Jurnal Al Ulum LPPM Universitas Al Washliyah Medan Vol. 12 No. 2 Tahun 2024
P-ISSN 2338-5391 | E-ISSN 2655-9862

## ANALISIS SISTEM TRANSFER DAYA FOTOVOLTAIK NIRKABEL UNTUK SISTEM PENGISIAN BATERAI
Muhamad Azlin Karo-Karo 1 , Despaleri Perangin-angin 1 , Muhammad Irwanto 1 , Winner Parluhutan Nainggolan 1 , Togar Timoteus Gultom 1 , Muhammad Iqbal Balatif 1 , Tenuman Zebua 1
1 Prodi Teknik Elektro,  Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Prima Indonesia Jalan Sampul No 3 Medan Telp/Fax: 061-4578870/4578890 E-mail: azlinsurbakti10@gmail.com

## ABSTRAK
Transfer  daya  nirkabel  (WPT)  adalah  sebuah  konsep  untuk  mentransfer  daya  listrik  dari  kumparan pengirim ke kumparan penerima tanpa kawat. Para peneliti sebelumnya telah mempelajari tentang WPT menggunakan  implementasinya  dalam  pemodelan  simulasi,  tetapi  itu  sedikit  pendukung  yang berhubungan dengan matematika perumusan, terutama dalam jarak antara pengiriman dan kumparan penerima.  Pemodelan  simulasi  Sistem  WPT  menggunakan  MATLAB  SIMULINK  berdasarkan formulasi matematis yang berkaitan dengan induktansi induktor dari koil pengirim dan penerima, putar nomor  koil  dan  induktansi  timbal  balik  sebagai  wakil  dari  jarak  antara  kumparan  pengirim  dan penerima. Hasil simulasi menunjukkan bahwa gelombang pulsa 5 kHz dihasilkan oleh generator pulsa menggerakkan terminal gerbang MOSFET yang mengubah DC menjadi tegangan AC 5 kHz pada koil pengirim menjadi setengahnya rangkaian inverter jembatan. Koil pengirim menghasilkan AC rms-nya tegangan  837,92  V  untuk  jarak  10  m  dan  juga  AC  tegangan  diinduksikan  pada  kumparan  penerima dengan tegangan rms nya, arus dan daya adalah 8,22 V; 14,17 A.
Kata  kunci: Transfer  Daya  Nirkabel,  Inverter  Setengah  Jembatan,  Koil  Pengirim  Dan  Penerima, Induktansi Timbal Balik

## ABSTRACT
Wireless power transfer (WPT), an idea for sending electrical power wirelessly from a sending coil to a receiving coil, is one use for photovoltaic technology. Utilising MATLAB SIMULINK, WPT System simulation modelling is based on mathematical formulations pertaining to coil number, sending and receiving  coil  inductance,  and  mutual  inductance  as  a  proxy  for  the  distance  between  the  coils. According to the simulation results, the bridge inverter circuit is half-completed when the 5 kHz pulse wave produced by the pulse generator drives the MOSFET gate terminal, which changes the DC to 5 kHz AC voltage at the transmitting coil. At a distance of 10 cm, the sending coil generates an AC rms voltage of 837.92 V in addition to an AC voltage is induced in the receiving coil with its rms voltage, current and power are 8.22 V ; 14.17 A.
Keywords:    Wireless  Power  Transfer,  Half  Bridge  Inverter,  Sending  And  Receiver  Coil,  Mutual Inductance
Jurnal Al Ulum LPPM Universitas Al Washliyah Medan Vol. 12 No. 2 Tahun 2024
P-ISSN 2338-5391 | E-ISSN 2655-9862

