## RANCANG BANGUN PENGONTROLAN PENGISIAN BATERAI DENGAN SUMBER SEL SURYA BERBASIS ARDUINO
Aria Nurul Haq 1) , Saipul 1) , Tan Suryani 2) , Yusnaini Arifin 2)
1) Mahasiswa Teknik Elektro Universitas Tadulako
2) Dosen Teknik Elektro Universitas Tadulako Program Studi S1 Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Tadulako E-mail: aria.mangge74@gmail.com dan saipul712411@gmail.com

## ABSTRACT
Palu is municipality located in equator where solar radiation is abundantly available. therefore, utilization  of  solar  energy  is  potential.  solar  energy  technology  has  some  advantages,  such  as  are  of renewable  energy,  having  no  pollution  an  d  available  everywhere.  recently,  the  use  of  solar  energy technology, especially photovoltaic, has been used widely such as battery charger using photovoltaic. charging  battery  with  photovoltaic  as  source,  has  been  limited  by  instability  of  photovoltaic  output voltage. so voltage input of battery is also fluctuated.
This research applies cuk converter to increase and decrease the voltage from photovoltaic. to stabilize the output of cuk converter at 13,8 V. PID control is applied with Kp,Kd,Ki, and setpoint are 0.5, 0.25, 0.02, and 110 respectively.
The  result  shows  that  use  of  cuk  converter  can  raise  and  decrease  the  source  voltage  by regulating duty cycle, as well reduce ripple of photovoltaic voltage. the average  efficiency  of the cuk converter is 79 % when charge the battery. the duration time needed to charge fully the battery is 2-4 hours.
Keywords : Solar Cells, Battery, Cuk Converter, Duty Cycle, PID

## I. PENDAHULUAN
Palu merupakan Kota yang terletak tepat di garis  khatulistiwa  dimana  hanya  mengalami  2 musim,  yaitu  musim  penghujan  dan  musim kemarau.  Oleh  sebab  itu,  seiring  dengan kemajuan  teknologi  banyak  dimanfaatkan teknologi  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya (PLTS)  sebagai  sumber  untuk  mengatasi permasalahan.  Kelebihan  dari  energi  matahari yaitu  merupakan energi  yang terbarukan, tidak menimbulkan  polusi  dan  terdapat  dimana  saja di  Indonesia.  Dari  keuntungan  tersebut  maka dibuatkan  rancang  bangun  kontrol  pengisian baterai  dengan  sumber  sel  surya  berbasis arduino.
Dalam  sistem  ini  menggunakan  energi matahari  sebagai  sumber  energi  yang  akan
diserap  oleh  panel  surya  (photovoltaic) sehingga menghasilkan tegangan yang nantinya di  atur  oleh  rangkaian  cuk  converter  sebagai konverter  DC-DC.  Masukan  dari  sensor tegangan dan sensor arus yang merupakan data analog  akan  dikontrol  menggunakan  metode PID. Hasil keluaran dari pengontrolan merupakan  tegangan  konstan  yang  terhubung ke  baterai  yang  besarnya  telah  ditentukan  dan hasil pengontrolan akan  ditampilkan pada LCD
(Liquid Crystal Display).
Banyak  penelitian  mengenai  Pengontrolan Pengisian  Baterai  yang  telah  dilakukan sebelumnya  yang  sudah  dipelajari  sebagai acuan penulis untuk mengembangkan ide dalam penelitian  ini.  Beberapa  hasil  penelitian  yang dijadikan  referensi  yaitu Hemalatha  J  N, dalam penelitiannya yang berjudul
“ Performance Evaluation  Of  Single Ended Primary  Inductance  Converter  For  Photo
Voltaic Application ”.hanya meneliti pengendali MPPT untuk mengatur tegangan keluaran agar tetap konstan. [ 6] Kemudian  penelitian  dari  Azadeh  Safari dan  Saad  Mekhilef  dalam  penelitiannya  yang berjudul
“Simulation and
Hardware
Implementation  of  Incremental  Conductance MPPT With Direct Control Method Using Cuk Converter”.  menggunakan  Software  Code
Composer Studio v1.3 dan Prosesor TMS320F2812  dengan  Algoritma  IncCond sebagai  control.[2]  Kemudian  penelitian  dari
Bagus Kurniawan Susanto
dalam penelitianya  yang  berjudul  “ Design  dan Implementation  Of  Cuk  Converter  With Coupled  Induktor  To  Reduce  Ripple  Input Current ”. perbedaanya yaitu menggunakan metode induktor terkopel. [3] Berdasarkan uraian diatas penulis mengambil judul tugas akhir “ Rancang Bangun Pengontrolan  Pengisian  Baterai  Dengan Sumber Sel Surya Berbasis Arduino ”.

