Vol. 12 No. 3, pISSN: 2303-0577 eISSN: 2830-7062              http://dx.doi.org/10.23960/jitet.v12i3.4499

## RANCANG BANGUN PURWARUPA ZETA CONVERTER DENGAN MAXIMUM POWER POINT TRACKING (MPPT) UNTUK OPTIMALISASI PENYERAPAN ENERGI PADA PHOTOVOLTAIC
Indra Amos Rolindo Siregar 1* , Noer Soedjarwanto 1 , Anisa Ulya Darajat 1 , Endah Komalasari 1
1 Universitas Lampung; Jl. Prof. Soemantri Brojonegoro No. 1 Bandar Lampung 35145; +62 721 702767
Received: 6 Juni 2024 Accepted: 31 Juli 2024 Published: 7 Agustus 2024

## Keywords:
Photovoltaic; Zeta Converter, DC-DC Converter; Maximum Power Point Tracking.

## Corespondent Email:
amosee990@gmail.com
Abstrak. Panel  surya  berperan  penting  dalam  menghasilkan  energi terbarukan.  Panel  surya  dapat  mengubah  energi  matahari  menjadi  energi listrik. Namun, panel surya memiliki kelemahan dalam menghasilkan energi listrik yaitu daya serap yang dihasilkannya tidak optimal  apabila langsung dihubungkan  ke  beban.  Metode  yang  dapat  digunakan  untuk  mengatasi kelemahan tersebut yaitu dengan menggunakan dc-dc converter yang dapat mengontrol tegangan panel surya. Kemudian, dc-dc converter dikombinasikan  dengan  Maximum  Power  Point  Tracking  (MPPT)  untuk melacak titik optimal dari panel surya. Dalam penelitian ini, digunakan zeta converter (ZC) yang mampu menaikkan dan menurunkan tegangan dengan MPPT Perturb and Observe (PnO). Hasil pengujian menunjukkan ZC dapat mengatur  tegangan  panel  surya  untuk  mengoptimalkan  penyerapan  daya berdasarkan duty cycle dari MPPT PnO. Didapatkan hasil sistem dengan ZC dilengkapi MPPT PnO mampu mengoptimalkan penyerapan daya dari panel surya  dengan  kenaikan  daya  dari  rata-rata  pengujian  sebesar  71,54% dibanding sistem tanpa ZC.
Abstract. Solar panels play a crucial role in generating renewable energy. Solar panels can convert solar energy into electrical energy. However, solar panels  have  a  weakness  in  generating  electrical  energy,  which  is  that  the power absorption they produce is not optimal when directly connected to the load. A method that can be used to overcome this weakness is by using a dc- dc converter that can control the voltage of the solar panel. Then, the dc-dc converter  is  combined  with  Maximum  Power  Point  Tracking  (MPPT)  to track the optimal point of the solar panel. In this study, a zeta converter (ZC) is used, which is capable of increasing and decreasing voltage with MPPT Perturb and Observe (PnO). The test results show that the ZC can regulate the voltage of the solar panel to optimize power absorption based on the duty cycle from MPPT PnO. Therefore, the system with ZC equipped with MPPT PnO relatively optimizes the power absorption from the solar panel with a power increase of 71.54% compared to the system without ZC.