## PENDAHULUAN
Energi  listrik  sangat  dibutuhkan  untuk mendukung  perekonomian  suatu  negara. Pertumbuhan  teknologi  energi  terbarukan, seperti  fotovoltaik  (PV),  telah  memberikan kontribusi  signifikan  terhadap  upaya  global untuk mengurangi ketergantungan pada sumber daya  energi  fosil.  PV,  atau  panel  surya, mengonversi  energi  matahari  menjadi  listrik dan  sering  digunakan  untuk  mengisi  baterai sebagai penyimpan energi.
Salah  satu  tantangan  dalam  aplikasi  PV adalah  efisiensi  transfer  daya,  terutama  dalam konteks  pengisian  baterai  nirkabel  (Rezeki et al ,  2022).  Sistem  transfer  daya  nirkabel memungkinkan pengiriman energi tanpa kabel fisik,  yang  dapat  meningkatkan  kenyamanan dan fleksibilitas penggunaan perangkat bertenaga  surya  (Singh et  al ,  2021).  Oleh karena  itu,  analisis  sistem  transfer  daya fotovoltaik  nirkabel  untuk  sistem  pengisian baterai  sangat  relevan  dan  penting  untuk memahami potensi, tantangan, dan peningkatan yang dapat dilakukan.
Metode  pengisian  baterai  menggunakan solar  cell  atau  panel  surya  umumnya melibatkan  konversi  energi  matahari  menjadi energi  listrik  yang  dapat  digunakan  untuk mengisi  daya  baterai  (Dai et  al .,  2021).
Pengisian  baterai  menggunakan  solar  cell memiliki  potensi  untuk  memberikan  akses energi yang bersih, terbarukan, dan mandiri di berbagai lokasi.
Peralatan elektronik untuk sistem pengisian baterai saat ini hadir dalam berbagai merek.  Ada  banyak  kategori  produk  yang tersedia, masing-masing melayani serangkaian permintaan  berbeda.  Satu  kekurangan  kecil yang  masih dimiliki barang-barang tersebut di pasaran  adalah  masih  diperlukannya  jaringan listrik  PLN  untuk  semua  perangkat  pengisian baterai.  Oleh  karena  itu,  jika  pasokan  listrik PLN  bermasalah  atau  kita  bepergian  ke  suatu tempat  tanpa  aliran  listrik,  kita  tidak  dapat menggunakan  baterai  untuk  mengisi  dayanya. Untuk itu dalam kesempatan ini akan dirancang suatu  system  transfer  daya  nirkabel  untuk sistem pengisian baterai dengan menggunakan fotovoltaik  sebagai  sumber  daya  yang  akan digunakan.

## METODE PENELITIAN

## Bahan dan Alat
Penelitian  ini  menggunakan software matlab simulink R2017A dan spesifikasi laptop sebagai berikut: Processor : Intel Inside Memory (RAM) : 4 GB Hard Disk Drive : 500 GB Screen LCD : 14 inci System Operasi              : Windows10 Profesional Merk : HP

## Pelaksanaan Penelitian
Waktu  penelitian  dilaksanakan  Oktober 2022  sampai  Oktober  2023  dan  tempat pelaksanaan  penelitian  yang  dilakukan  adalah di Laboratorium Riset Teknik Elektro
Universitas Prima Indonesia

## Prosedur Kerja
1. Tahap persiapan. Karena aktivitas penelitian dititik beratkan pada simulasi hal yang pertama dilakukan adalah menentukan komponen  yang  akan  digunakan  (Andika and Hamzah, 2018). Komponen yang akan digunakan adalah capasitor 3 uf, frekuensi 5  khz,  diameter  kawat  1,25  mm,  diameter selenoid 49 cm, dan jumlah belitan 98.
2. Setelah mengetahui komponen yang diketahui  langkah  selanjutnya  adalah menghitung  induktansi  dan  induktansi bersama.
3. Lalu setelah selesai menghitung induktansi dan  induktansi  bersama  langkah  selanjut nya adalah membuat model sistem pengirim daya fotovoltaik tanpa kabel.
4. Setelah  selesai  membuat  model  kita jalankan model yang sudah kita buat sambil mengamati  unjuk  kerja  sistem  pengirim daya fotovoltaik tanpa kabel lalu menganalisa sistem pengirim daya fotovoltaik tanpa kabel .
Jurnal Al Ulum LPPM Universitas Al Washliyah Medan Vol. 12 No. 2 Tahun 2024
P-ISSN 2338-5391 | E-ISSN 2655-9862
Selesai N F = 5kHz? Y Analisis unjuk kerja sistem pengirim daya
fotovoltaik tanpa kabel Membuat model sistem pengirim daya fotovoltaik tanpa kabel Hitung induktansi dan induktansi Mula i Amati unjuk kerja sistem pengirim daya fotovoltaik tanpa kabel Run model C = 3μ f F = 5 khz Diameter kawat = 1,25 \
Gambar 1. Diagram Flow Chart

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 2 . Pemodelan Sistem Transfer Daya Fotovoltaik Nirkabel Untuk Sistem Pengisian Baterai
Pada  Gambar  2  dapat  dilihat  bahwa  hasil dari pemodelan sistem transfer daya fotofoltaik nirkabel untuk sistem pengisian baterai.