## 1.1. Mikrokontroler Arduino Nano
Arduino  adalah  pengendali  mikro  single- board  yang  bersifat  open-source,  diturunkan dari wiring platform, dirancang untuk memudahkan  penggunaan  elektronik  dalam berbagai bidang. Hardwarenya memiliki prosesor Atmel AVR dan softwarenya memiliki bahasa pemrograman sendiri. Saat ini  Arduino sangat populer di seluruh dunia.
Banyak pemula dan para hobbyist yang belajar  mengenal  robotika  dan  elektronika lewat  arduino  karena  mudah  dipelajari  dan dikembangkan  untuk  aplikasi elektronik.
Bahasa  pemrograman  yang  dipakai  dalam arduino  bukan  assembler  yang  relatif  sulit, tetapi bahasa C yang disederhanakan.[1].
Gambar 1 . Board arduino nano

## 1.2. Photovoltaic
Panel  surya  sering  kali  disebut sel photovoltaic , Sel Photovoltaic merupakan  alat yang  dapat  mengkonversi  langsung  sinar matahari  menjadi  energi  listrik.  Menurut bahasa,  kata Photovoltaic berasal  dari  bahasa Yunani photos yang  berarti  cahaya  dan volta yang  merupakan  nama  ahli  fisika  dari  Italia yang  menemukan  tegangan  listrik.  Efek photovoltaic pertama kali berhasil diidentifikasi oleh seorang ahli fisika berkebangsaan Francis yaitu Alexandre Edmond Becquerel pada tahun 1839.  Baru  pada  tahun  1876,  William  Grylls Adams bersama muridnya, Richard Evans Day menemukan  bahwa  material  padat  selenium dapat  menghasilkan  listrik  ketika  terkena paparan sinar. Dengan kata lain, arti Photovoltaic yaitu  proses  konversi  cahaya matahari secara langsung untuk diubah menjadi listrik. Photovoltaic biasa disingkat dengan PV, nama  lain  untuk  sel photovoltaic  adalah  solar cell, solar panel, solar array, dan photovoltaic panel. Solar array adalah kelompok  dari solar panel ,  dan solar  panel adalah  kelompok  dari solar cell .
Solar cell atau sel surya merupakan elemen aktif (semikonduktor) yang memanfaatkan efek photovoltaic untuk  mengubah  energi  surya menjadi  energi  listrik.  Apabila  permukaan  sel surya terkena cahaya matahari maka dihasilkan pasangan  elektron dan hole . Elektron
akan
meninggalkan  sel surya  dan  akan mengalir pada
rangkaian  luar  sehingga  timbul  energi  listrik. Energi  listrik  yang  dihasilkan  oleh  sel  surya dapat  dimanfaatkan  langsung  atau  disimpan dalam baterai untuk digunakan kemudian. Pada umumnya satu modul surya biasanya terdiri  dari  28  s/d  36  sel  surya,  dan  total menghasilkan tegangan DC sebesar 12 V dalam kondisi  penyinaran  standar.  Modul  surya tersebut  bisa  digabungkan  secara  paralel  atau seri untuk memperbesar total tegangan dan arus output- nya sesuai dengan daya yang dibutuhkan untuk  aplikasi  tertentu.  Gambar  2  berikut merupakan susunan dari sel surya.[3]
Gambar 2 . Susunan modul Photovoltaic
1.3. Rangkaian Cuk Converter
Cuk  converter  merupakan  salah  satu  jenis rangkaian yang bisa menaikan atau menurunkan tegangan yang memiliki karakteristik seperti rangkaian buck-boost. Cuk converter  terdiri  dari  sumber  tegangan  arus searah  atau  direct  current  (DC),  induktor  pada sisi  input  (L1),  kapasitor  pentransfer  tegangan (C1),  pensaklaran  atau  switch,  dioda,  induktor pada  sisi  output  (L2),  kapasitor  filter  (C2)  dan beban (resistif). Bentuk rangkaian cuk converter dapat dilihat pada gambar 3 Induktor sisi  input  berfungsi  sebagai  filter  dari  sumber tegangan DC untuk mengurangi riak gelombang  input.  Berbeda  dengan  konverter pada  umumnya  dimana  aliran  energi  terjadi pada induktor, pada cuk converter aliran energi terjasi pada kapasitor pentransfer tegangan [3]. Hal  ini  karena  pada  kondisi  steady  state tegangan rata-rata yang melalui kedua induktor sama dengan  nol. Kelebihan dari  konverter ini adalah arus kontinyu pada sisi input dan output. Sedangkan  kelemahan  pada  cuk  converter adalah  besarnya  nilai  reaktif  pada  komponen dan  besarnya  arus  pada  switch,  dioda  serta kapasitor  pentransfer  tegangan.  Berikut  adalah rangkaian  umum  untuk  cuk  converter  dapat dilihat pada gambar 3.