## 1. PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi energi listrik terus berlanjut  dengan  pesat,  salah  satunya  adalah Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya  (PLTS). PLTS  memanfaatkan  Photovoltaic  (PV)  untuk
mengubah  energi  panas  matahari  menjadi energi  listrik,  sebuah  proses  yang  ramah lingkungan  karena  tidak  menghasilkan  emisi karbon. Namun, efisiensi PV sangat bergantung pada kondisi cuaca, yang dapat mempengaruhi
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
intensitas penyerapan sinar matahari. Selain itu, penyerapan  daya  dari  panel  surya  juga dipengaruhi oleh beban yang digunakan[1], [2].
Untuk  mengatasi  tantangan  ini,  pengendali Maximum  Power  Point  Tracking  (MPPT) dikembangkan.  MPPT  adalah  algoritma  yang melacak  titik  maksimum  PV  pada  semua tingkat  iradiasi,  dan  sering  dikombinasikan dengan  konverter  dc-dc.  Salah  satu  jenis konverter  dc-dc  yang  dapat  digunakan  adalah zeta  converter ,  yang  memiliki  riak  tegangan output  yang  rendah  dan  polaritas  yang  sama dengan tegangan input[3]-[5].
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  membuat perangkat  purwarupa  berupa zeta  converter dengan  algoritma  MPPT Perturb  and  Observe (PnO), berdasarkan masalah tersebut. Perangkat tersebut  akan  mengendalikan  tegangan  panel surya  berdasarkan duty  cycle yang  diberikan oleh  MPPT  PnO.  Sehingga,  diharapkan penyerapan  daya  dari  PV  menjadi  lebih optimal.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 Sel Surya
Konversi  energi  dari  cahaya  matahari menjadi energi listrik dilakukan oleh komponen yang disebut sel surya atau sel photovoltaic (sel PV).  Proses  pengubahan  ini  disebut  efek photovoltaic .  Sel  surya  terdiri  dari  bahan semikonduktor yang mampu menyerap cahaya matahari  dan  menghasilkan  aliran  listrik melalui efek photovoltaic [6], [7] .

## 2.2 Zeta Converter
Dalam  topologi  rangkaian zeta  converter diperlukan  komponen  yaitu  sebuah  MOSFET sebagai  komponen  pensaklaran,  sebuah  dioda, dua  buah  kapasitor,  dan  dua  buah  induktor. Rangkaian  tersebut  ditunjukkan  pada  Gambar 2.1. Konverter akan bekerja dalam dua kondisi, yaitu  ketika  MOSFET  hidup  ( switch  on) atau MOSFET mati ( switch off).
Pada  kondisi  pertama  ketika switch  on , rangkaian  ekuivalennya  ditunjukkan  pada Gambar  2.2.  Selama  kondisi  ini,  sumber  akan mengalir  ke  rangkaian  dan  mengisi  semua komponen pasif. Diasumsikan bahwa kapasitor C1 dan C2 sudah terisi daya. Induktor L1 diisi oleh  sumber  sedangkan  kapasitor  C1  mengisi induktor  L2  dan  L2  memberikan  arus  kontinu ke  beban.  Dioda  D  menjadi  bias  mundur
sehingga  tidak  dapat  mengaliri  arus  atau bertindak sebagai sirkuit terbuka.
Kondisi  selanjutnya  adalah  saat switch  off , seperti pada Gambar 2.3. Selama mode ini, dua induktor yaitu L1 dan L2 menyuplai Listrik ke rangkaian. Kapasitor C1 diisi oleh induktor L1 dan  induktor  L2  menyediakan  arus  ke  beban [4], [8].
Gambar 2.1 Rangkaian zeta converter
Gambar 2.2 Kondisi switch on
Gambar 2.3 Kondisi switch off

## 2.3 Maximum Power Point Tracking (MPPT)
Maximum  Power  Point  Tracking (MPPT) adalah  teknik  yang  digunakan  untuk  menjaga sistem  PLTS  dapat  bekerja  dalam  titik maksimum.  Teknik  ini  digunakan  untuk memastikan dan mempertahankan agar penyerapan  daya  dari  PV  dapat  maksimal meskipun kondisi lingkungan (radiasi dan suhu) yang  berubah-ubah.  Salah  satu  teknik  MPPT ialah Perturb  and  Observe (PnO).  Teknik tersebut  akan  mengamati  data  tegangan  dan daya dari PV kemudian memberikan gangguan agar tegangan dan daya dari PV akan berubah. Kemudian,  perubahan  tersebut  akan  diamati ulang  oleh  teknik  tersebut  sehingga  dapat ditentukan  besar duty  cycle yang  tepat  untuk mengejar titik maksimum dari sistem PLTS[3], [9], [10].
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
Indra  dkk