## Validasi Modul PV
Pembahasan  yang  terkait  sistem  transfer daya  fotovoltaik  nirkabel  untuk  sistem pengisian  baterai  disajikan  pada  bagian  ini. Pertama,  hasil  kinerja  modul  PV  untuk  kurva arus terhadap tegangan dan kurva daya terhadap tegangan  dibahas  untuk  memvalidasi  hasil simulasi dan lembar data modul PV 250 W, 38 V.  Desain  DC-DC  converter  untuk  tegangan input Vs dari  12  V,  tegangan  keluaran, Vo sebesar 14,7 V dan daya keluaran, Setelah 50W diimplementasikan  menggunakan  SIMULINK MATLAB tanpa koneksi baterai (Irwanto et al , 2022). Mereka diamati dan dianalisis berdasarkan  bentuk  gelombang  tegangan modul  PV,  arus  induktansi,  arus  keluaran, tegangan  keluaran,  daya  keluaran  dan  kinerja baterai  (status  pengisian,  arus  baterai  dan tegangan baterai)
Validasi Modul PV 250W, 38V dimodelkan, disimulasikan dan divalidasi mengikuti lembar datanya.  Persentase  kesalahan  diterapkan dalam  validasi  dan  sebagai  indikator  bahwa pemodelan modul PV dapat diimplementasikan sebagai sumber tegangan DC konverter DC-DC Irwanto et al, 2020). Gambar 2 dan Gambar 3 menunjukkan kurva arus terhadap tegangan dan daya  terhadap  tegangan  masing-  masing  pada kondisi uji standar (STC) 1000 W/m 2 dan 25 0 C Hasil  simulasi  dan  lembar  data  modul  PV divalidasi  untuk  rangkaian  terbuka Voc ,  arus hubung singkat, Isc dan daya maksimum, Pmax seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.
Jurnal Al Ulum LPPM Universitas Al Washliyah Medan Vol. 12 No. 2 Tahun 2024
P-ISSN 2338-5391 | E-ISSN 2655-9862
Gambar 3 . Kurva arus terhadap tegangan modul PV 250 W, 38 V
Gambar 4. Kurva daya terhadap tegangan
modul PV 250 W, 38 V
Tabel 1. Validasi Modul PV 250 W, 38 V
Parameter Data sheet Simulasi Persentasi error Maximum power,Pmax 250W 250,1W 0,4% Open  circuit voltage, Vo 38,0V 38V 0,0% Short  circuit current, Isc 8,75A 8,75A 0,0%
Pada Tabel 1 menunjukkan data sheet dan hasil simulasi daya  maksimum  masing-masing adalah  250W  dan  250,1W  (B.  Harianto et  al, 2022  .  Artinya  persentase  kesalahan  daya maksimum adalah 0,4 %. Persentase kesalahan tegangan  rangkaian  terbuka  adalah  0,00% untuk lembar data tegangan rangkaian terbuka 38,0  V  dan  hasil  simulasi tegangan rangkaian terbuka 38 V. Persentase kesalahan yang sangat sempurna  sebesar  0,00  %  dicapai  untuk  arus hubung  singkat.  Ini  berarti  bahwa  mereka memiliki nilai arus hubung singkat yang sama
yaitu 8,75 A. Dapat dianalisis bahwa persentase kesalahan semua dalam kisaran ± 5 % .
Gelombang Pulsa Dihasilkan oleh Generator Pulsa
Fungsi  utama  gelombang  pulsa  adalah untuk menggerakkan gerbang terminal MOSFET.  Mereka  didorong  dalam  system frekuensi  5  kHz  untuk  kondisi  ON  dan  OFF. Gambar  5  menunjukan  gelombang  pulsa  yang dihasilkan  oleh  generator  pulsa 1 untuk waktu oprasi 10 s ( Qazi et  al ,  2019). Itu ditangkap untuk  saat  ini  9,99  s  hingga  9,992  s  untuk mendapatkan gelombang pulsa yang lebih besar dan mudah diamati dan dianalisis.
Gambar 5 . Gelombang Pulsa Di Hasilkan Oleh Generator Pulsa
Gambar  6  dan  7  menunjukan  hasil gelombang  pulsa  yang  dihasilkan  oleh generator  pulsa  1  dan  2  untuk  waktu  yang sama yaitu 9.99 s hingga 9.992 s. Gambar  6 dan  7 adalah gelombang pulsa menggerakan MOESFET1  dan  MOESFET2,  masing- masing gambar menunjukan bahwa priode, T gelombang  pulsa  adalah  0,002  s  (9,992  s  – 9,99 s = 0,002 s)
Gelombang  pulsa  yang  dihasilkan  oleh generator  pulsa  1  bernilai  tinggi,  sedangkan gelombang  pulsa  yang  dihasilkan  oleh generator  pulsa  2  bernilai  rendah  untuk setengah  siklus pertama  atau  untuk  setengah periode  pertama  sebesar  0,001  s.  Dengan demikian, MOSFET1 akan ON dan MOSFET2 akan OFF. Untuk setengah siklus kedua atau untuk periode paruh kedua 0,001 s,  gelombang  pulsa  yang  dihasilkan  oleh generator pulsa 1 bernilai rendah, sedangkan gelombang  pulsa  yang  dihasilkan  oleh
Jurnal Al Ulum LPPM Universitas Al Washliyah Medan Vol. 12 No. 2 Tahun 2024
P-ISSN 2338-5391 | E-ISSN 2655-9862
generator pulsa 2 bernilai tinggi. Kondisi ini menyebabkan  inverter  setengah  jembatan menghasilkan  bentuk  gelombang  tegangan AC  sinusoidal  pada  koil  pengirim.  Hal  ini juga  disebabkan  oleh  kombinasi  induktansi dari induktor koil pengirim yang dihubungkan  oleh  kapasitansi  kapasitor secara  paralel  (berfungsi  sebagai  filter  LC dalam rangkaian).
Gambar 6. Gelombang Pulsa Di Hasilkan Oleh Generator Pulsa 1
Gambar 7. Gelombang Pulsa Di Hasilkan Oleh Generator Pulsa 2

