BAB 4 ANALISIS DAN BAHASAN

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