## 3. METODE PENELITIAN

## 3.1 Perturb and Observe (PnO)
Algoritma Perturb  and  Observe (PnO) merupakan  salah  satu  teknik  MPPT  yang digunakan untuk melacak titik maksimum panel surya.  Algoritma  ini  akan  menghasilkan  nilai duty  cycle untuk  pelacakan  titik  maksimum panel  surya.  Proses  awal  dari  algoritma  ini adalah  membaca  nilai  tegangan  dan  daya  dari panel  surya.  Data  tegangan  dan  daya  akan dibandingkan  berdasarkan  waktu  yaitu  data sekarang  akan  dibandingkan  dengan  data sebelumnya. Dari perbandingan tersebut MPPT akan  mengubah duty  cycle . Flowchart teknik tersebut dapat dilihat pada Gambar 3.1. [9], [10]
MULAI
Baca Nilai Arus dan Tegangan Hitung Daya (V(t)*I(t)) Hitung  dV (V(t)-V(t-1)) Hitung dP (P(t)-P(t-1)) dP>0 dV>0 dV<0 D(t)=D(t-1)-1 D(t)=D(t-1)+1 D(t)=D(t-1)-1 D(t)=D(t-1)+1 Yes Yes No No Yes No Tetapkan Nilai Duty Cycle Selanjutnya
Gambar 3.1 Flowchart Algoritma MPPT PnO

## 3.2 Desain Zeta Converter
Perlu  dibuat  penentuan  spesifikasi zeta converter . Spesifikasi panel surya juga berperan untuk  menentukan  spesifikasi  dari zeta converter . Spesifikasi panel surya dapat dilihat pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Spesifikasi panel surya 50 WP Voltage at Pmax (Vmp) 18V Current at Pmax (Imp) 2,78A Open-Circuit Voltage (Voc) 22,11V Short-Circuit Current (Isc) 2,94A Tabel 3.2 Spesifikasi desain PARAMETER NOM UNITS 𝑃 𝐼𝑁 50 W 𝑉 𝐼𝑁 (𝑚𝑖𝑛) 10 V
PARAMETER NOM UNITS 𝑉 𝐼𝑁 (𝑚𝑎𝑥) 22 V 𝐼 𝐼𝑁 2,78 A 𝑃 𝑂𝑈𝑇 50 W 𝑉 𝑂𝑈𝑇 12 V 𝐼 𝑂𝑈𝑇 5 A R 4 Ω 𝑓 𝑠𝑤 30000 Hz ∆𝐼𝐿 30 % Parameter yang ditentukan untuk merancang zeta  converter ditunjukkan  pada Tabel  3.2.  Berdasarkan  parameter  tersebut, dilakukan  perhitungan  nilai  komponen zeta converter .  Komponen  yang  termasuk  dalam perhitungan zeta converter ialah induktor (L1 & L2) dan kapasitor. Perhitungan nilai komponen tersebut  diperlukan  untuk  membuat  konverter beroperasi  dalam Continues  Conduction  Mode (CCM) [4], [8], [11].
1. Perhitungan nilai duty cycle 𝐷 = 𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛+𝑉𝑜𝑢𝑡 (3.1) 𝐷 𝑚𝑎𝑥 = 𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛 𝑚𝑖𝑛 +𝑉𝑜𝑢𝑡
(3.2)
𝐷 𝑚𝑎𝑥 = 12 𝑉 10 𝑉+12 𝑉 = 12 𝑉 22 𝑉 = 0,5455
𝐷 𝑚𝑖𝑛 = 𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛 𝑚𝑎𝑥 +𝑉𝑜𝑢𝑡 (3.3) 𝐷 𝑚𝑖𝑛 = 12 𝑉 22 𝑉+12𝑉 = 12 𝑉 34 𝑉 = 0,3529
2. Perhitungan arus input maksimal
𝐼𝑖𝑛𝑀𝑎𝑥  =   𝐼 𝑂𝑈𝑇 × ( 𝐷𝑚𝑎𝑥 1−𝐷𝑚𝑎𝑥 ) (3.4) = 5 × ( 0,5455 1−0,5455 )
= 6 𝐴
3. Perkiraan ripple arus induktor
∆𝐼 𝐿(𝑃𝑃) = 𝐾 × 𝐼 𝐼𝑁𝑚𝑎𝑥 (3.5)
= 30%  × 6 𝐴
= 0,18 𝐴 4. Perhitungan induktor (L1 &L2)
𝐿1 =  𝐿2 = 𝑉 𝐼𝑁𝑀𝐼𝑁 × 𝐷 𝑀𝑎𝑥 ∆𝐼 𝐿(𝑃𝑃) × 𝑓 𝑠𝑤
= 10 𝑉 × 0,545
0,18 𝐴 × 30 𝑘𝐻𝑧
≅ 100 𝜇𝐻
5. Perhitungan kapasitor kopling
𝐶 𝑐 = 𝐷𝑚𝑎𝑥×𝐼 𝑂𝑈𝑇 ∆𝑉×𝑉 𝑜𝑢𝑡 ×𝑓 𝑠𝑤 (3.6)
= 0,5455×6 𝐴
0,18 𝑉×12×30000
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
≅  200 𝜇𝐹
6. Perhitungan kapasitor input dan output 𝐶 𝐼𝑁 = 𝐷𝑚𝑎𝑥×𝐼 𝑂𝑈𝑇
∆𝑉 𝑖𝑛 ×𝑉𝐼𝑁(max)×𝑓 𝑠𝑤 (3.7)
= 0,5455×6 𝐴 0,18 𝑉×22×30000
≅ 500 𝜇𝐹
𝐶 𝑂𝑈𝑇 = 𝐷𝑚𝑖𝑛 8×∆𝑉×𝑓 𝑠𝑤 (3.8)
=
0,3529 8×0.01×30000
≅ 200 𝜇𝐹