## Kinerja Sistem WPT
Bentuk gelombang tegangan yang dihasilkan  oleh  kumparan  pengirim  dan kumparan  penerima  berbentuk  gelombang sinusoida seperti yang di tunjukan pada Gambar 8 dan 9 untuk jarak antara kumparan pengirim dan  penerima  adalah  10m.  Dalam  hal  ini, tegangan  DC  12  V  disuplay  ke  WPT  system (Butar-Butar et  al ,  2020).  Itu  di  ubah  oleh rangkaian  inverter  setengah  jembatan menjadi berupa  gelombang  tegangan  AC  dengan  nilai puncak nya 1185 V atau dengan nilai rms nya yaitu 837,92 V (Andika et al, 2021). Ini karena koil  pengirim  terhubung  bersama  dengan kapasitor  membuat  sirkuit  loop  tertutup, sehingga rms AC bentuk gelombang tegangan yang dihasilkan oleh kumparan pengirim akan menghasilkan  arus  AC.  Mengalir  melalui  koil
pengirim dan menghasilkan medan magnet DC (Irwanto et al , 2023).. Kekuatan medan magnet ini tergantung pada nilai arus AC. Jika arus AC meningkat,  dengan  demikian  kekuatan  medan magnet  akan  meningkat  juga,  berbanding terbalik jika arus AC berkurang, maka kekuatan medan  magnetnya  juga  berkurang.  Artinya kekuatan medan magnet sebanding dengan arus AC yang mengalir melalui kumparan pengirim.
Gambar 8 . Gelombang Tegangan Koil Pengirim
Medan magnet memiliki fluks magnet dan mengalir  melalui  udara  dan  tiba  di  koil penerima  (Alam et  al ,  2020).  Jadi,  AC sinusoida bentuk gelombang tegangan diinduksi  pada  koil  penerima  seperti  yang  di tunjukan  pada  Gambar  9  memiliki  nilai tegangan  puncak  11,62  V  atau  rms  nilai tegangannya adalah 8,22 V.
Gambar  9 . Gelombang Tegangan Koil Penerima
Jurnal Al Ulum LPPM Universitas Al Washliyah Medan Vol. 12 No. 2 Tahun 2024
P-ISSN 2338-5391 | E-ISSN 2655-9862
Gambar 10 menunjukkan bentuk
gelombang  tegangan  AC  pada  penerima kumparan dengan jarak 10 m. Arus puncak AC 20,04 A  atau  arus  AC  rms  sebesar 14,17 A mengalir  melalui  kumparan  penerima.  Ini menunjukkan bahwa faktor daya dan daya AC pada kumparan penerima adalah 9,991.
Gambar  10 . Tegangan    AC    dan  Bentuk Gelombang Arus pada Kumparan Penerima untuk Jarak 10 m

