perencanaan dan pembuatan dc-dc konverter untuk panel

PERENCANAAN DAN PEMBUATAN DC-DC KONVERTER
UNTUK PANEL SURYA PADA DC HOUSE
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata I Teknik Elektro
Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
ROSMALA RAHMAWATI
201010130311154
JURUSAN ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2015
KATA PENGANTAR
Dengan mengucap puji syukur kehadirat Allah SWT, atas limpahan rahmat
dan hidayah-NYA sehingga penuis mampu menyelesaikan tugas akhir ini.
Shalawat serta salam tak lupa penulis panjatkan kepada junjungan kita Nabi
Muhammad SAW yang telah membimbing kita, tugas akhir ini merupakan salah
satu syarat untuk menyelesaikan studi S1 Jurusan Teknik Elektro Universitas
Muhammadiyah Malang. Tugas akhir yang disusun oleh penulis berjudul
“PERENCANAAN DAN PEMBUATAN DC-DC KONVERTER UNTUK
PANEL SURYA PADA DC HOUSE” .
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan tugas akhir ini
masih banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu penulis mengharapkan
saran yang membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu
pengetahuan kedepan.
Malang, 06 Agustus 2015
Penulis
Rosmala Rahmawati
DAFTAR ISI
LEMBAR PERSETUJUAN.................................................................................... ii
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... iii
LEMBAR PERNYATAAN ................................................................................... iv
ABSTRAK .............................................................................................................. v
ABSTRACT ............................................................................................................. vi
LEMBAR PERSEMBAHAN ............................................................................... vii
KATA PENGANTAR ............................................................................................ x
DAFTAR ISI .......................................................................................................... xi
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xii
DAFTAR TABEL ................................................................................................. xv
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang .......................................................................................... 1
1.2
Rumusan Masalah ..................................................................................... 2
1.3
Tujuan........................................................................................................ 2
1.4
Batasan Masalah ........................................................................................ 2
1.5
Metodologi ............................................................................................... 3
1.6
Sistematika Penulisan Tugas Akhir........................................................... 4
BAB II DASAR TEORI
2.1
Pengenalan DC House
2.1.1 Alasan Menggunakan DC ......................................................................... 5
2.1.2 Pandangan Proyek DC House ................................................................... 6
2.2
Panel Surya
2.2.1 Spesifikasi Sel Surya................................................................................. 9
2.2.2 Perkembangan Sel Surya ........................................................................ 10
2.2.3 Prinsip Kerja Surya ................................................................................. 10
2.2.4 Karakteristik Panel Surya ....................................................................... 11
2.3
DC-DC Konverter .................................................................................... .12
2.3.1 DC-DC Konverter Buck ......................................................................... 15
2.4
MOSFET
17
2.4.1 Kurva Karakteristik MOSFET ................................................................ 18
2.5
PWM ..........................................................................................................
20
2.5.1 Pinsip Dasar PWM.................................................................................. 21
2.6
Mikrokontroler
2.6.1 Devinisi Mikrokontroler ........................................................................ 23
2.6.2 Arduino ................................................................................................... 23
BAB III ANALISA DAN PERANCANGAN
3.1
Diagram Blok dan Prinsip Kerja Sistem ................................................... 26
3.2
Perancangan Panel Surya .......................................................................... 27
3.3
Perancangan Simulai Buck Konverter ...................................................... 29
3.4
Perancangan Hardware Buck Konverter .................................................. 29
3.5
Perancangan Sensor Tegangan .................................................................. 34
3.6
Mikrokontroler .......................................................................................... 34
3.6.1 Perancangan Kontrol PWM..................................................................... 35
3.7
Konfigurasi Sistem .................................................................................... 36
3.8