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 4.1 Pengujian Zeta Converter (ZC)
Pengujian  ini  dilakukan  untuk  mengetahui kerja zeta  converter (ZC)    untuk  menaikkan ataupun menurunkan tegangan.  Pengujian zeta converter dilakukan  dengan  memberikan tegangan  masukan  serta duty  cycle sesuai dengan Tabel 4.1 pada beban sebesar 12 Ω.
Tabel 4.1 Tegangan masukan dan duty cycle VIN (V) Duty Cycle (%) 10 54,55 15 44,44 18 40 22 35,29 Tabel 4.2 Hasil pengujian zeta converter Beban (Ohm) 𝑽 𝑰𝑵 (V) 𝑰 𝑰𝑵 (A) 𝑽 𝑶𝑼𝑻 (V)
𝑰 𝑶𝑼𝑻
(A)
12
10,10 1,62   12,00 0,97 15,38 1,22 12,70 1,02 18,01 1,05 12,70 1,02 22,00 0,90 12,90 1,04
Terlihat  bahwa zeta  converter mampu mengatur  tegangan  sesuai  dengan duty  cycle
yang  digunakan  pada  Tabel  4.2.  Ketika duty cycle yang  digunakan  di  atas  50%  maka zeta converter bekerja  untuk  menaikkan  tegangan.
Ketika duty cycle di bawah 50% zeta converter bekerja untuk menurunkan tegangan.