## KESIMPULAN
Transfer daya nirkabel dimodelkan menggunakan MATLAB
SIMULINK
berdasarkan  rumusan  matematis  itu  terkait dengan  frekuensi  sistem,  induktansi  dari induktor  kumparan  pengirim  dan  penerima, putar jumlah kumparan, saling menguntungkan induktansi  dan  jarak  antara  pengirim  dan kumparan  penerima.  Sistem  WPT  dibangun oleh  tiga  bagian  utama,  yaitu  adalah  sumber tegangan  DC,  rangkaian  inverter  setengah jembatan  dan  rangkaian  koil  pengirim  dan penerima. Untuk jarak 10m, tegangan AC rms koil pengirim 837,92 V tegangan AC rms, arus dan daya kumparan penerima 8,22 V, 14,17 A.

## DAFTAR PUSTAKA
Andika.  2021.    Wireless  Power  Transfer Using  Photovoltaic  Cells  for  Electric Vehicle Charging: A Review.  by J. Lee et  al.  (2021) in  Journal  of  Power Electronics ,  Vol.  21,  No.  3,  pp.  531- 538.DOI:10.6113/JPE.2021.21.3.531
Andika and Hamzah  A. 2018.  Perancangan dan Pembuatan Generator Fluks Radial Tiga Fasa Magnet Permanen
Kecepatan Rendah,” Univ. Riau , vol. 5, no. 1, pp. 1–8, 2018.
Qazi  A. et  al.  2019. Towards  Sustainable
Energy:  A  Systematic  Review  of
Renewable Energy Sources, Technologies,  and  Public  Opinions. IEEE Access , vol. 7,pp. 63837–
63851,2019,doi:10.1109/ACCESS.2019
.2906402.
Butar-butar  A. H., Leong J. H., and Irwanto M. 2020.    Effect  of  DC  voltage  source  on the  voltage  and  current  of  transmitter and  receiver  coil  of  2.5  kHz  wireless power  transfer. Bull.  Electr.  Eng. Informatics , vol. 9, no. 2, pp. 484–491, 2020, doi: 10.11591/eei.v9i2.2060.
Harianto  B. and Karjadi M.  2022. Planning of Photovoltaic  (PV)  Type  Solar  Power Plant  as  An  Alternative  Energy  of  the Future  in  Indonesia. ENDLESS  Int.  J. Futur. Stud. , vol. 5, no. 2, pp. 182–195,
2022, doi:
10.54783/endlessjournal.v5i2.87.
Mujaahid  F., Widyasmoro W.,  Iswanto I., and Susanto  R.  2021.    Panel  Surya  Sebagai Edukasi  Energi  Hijau  Di  Lingkungan Pondok  Pesantren. Pros.  Semin.  Nas. Progr.  Pengabdi.  Masy. ,  pp.  279–286,
2021, doi: 10.18196/ppm.21.517.
Pasaribu  F.I.  and  Reza  M.  2021.    Rancang Bangun  Charging    Station  Berbasis Arduino  Menggunakan  Solar  Cell  50 WP. R  E  L  E  (Rekayasa  Elektr.  dan Energi) J. Tek. Elektro , vol. 3, no. 2, pp. 46–55, 2021.
Alam H., Irwanto M., Mashor Y.M., and Masri M.  2020.    Design  of  multiple  Pulse
Width Modulation (MPWM) Transformerless  Photovoltaic  Inverter
(TPVI) system. J. Phys. Conf. Ser. , vol. 1432,  no.  1,  pp.  0–9,  2020,  doi: 10.1088/1742-6596/1432/1/012056.