Gambar 3. Rangkaian Cuk converter
Analisa pada cuk converter
berdasarkan beberapa asumsi berikut ini :
1. Kedua induktor pada cuk converter mempunyai  nilai  induktansi  yang  besar untuk menghasilkan arus yang konstan.
2. Kedua  kapasitor  pada  cuk  converter mempunyai  nilai  kapasitansi  yang  cukup besar untuk menghasilkan tegangan keluaran yang konstan.
3. Rangkaian dioperasikan pada kondisi steady state, dimana gelombang tegangan dan arus merupakan gelombang periodik.
4. Untuk  duty  cycle  (D),  switch  tertutup  pada waktu ton. Dimana ton merupakan perkalian antara  duty  cycle  dengan  periode  (T).
Periode  merupakan  waktu yang  dibutuhkan untuk  membentuk  satu  gelombang  penuh. Secara matematis dapat dituliskan ton = D.T.
Selanjutnya, switch terbuka pada waktu toff.
Dimana toff merupakan perkalian antara (1-
D).T..
5. Dioda  dan  switch  pada  rangkaian  cuk converter merupakan komponen yang ideal.
Pada  kondisi  saklar  tertutup,  dioda  akan mengalami reverse bias, saat arus akan mengalir melalui  saklar.  Pada  kondisi  ini,  induktor  sisi input L1 akan mengalami pengisian energi oleh sumber  tegangan  DC  sesuai  dengan  gambar  4 Sedangkan induktor sisi output L2 terjadi proses pengisian  energi  oleh  kapasitor  pentransfer tegangan  C1  dan  kapasitor  filter  C2  sehingga keduanya  berfungsi  sebagai  pengurang  riak gelombang  pada  sisi  beban  sesuai  dengan gambar 5[3]
Gambar 4 . Cuk converter saat switch on analisa loop kiri
Gambar 5. Cuk converter saat switch on analisa loop kanan
Pada kondisi saklar terbuka, dioda akan mengalami  reverse  bias,  saat  arus  akan mengalir  melalui  diode.  Pada  kondisi  ini, kapasitor  pentransfer  tegangan  C1  akan mengalami  charge  dan  mendapat  aliran  energi dari  sumber  tegangan  DC  induktor  L1  sesuai dengan gambar 6 Sedangkan induktor L2 akan mengalami  pengosongan  arus  dan  bersamaan kapasitor filter C2 akan mengalirkan  energi ke beban sesuai gambar 7[3]
Gambar 6 Cuk converter saat switch off analisa loop kiri
Gambar 7 Konverter cuk saat switch off analisa loop kanan
Nilai tegangan keluaran cuk converter dapat  dicari  dengan  persamaan sebagai berikut :
𝑉 𝑜 𝑉 𝑠 = 𝐷 1 − 𝐷
Dimana : Vo : Tegangan output yang diharapkan Vs : Tegangan sumber (input) D : Duty cycle
Untuk menentukan nilai kedua induktor tersebut digunakan persamaan sebagai berikut.
𝐿 1 = 𝑉 𝑠 2 .  𝑉 𝑜 𝜆. 𝑃. 𝑓𝑠. (𝑉 𝑜 + 𝑉 𝑠) 𝐿 2 = 𝑉 𝑠 .  𝑉 𝑜 2 𝜆. 𝑃. 𝑓𝑠. (𝑉 𝑜 + 𝑉 𝑠)
Dimana : 𝑉 𝑠 = Tegangan input (Volt)
𝑉 𝑜
= Tegangan output (Volt) 𝜆 = Faktor ripple 𝑃 = Daya (Watt) 𝑓𝑠 = Frekuensi switching (Hz)
Untuk  menentukan  nilai  kedua  kapasitor tersebut digunakan persamaan sebagai berikut :
𝐶 1 = 𝑃 𝜆. 𝑓𝑠. (𝑉 𝑜 + 𝑉 𝑠 ) 2
𝐶 2 = 𝑃 2. 𝜋. 𝑓𝑠. 𝜆. 𝑉 𝑜 2
Dimana : 𝑉 𝑠 = Tegangan Input (Volt) 𝑉 𝑜 = Tegangan Output (Volt) λ = Faktor ripple P = Daya (Watt) π = Pi (3.14) 𝑓𝑠 = Frekuensi switching (Hz) ........................................................................
maka  beban  yang  digunakan  dapat  dihitung dengan  menggunakan  persamaan  sebagai berikut :
𝑃 = 𝑉 0 2 𝑅
Dimana : R = Tahanan R 𝑉 𝑜 = Tegangan Output (Volt) P = Daya output