Spesifikasi Hardware Buck Konverter ..................................................... 37
BAB IV HASIL PENGUJIAN ALAT
4.1
Pengujian Buck Konverter
39
4.1.1 Hasil Simulasi Pengujian Buck Konverter Menggunakan
Matlab Dengan Beban 23,5 ohm ............................................................ 39
4.1.2 Hasil Simulasi Pengujian Buck Konverter Menggunakan
Matlab Dengan Beban 39 ohm ............................................................... 41
4.1.3 Hasil Simulasi Pengujian Buck Konverter Menggunakan
Matlab Dengan Beban 19,5 ohm ............................................................ 42
4.1.4 Hasil Simulasi Pengujian Buck Konverter Menggunakan
Matlab Dengan Beban 14,6 ohm ............................................................ 43
4.1.5 Hasil Simulasi Pengujian Buck Konverter Menggunakan
Matlab Dengan Beban 60 ohm ............................................................... 44
4.2
Data Hasil Pengujian Kontrol PWM Buck Konverter .............................. 45
4.3
Data Hasil Pengujian Hardware Buck Konverter Menggunakan Panel ... 46
4.3.1 Pengambilan Tanpa Beban ...................................................................... 47
4.3.2 Pengambilan Data Menggunakan Beban ................................................ 47
4.3.2.1 Data Hasil Pengujian Buck Konverter Hari Pertama ........................... 47
4.3.2.2 Data Hasil Pengujian Buck Konverter Hari Kedua .............................. 50
4.3.2.3 Data Hasil Pengujian Buck Konverter Hari Ketiga.............................. 53
4.3.2.4 Data Hasil Pengujian Buck Konverter Hari Keempat .......................... 55
4.3.2.5 Data Hasil Pengujian Buck Konverter Hari Kelima ............................ 58
BAB V PENUTUP
5.1
Kesimpulan................................................................................................ 60
5.2
Saran .......................................................................................................... 60
DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. i
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 2.8
Komponen DC House ...................................................................... . 6
DC House sistem 1 .......................................................................... 7
DC House Sistem 2 .......................................................................... . 8
DC House Sistem 3 .......................................................................... . 8
Diagram dari Sebuah Potongan Sel Surya ....................................... . 9
Rangkaian Ekivalen Solar Panel ...................................................... 11
Daerah Operasi Panel Surya ............................................................. 12
DC Chopper Dengan Beban Resistif : (a) diagram alir dan (b)
gelombang tegangan keluaran ......................................................... 13
Gambar 2.9 DC Chopper dengan beban RLE a. Diagram alir, b. Gelombang .... 14
Gambar 2.10 DC Chopper Step Up....................................................................... 14
Gambar 2.11 Buck Converter a. Diagram Alir dan b. Gelombang ....................... 16
Gambar 2.12 Kurva Karakteristik MOSFET sebagai Saklar ................................ 18
Gambar 2.13 Gambar Rangkaian MOSFET sebagai Saklar
Pada Kondisi Cut-Off ..................................................................... 19
Gambar 2.14 Gambar Rangkaian MOSFET sebagai Saklar
Pada Kondisi Saturasi ..................................................................... 20
Gambar 2.15 Bentuk Gelombang Pulsa dengan Kondisi High 5V dan Low 0V .. 21
Gambar 2.16 Sinyal referensi (sinyal tegangan DC) ............................................ 22
Gambar 2.17 Arduino UNO R3 ............................................................................ 24
Gambar 3.1 (a) Diagram Blok Menggunakan Simulasi
Matlab (b) Diagram Blok Hardware Buck Konverter..................... 26
Gambar 3.2 Panel Surya Yang Akan Digunakan ................................................. 28
Gambar 3.3 Model Buck Konverter ..................................................................... 29
Gambar 3.4 Rangkaian Buck Konverter .............................................................. 30
Gambar 3.5 Contoh Gambar Duty Cycle ............................................................. 30
Gambar 3.6 Sensor Tegangan .............................................................................. 34
Gambar 3.7 Flowchart PWM .............................................................................. 35
Gambar 3.8 Pin Yang Akan Digunakan Pada Board Arduino Uno ..................... 36
Gambar 3.9 Konfigurasi seluruh Sistem .............................................................. 36
Gambar 4.1 Pengujian Keseluruhan Sistem ......................................................... 38
Gambar 4.2 Model Buck Konverter ..................................................................... 39
Gambar 4.3 Hasil Tegangan Buck Konverter Dengan Beban 23,5 ohm ............. 40
Gambar 4.4 Hasil Tegangan Buck Konverter Dengan Beban 39 ohm ................ 41
Gambar 4.5 Hasil Tegangan Buck Konverter Dengan Beban 19,5 ohm...............43
Gambar 4.6 Hasil Tegangan Buck Konverter Dengan Beban 14,6 ohm .............. 44
Gambar 4.7 Hasil Tegangan Buck Konverter Dengan Beban 60 ohm ................. 45