Akom  K.,  Shongwe  T.,  Joseph  M.K.,  and Padmanaban S. 2020. Energy Framework and Policy Direction Guidelines: Ghana 2017-2050 Perspectives. IEEE Access , vol. 8, pp. 152851–152869, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.3018314.
Jurnal Al Ulum LPPM Universitas Al Washliyah Medan Vol. 12 No. 2 Tahun 2024
P-ISSN 2338-5391 | E-ISSN 2655-9862
Irwanto M.,  Nugraha Y.T., Hussin N., Nisza I., Perangin-Angin  D.,  and  Alam  H.  2022. Modelling  of  Wireless  Power  Transfer System  Using  MATLAB  SIMULINK, 20 22 IEEE 13th Control Syst. Grad. Res. Colloquium,  ICSGRC  2022  -  Conf. Proc. , no. July,
pp. 21– 24,2022,doi:10.1109/ICSGRC55096.20 22.9845181.
Irwanto M.,  Nugraha Y.T.,  Hussin N., and . Nisza  I.  2023.    Effect  of  Temperature and Solar Irradiance on the Performance of  50  Hz  Photovoltaic  Wireless  Power Transfer System. J. Teknol. , vol. 85, no. 2, pp. 53–67,
2023, doi: 10.11113/jurnalteknologi.v85.18872.
Irwanto M. et al. 2020. Photovoltaic powered DC-DC  boost  converter  based  on  PID controller for battery charging system, J. Phys. Conf. Ser. , vol. 1432, no. 1, pp. 0– 11, 2020, doi: 10.1088/1742-
6596/1432/1/012055.
Barri  M.H.,    Aprillia  B.S.,  Sugiana  A.,  and Adam  K.B.  2021.  Integrasi  Modul
Energi Surya untuk Membantu Sistem Kelistrikan di Pondok Pesantren Darul Bayan Kecamatan Jatinangor Kabupaten  Bandung. J-  Dinamika  J. Pengabdi. Masy. , vol. 6, no. 1, pp. 117– 122, 2021,
doi: 10.25047/j- dinamika.v6i1.2368.
M.  Češkovič,  P.  Kurdel,  N.  Gecejová,  J. Labun,  M.  Gamcová,  and M.  Lehocký. 2022. A Reasonable Alternative System for Searching UAVs in the Local Area. Sensors ,  vol.  22,  no.  9,  2022,  doi: 10.3390/s22093122.
Singh S.K. et al . 2022.  Photovoltaic Wireless Power  Transfer  for  Electric  Vehicle Charging:  A  Review  by  in IEEE Transactions  on  Industrial  Electronics , Vol.  69,  No.  5,  pp.  4321-4331.  DOI: 10.1109/TIE.2021.3121111.
Gan Y. 2020.  Review on the Wireless Power Transfer for the Application of Electric
Vehicle. IOP  Conf.  Ser.  Earth Environ. Sci. , vol. 440, no. 3, pp. 0–5,
2020, doi:
10.1088/1755-
1315/440/3/032019.
Rezeki  Y.A.,  Zahra  A.,  Kamilla  A.A.,  and Ramadhani  F.  2022.    Mini  Review:
Wireless  Charging  Sebagai  Inovasi Pengembangan Teknologi
Elektromagnetik  Dalam  Menuju  Era
Society 5.0. EduFisika J. Pendidik. Fis. , vol.  7,  no.  2,  pp.  138–146,  2022,  doi: 10.59052/edufisika.v7i2.21484.