## 1.4. Baterai
Pada gambar 8 adalah baterai YTZ-4V yang digunakan dalam penelitian berfungsi menyimpan  energi  listrik  yang  dihasilkan  oleh PV  module  pada  siang  hari  dan  akan dipergunakan pada malam hari pada saat cuaca mendung.

## Gambar 8 . Baterai YTZ-4V

## 1.5. Sensor Tegangan
Gambar 9 merupakan sensor tegangan yang didasarkan pada penekanan resistansi sehingga tegangan  input  berkurang  hingga  5  kali  dari tegangan input. Sensor hanya mampu membaca tegangan  maksimal  25  V  jika  tegangan  input analog arduino sebesar 5 V. [5]
Gambar 9 . Sensor tegangan

## 1.6. Sensor Arus
Sensor  arus  yang  digunakan  adalah  modul ACS712  ditunjukan  pada  gambar  10  memiliki kegunaan untuk mendeteksi besarnya arus yang mengalir  lewat  blok  terminal  dimana  keluaran berupa  sinyal  analog  yang  proporsional terhadap arus listrik yang mengalir di antara pin pendeteksi-nya.[4]
(1) (2)
Gambar 10 (1) Modul sensor arus ACS712 dan (2) Rangkaian skematik sensor arus ACS712

## 1.7. Pembalik Polaritas
Rangkaian cuk converter memiliki polaritas tegangan  output  yang  terbalik  dari  tegangan input.  Mikrokontroler  tidak  bisa  membaca tegangan  yang  bernilai  negatif,  sehingga dibutuhkan  rangkaian  pembalik  polaritas  yaitu operational amplifier LM741.
Gambar 11. LM 741
Untuk  menentukan  nilai  R1  dan  R2 menggunakan persamaan sebagai berikut :
𝑉 𝑜𝑢𝑡 = − ( 𝑅 2 𝑅 1 𝑥 𝑉 𝑖𝑛 ) Ket :
V = Tegangan Output (V) 𝑉 𝑖𝑛 = Tegangan Input (V)
𝑅 1 = Resistor  (Ω) 𝑅 2 = Resistor  (Ω)

## 1.8. LCD
Pada gambar 12 menunjukan LCD (Liquid Crystal  Display)  yang  merupakan  alat  untuk memonitor  baik  itu  input  maupun  output sebagai penampil data.
Gambar 12 . LCD ( Liquid Crystal Display )

## 1.9. PSIM
Pada  gambar  13  menunjukan  tampilan software  PSIM  sebagai  simulator.  Sebelum implementasi  rangkaian  elektronika  pada papan  PCB,  sebaiknya  rangkaian  tersebut dianalisa  untuk  mendapatkan  nilai  parameter yang  tepat  sebelum  disimulasikan.  Software ini  dilengkapi  dengan  alat  ukur  seperti ohmmeter,  amperemeter,  voltmeter,  dan oscilloscope.
Gambar 13 . PCB Wizard 1.10. Pengendali PID
Kendali PID (Proportional Integral Derivative) merupakan suatu pengontrol proporsional  yang  memberikan  aksi  kontrol proporsional dengan error akan mengakibatkan efek  pada  pengurangan  rise  time  dan menimbulkan  kesalahan  keadaan  tunak  (error steady  state).  Suatu  pengontrol  integral  yang memberikan  aksi  kontrol  sebanding  dengan jumlah  kesalahan  akan  mengakibatkan  respon transien  yang  memburuk.  kontrol  derivatif mempunyai kelebihan memperkecil
error/meredam overshoot. Elemen-elemen
pengontrol  P,  I  dan  D  masing-masing  secara keseluruhan bertujuan :
1. mempercepat reaksi sebuah sistem mencapai set point--nya
2. menghilangkan error steady state
3. menghasilkan  perubahan  awal  yang  besar dan mengurangi overshoot .

