According to (California Scientific, Inc), to find the value of maximum power using FF, this equation can be used:

12

Where Pmax is the maximum power which can be produced by the solar panel (in Watt), Voc is the open circuit voltage from the solar panel (in Volt), Isc is the short circuit current from the solar panel (in Ampere), and FF is the contant obtained from the solar panel datasheet (in percent), which is 75.11%. Voc and Isc parameter is measured straight from the solar panel, whereas FF is obtained from the datasheet. Thus, the maximum power transfer produced by the solar panel can be calculated. From this theoretically maximum power value, it will be compared to the power obtained from the system. The difference between this two power is depicted in the graphic in percent. It is need to be remembered that the power in this experiment is the input power from the charge controller, not the power towards the battery. The loss and the power usage that is needed to activate the circuit is 1100 mW which is obtained from the measurement. Below is the graphic of the difference of maximum power transfer obtained from the calculation with the power obtained from the charge controller against light illuminance.

Figure 4 Power difference vs. Illuminance X axis in Figure 4 shows the illuminance in hundred lux. Luxmeter is used to measure the illuminance. Y axis on the graphic shows the power difference (in percent) between the theoretically power using FF with the power obtained from the system in the LCD display. The power difference between the system and the maximum power produced by the solar panel is around 5.23% until 9.74%. This changing difference power can be due to the FF value used in the calcualtion because it is assumed to be not changing against temperature. From the data, the FF value should be decrease in low temperature condition and increase in high temperature condition.

Experiment between MPPT technique and non-MPPT technique (directly) on charge controller with the supply from solar panel. This experiment objective is to compare the output power from the solar panel by using MPPT technique and using non-MPPT technique (directly). The experiment set for this experiment is depicted in Figure 5.

13

Figure 5 Diagram block of the system using MPPT technique (left) and directly technique (right)

Formatted: Font: 10 pt, Not Bold

Charge controller will look for the maximum power from the solar panel and then it will be used to charge the battery. The technique used to look for the maximum power from the solar panel is MPPT which is examined in the first and second experiment. The output power from the solar panel or the input power of the charge controller will be measured and displayed in the LCD. The measurement of the output power from the solar panel is done using a multimeter. The positive probe of the solar panel is connected to the positive probe of the battery, whereas the negative probe of the solar panel is connected to the negative of the battery. The power difference (in percent) towards illuminance is depicted in Figure 6.

Figure 6 Power difference vs. illuminance The power difference can be obtained using this equation:


The minimum power difference between MPPT technique and directly is 15.649%, whereas the maximum power difference is 24.678% and the average power difference is 20.73%. The data


14

obtained is better than the previous research (S. Aryuanto, U.K. Awan, I.N. Yusuf, S.D. Endra, 2012) with average power difference is 15.04%. This can be happened due to the previous research only use buck converter whereas this research use buck+boost converter which can functionate when the voltage of the solar panel is lower or higher than the battery voltage.

LED Driver Experiments Experiment of boost converter with vaying input voltage, the output V and I are constant. This experiment objective is to analyze the output current to LEDs which is produce towards the varying input voltage. The input power is obtained from the power supply with varying input voltage. The three string LED is as the output which each of them is drained by 350 mA and the total output current is 1.05 A. The output current is measured using multimeter. The graphic of the experiment reullt of the output current towards input voltage is depicted in Figure 7.

Figure 7 Output current vs. input voltage Y axis shows the total output current (Iout) from the three string LED, whereas the X axis shows the input voltage from the power supply. The minimum input voltage is 9.21 V so that the boost converter can produce the desired output current.

LED Driver Effiesiensi Experiment This experiment objective is to show the efficiency of the LED driver. The efficiency is obtained from the measurement of the output power divide by the input power multiply by 100 percent. Output power is the power obtained from the three string LED which is measured using multimeter. Input power is the power that is obtained by the LED driver which is measured using multimeter as well. Input power source is from a battery. As depicted in Figure 8.

Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt, Not Italic Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 10 pt Formatted: Font: 10 pt, Not Bold

15

Figure 8 LED driver efficiency


Minimum efficiency is 89.7%, whereas maximum efficiency is 91.9%. The amount of data obtained is 12 straightly with data time taken is 1 hour. The efficiency can only reach 91.9% because there is a power loss due to the self-consumption. The minimum power difference between MPPT technique and directly is 15.649%, whereas the maximum power difference is 24.678% and the average power difference is 20.73%. The data obtained is better than the previous research (S. Aryuanto, U.K. Awan, I.N. Yusuf, S.D. Endra, 2012) with average power difference is 15.04%. This can be happened due to the previous research only use buck converter whereas this research use buck+boost converter which can functionate when the voltage of the solar panel is lower or higher than the battery voltage. Furthermore, this charge controller costs lower which is Rp.500.000,- compared to the Steca Solarix MPPT 2010 > 10 Amp 12/24 Volt MPPT Charge Controller (http://www.ecodirect.com/Steca-Solarix-MPPT-2010-p/steca-solarix-mppt-2010.htm) by selling costs Rp.2.720.000,-

Formatted: Justified, Line spacing: single

CONCLUSION AND SUGGESTION This research produce a street light based on solar panel using accu battery as the energy storage. Duty cycle changes in the charge controller effect the impedance of the system. The implementation of MPPT technique can transfer power up to 94.77% from the maximum power produces by the solar panel. MPPT technique can transfer power 20.73% higher than directly technique. LED driver can mantain constant current which flow to the LED. Power efficiency of the LED driver is up to 91.9%.

REFERENCES • • •

California Scientific, Inc., “Solar Cell Voltage – Current Characterization,” California Scientific, pp. 1-4, September, 2009 G. Azad, S. Sridhar, K. Miroslav, “Power Optimization for Photovoltaic Micro-Converters using Multivariable Gradient-Based Extremum-Seeking,” San Diego State University, 2011. S. Gomathy, S. Saravanan, Dr. S. Thangavel, “Design and Implementation of Maximum Power Point Tracking (MPPT) Algorithm for a Standalone PV System,” International Journal of Scientific & Engineering Research, vol. 3, no. 3, pp. 1-7, March, 2012. S. Aryuanto, U.K. Awan, I.N. Yusuf, S.D. Endra, “Implementation of MPPT Controller for PV System based on AVR Microcontroller,” Makassar International Conference on

Formatted: Font: Times New Roman, 10 pt Formatted: List Paragraph, Indent: Left: 0.25", Line spacing: single, Bulleted + Level: 1 + Aligned at: 0.5" + Indent at: 0.75"

Formatted: List Paragraph, Indent: Left: 0.25", Right: 0.33", Line spacing: single, Bulleted + Level: 1 + Aligned at: 0.5" + Indent at: 0.75"

16

•

Electrical Engineering and Informatics, vol. 3, pp. 251-254, November, 2012. Thomas L. Floyd, Electronic Devices Conventional Current Version, Seventh Edition, New Jersey : Pearson Education International, 2005, pp. 310-313, 328-385.

BIOGRAPHY

Formatted: Font: Times New Roman, 10 pt Formatted: List Paragraph, Indent: Left: 0.25", Line spacing: single, Bulleted + Level: 1 + Aligned at: 0.5" + Indent at: 0.75" Formatted: Space After: 0 pt

Harta Shuwanto born in Tebing Tinggi on 26 July 1991. The author graduate his S1 study in Bina Nusantara University in Computer Engineering major in 2013. Now, he works as assistant in Computer Engineering Laboratory, Bina Nusantara University. The author is a member of IEEE student branch. Josses born in Jakarta on 16 June 1991. The author graduate his S1 study in Bina Nusantara University in Computer Engineering major in 2013. Now, he works as assistant in Computer Engineering Laboratory, Bina Nusantara University. The author is a member of IEEE student branch. Winardi born in Dumai on 14 May 1991. The author graduate his S1 study in Bina Nusantara University in Computer Engineering major in 2013. Now, he works as assistant in Computer Engineering Laboratory, Bina Nusantara University. The author is a member of IEEE student branch.

Formatted: Space After: 0 pt Formatted: Font: 10 pt

LAMPU JALAN BERBASISKAN PANEL SURYA MENGGUNAKAN TEKNIK MPPT

Recommend Documents