## 4.2 Pengujian Dengan Panel Surya
Pengujian  ini  meliputi  pengujian  sistem tanpa zeta converter dan sistem zeta converter dilengkapi  MPPT  PnO.  Panel  surya  akan dihubungkan  ke  kedua  sistem  sebagai  sumber listrik.  Berikut  adalah  tampak  purwarupa  alat kedua  sistem  pada  Gambar  4.1  yang  akan digunakan untuk pengujian selama tiga hari.
Gambar 4.1 tampilan purwarupa alat keterangan :
1. Terminal  Input  (Menghubungkan  panel surya ke kedua sistem)
2. Zeta Converter
3. Resistor
4. Rangkaian sdcard dan  sensor  arus  dan tegangan (sistem tanpa zeta converter )
5. Rangkaian Modul SdCard
6. Mikrokontroler
7. LCD (Sistem dengan zeta converter )
Tabel 4.3 Hasil pengujian sistem zeta converter dilengkapi MPPT PnO
Jam Tegangan (V) Arus (A) Daya (W) Duty Cycle (%) 7.00 16,00 0,28 4,59 16,40 8.00 16,53 0,85 13,96 27,40 9.00 15,39 1,73 26,43 37,07 10.00 15,22 1,76 26,30 36,94 11.00 14,45 2,28 32,80 41,69 12.00 14,78 2,03 29,79 39,68
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
Jam Tegangan (V) Arus (A) Daya (W) Duty Cycle (%) 13.00 16,34 0,85 14,00 27,46 14.00 16,14 0,30 4,83 18,33 15.00 17,04 0,46 7,85 20,86 16.00 15,08 0,23 3,47 16,92 Tabel  4.4  Hasil  pengujian  sistem  tanpa zeta converter Jam Tegangan (V) Arus (A) Daya (W) 7.00 1,23 0,31 0,41 8.00 3,61 0,94 3,51 9.00 7,30 1,95 14,57 10.00 7,96 1,98 17,10 11.00 10,43 2,58 26,74 12.00 9,35 2,30 22,40 13.00 5,36 1,30 9,33 14.00 1,45 0,35 0,52 15.00 1,65 0,40 0,72 16.00 1,14 0,28 0,32
Tabel  4.3  dan  Tabel  4.4  merupakan data  rata-rata  yang  diambil  dari  pengujian selama tiga hari setiap jamnya.  Dari Tabel 4.3 dan Tabel 4.4 dibuat perbandingan penyerapan daya yang disajikan pada Tabel 4.5.
Tabel  4.5  Perbandingan  daya  serap  dari  panel surya dari kedua sistem
Jam Daya (W) Zeta Converter dilengkapi MPPT PnO Tanpa Zeta Converter 7.00 4,59 0,41 8.00 13,96 3,51 9.00 26,43 14,57
Jam Daya (W) Zeta Converter dilengkapi MPPT PnO Tanpa Zeta Converter 10.00 26,30 17,10 11.00 32,80 26,74 12.00 29,79 22,40 13.00 14,00 9,33 14.00 4,83 0,52 15.00 7,85 0,72 16.00 3,47 0,32
Dapat  dilihat  dari  Tabel  4.3-4.5  bahwa sistem zeta  converter dilengkapi  MPPT  PnO lebih  unggul  untuk  optimalisasi  penyerapan daya  dari  panel  surya.  Penyerapan  daya  pada sistem zeta  converter dilengkapi  MPPT  PnO memiliki selisih lebih besar 22,66% dibanding sistem  tanpa zeta  converter pada  saat  puncak atau  jam  11.00  WIB.  Untuk  penyerapan  daya selama  pengujian  yang  didapat  dari  rata-rata pengujian  mulai  jam  7.00  sampai  16.00  WIB, maka  sistem zeta  converter dilengkapi  MPPT PnO mampu menyerap daya lebih besar 71,54% dibanding  sistem  tanpa zeta  converter . Kurva perbandingan daya disajikan pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Kurva perbandingan daya kedua
sistem -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 D AY A (W) WAKTU