Gambar 4.8 Gelombang PWM 17,809 Hz keluaran dari driver
buck konverter (Volt/div = 5volt, Time/div = 5µ)
dengan duty cycle 30% .................................................................... 46
Gambar 4.9 Gelombang PWM 18,9 Hz keluaran dari driver
buck konverter (Volt/div = 5volt, Time/div = 5µ)
dengan duty cycle 17% .................................................................... 46
Gambar 4.10 Grafik Hubungan Antara Tegangan Keluaran Dengan Tegangan
Masukan Menggunakan Beban 23,5 ohm........................................ 48
Gambar 4.11 Grafik Hubungan Antara Tegangan Keluaran Dengan Waktu
Menggunakan Beban 23,5 ohm ....................................................... 49
Gambar 4.12 Grafik Hubungan Antara Daya Dengan Tegangan Masukan
Menggunakan Beban 23,5 ohm ....................................................... 49
Gambar 4.13 Grafik Hubungan Antara Tegangan Keluaran Dengan Tegangan
Masukan Menggunakan Beban 39 ohm........................................... 51
Gambar 4.14 Grafik Hubungan Antara Tegangan Keluaran Dengan Waktu
Menggunakan Beban 39 ohm .......................................................... 51
Gambar 4.15 Grafik Hubungan Antara Daya Dengan Tegangan Masukan
Menggunakan Beban 39 ohm .......................................................... 52
Gambar 4.16 Grafik Hubungan Antara Tegangan Keluaran Dengan Tegangan
Masukan Menggunakan Beban 19,5 ohm........................................ 54
Gambar 4.17 Grafik Hubungan Antara Tegangan Keluaran Dengan Waktu
Menggunakan Beban 19,5 ohm ....................................................... 54
Gambar 4.18 Grafik Hubungan Antara Daya Dengan Tegangan Masukan
Menggunakan Beban 19,5 ohm ...................................................... 55
Gambar 4.19 Grafik Hubungan Antara Tegangan Keluaran Dengan Tegangan
Masukan Menggunakan Beban 16,4 ohm........................................ 56
Gambar 4.20 Grafik Hubungan Antara Tegangan Keluaran Dengan Waktu
Menggunakan Beban 16,4 ohm ....................................................... 57
Gambar 4.21 Grafik Hubungan Antara Daya Dengan Tegangan Masukan
Menggunakan Beban 16,4 ohm ....................................................... 57
Gambar 4.22 Grafik Hubungan Antara Tegangan Keluaran Dengan Tegangan
Masukan Menggunakan Beban 60 ohm........................................... 59
Gambar 4.23 Grafik Hubungan Antara Tegangan Keluaran Dengan Waktu
Menggunakan Beban 60 ohm .......................................................... 59
Gambar 4.24 Grafik Hubungan Antara Daya Dengan Tegangan Masukan
Menggunakan Beban 60 ohm .......................................................... 60
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Spesifikasi Arduino UNO R3 ............................................................... 25
Tabel 3.1 Spesifikasi Solar Panel SL50CE-18M .................................................. 27
Tabel 3.2 Spesifikasi Solar Panel XHGD – 50W ................................................. 28
Tabel 3.3 Spesifikasi Perencanaan Hardware Buck Konverter ............................ 37
Tabel 4.1 Pengujian Simulasi Matlab Dengan Beban 23,5 ohm........................... 39
Tabel 4.2 Pengujian Simulasi Matlab Dengan Beban 39 ohm.............................. 41
Tabel 4.3 Pengujian Simulasi Matlab Dengan Beban 19,5 ohm........................... 42
Tabel 4.4 Pengujian Simulasi Matlab Dengan Beban 14,6 ohm........................... 43
Tabel 4.5 Pengujian Simulasi Matlab Dengan Beban 60 ohm.............................. 44
Tabel 4.6 Pengambilan Data Buck Konverter Tanpa Beban ................................ 47
Tabel 4.7 Pengambilan Data Pada Hari Pertama Dengan Beban 23,5 ohm ......... 47
Tabel 4.8 Pengambilan Data Pada Hari Pertama Dengan Beban 39 ohm ............ 50
Tabel 4.9 Pengambilan Data Pada Hari Ketiga Dengan Beban 19,5 ohm ............ 53
Tabel 4.10 Pengambilan Data Pada Hari Keempat Dengan Beban 14,6 ohm ...... 55
Tabel 4.11 Pengambilan Data Pada Hari Ketiga Dengan Beban 60 ohm ............. 58
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Cabaj, Mark. 2012. DC House Model Designe And Construction. San Luis
0bispo : The Faculty Of The Electrical Engineering Department.
[2]
Crowfoot, Joseph. 2011. Design and Modeling of the Cal Poly DC House
Power Distribution System. San Luis Obispo : Faculty of California
Polytechnic State University.
[3]
Gultom, Leothamrin. 2011. Bab 2 Dasar Teori. Sulawesi Utara :
Universtitas Sulawesi Utara.
[4]
Mondal, Ashis. 2014. Digital PID Controller Design for DC-DC Buck
Converter. Electrical Engineering
(Specialization: Control & Automation) : National Institute of Technology,
Rourkela.
[5]
Nelson Jr, Larry., Eric Ruscitti &. 2007. High Voltage DC-DC Converter.
Department of Electrical and Computer Engineering : Worcester
Polytechnic Institute.
[6]
Prasetyo Hendy, 2010. Kinerja Maximum Power Tracker Terhadap
Photovoltaic. Semarang. Teknologi Industri : Universitas Katolik
Seogijapranata.
[7]
Rashid, Muhammad. 2011. Power Electronics Handbook. USA :
Butterworth-Heinemann.
[8]
Tadeus, Gunawan. 2009. Two-Phase Boost Converter. San Luis Obispo :
Polytechnic State University.
[9]
Tiara, Ananta. 2009. Desain Rangkaian Suber. Jakarta. Fakultas Teknik :
Universitas Indonesia.