## DAYA VS WAKTU
Dengan ZC dilengkapi MPPT PnO Tanpa ZC
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
5. KESIMPULAN
a. Zeta Converter akan menurunkan tegangan ketika duty cycle dibawah 50%, sebaliknya duty  cycle di  atas  50%  akan menaikkan  tegangan.  Hal  ini  dibuktikan ketika duty  cycle sebesar  35,29%  dan VIN  22V  maka  VOUT  yang  dihasilkan adalah  12V.  Lalu,  ketika duty  cycle sebesar  54,55%  dan  VIN  10V  maka VOUT yang dihasilkan adalah 12V.
b. Daya serap pada sistem dengan ZC yang dilengkapi  MPPT  PnO  lebih  optimal dibanding  sistem  tanpa  ZC.  Hal  ini dibuktikan ketika daya serap dengan ZC yang  dilengkapi  MPPT  PnO  mengalami kenaikan  sebesar  71,54%  dibanding tanpa  ZC  dari  rata-rata  pengujian  mulai jam 7.00 sampai 16.00 WIB selama tiga hari.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  IESR (2021), “Indonesia Energy Transition Outlook 2022. Tracking Progress of Energy Transition in
Indonesia : Aiming for Net-Zero
Emissions by  2050,” Jakarta, Dec. 2021.
[2]  Samsurizal, Christiono, and Andi
Makkulau,  “Evaluasi  Sudut  Kemiringan Terhadap Pengaruh Irradiance Pada Array Photovoltaic Jenis Monocristalline,”
Jurnal Ilmiah Setrum , vol. 8, no. 1, pp. 28– 34, Jun. 2019.
[3]  S.  Sengar,  “Maximum  Power  Point Tracking  Algorithms  for  Photovoltaic System: A Review,” International Review of  Applied  Engineering  Research ,  vol.  4,
no. 2, pp. 147–154, 2014.
[4]  A.  Admane  and  H.  Naidu,  “Analysis  and
Design Of Zeta Converter,” INTERNATIONAL JOURNAL FOR INNOVATIVE RESEARCH IN MULTIDISCIPLINARY FIELD , vol. 4, no.
4, pp. 161–167, 2018.
[5]  N.  Siddharthan  and  B.  Balasubramanian, “Performance  evaluation  of  SEPIC,  Luo and  ZETA  converter,” International
Journal  of  Power  Electronics  and  Drive Systems (IJPEDS) , vol. 10, no. 1, pp. 374– 380, Mar. 2019, doi: 10.11591/ijpeds.v10.i1. [6]  B. H. Purwoto, Jatmiko, M. F. Alimul, and
I. Fahmi Huda, “EFISIENSI
PENGGUNAAN PANEL SURYA SEBAGAI SUMBER ENERGI
ALTERNATIF,” Jurnal  Teknik  Elektro , vol. 18, no. 1, pp. 10–14, 2018.
[7]  B.  Budiarto,  N.  Soedjarwanto,  F.  X.  A. Setyawan,  and  Z.  Huda,  “RANCANG
BANGUN PERALATAN THREE STAGES CHARGING BATERAI

## MENGGUNAKAN
BUCK BOOST CONVERTER  DENGAN  SEL  SURYA BERBASIS MIKROKONTROLER
ARDUINO,” Jurnal  Informatika  dan Teknik  Elektro  Terapan ,  vol.  10,  no.  2, Apr. 2022, doi: 10.23960/jitet.v10i2.2528.
[8]  J.  Falin,  “Designing  DC/DC  converters based  on  ZETA  topology,” Analog Applications Journal , pp. 16–20, 2010.
[9]  I. Winarno and L. Natasari, “MAXIMUM POWER  POINT  TRACKER  (MPPT) BERDASARKAN  METODE  PERTURB AND  OBSERVE  DENGAN  SISTEM TRACKING  PANEL  SURYA  SINGLE AXIS,”  in Seminar  Nasional  Sains  dan Teknologi , 2017.
[10]  S. Salman, X. Ai, and Z. Wu, “Design of a P-&-O  algorithm  based  MPPT  charge controller  for  a  stand-alone  200W  PV system,” Protection  and  Control  of Modern Power Systems , vol. 3, no. 1, Dec.
2018, doi: 10.1186/s41601-018-0099-8.
[11]  R. N. Hasanah et al. , “Design of PI sliding mode  control  for  Zeta  DC–DC  converter in  PV  system,” Bulletin  of  the  Polish Academy of Sciences: Technical Sciences , vol.  70,  no.  3,  Jun.  2022,  doi: 10.24425/bpasts.2022.140952.