## II. METODE PENELITIAN

## 2.1 Cara Penelitian
Pada  perancangan  sistem  rangkaian  cuk converter dengan metode control PID (Proportional Integral Derivative) menggunakan  arduino,  dilakukan  dengan beberapa tahap sebagai berikut :
1. Menyiapkan panel surya (photovoltaic);
2. Menghitung output dari panel surya dan kestabilan dalam menyerap sinar
matahari;
3. Pembuatan rangkaian konversi DC – DC cuk converter;
4. Menghitung output dari rangkaian cuk converter
5. Pemasangan sensor tegangan dan arus yang akan dipasang di rangkaian cuk converter;
6. Menyiapkan arduino yang mengambil input dari sensor arus dan tegangan;
7. Mendesain kendali PID (Proportional Integral Derivative) yang akan ditanamkan pada arduino untuk mengatur tegangan rangkaian cuk converter.
8. Menghubungkan arduino ke LCD (Liquid Crystal Display) sebagai interface antara manusia dan sistem.
9. Membuat tampilan arus dan tegangan di LCD sebagai hasil dari pembacaan
arduino.

## 2.2 Diagram blok
Matahari Panel Surya (photovoltaic) Rangkaian Cuk Cunverter Baterai (Accu) Seonsor Arus Op-amp ADC Sensor Tegangan Arduino LCD ( Liquid Crystal Display)
Gambar 14. Diagram blok sistem
Pada gambar 14, menunjukan diagram blok sistem  yang  menggunakan  energi  matahari sebagai  sumber.  Energi  tersebut  akan  di  serap oleh panel surya (photovoltaic) untuk menghasilkan tegangan yang akan di atur oleh rangkaian cuk converter sebagai konverter DC- DC.  Tegangan  output  dari  rangkaian  cuk converter  akan  dikontrol  oleh  mikrokontroler arduino  dengan  metode  PID  (Proportional Integral Derivative) yang mengambil input dari sensor  tegangan  dan  sensor  arus  yang  berupa data  analog.  Data  hasil  pengontrolan  akan disimpan ke baterai yang besarnya 12 Volt dan akan ditampilkan di LCD.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Pengukuran Sel Surya
Dalam  perancangan  kontrol  pengisian baterai  digunakan  sumber  dari  panel  surya, dengan parameter yang digunakan dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1 Parameter Panel Surya
Berdasarkan  datasheet  panel  surya  yang digunakan  dari  penelitian  yang  dilakukan selama  7  hari,  dimana  pengambilan  data dimulai dari pukul 09:00 sampai dengan pukul 16:00 setiap harinya, maka diperoleh  nilai rata –  rata  dari  hasil  pengukuran  tegangan  sebesar 19  V  dan  arus  sebesar  4  A.  Dengan  selang waktu pengambilan data perjam.
3.2 Rangkaian Cuk converter
Pada  desain  ini,  tegangan  input  yang ditentukan  21,9  Volt  (tegangan  keluaran maksimum  dari  panel  surya)  dengan  daya  85 Wattpeak.  Untuk  tegangan  output  ditentukan sebesar 13,9 Volt. Berdasarkan tegangan input dan  tegangan  output  yang  telah  ditentukan,
No Parameter Panel Surya
Nilai Satuan 1 Model Number SPM035P - 2 Rated  Maximum  Power (Pmax) 85 Wattpeak 3 Current at Pmax (Imp) 4.84 Ampere 4 Voltage at Pmax (Vmp) 17.9 Volt 5 Short Circuit Currenr (Isc) 5.17 Ampere 6 Open Circuit Voltage (Voc)
21.9
Volt
maka  duty  cycle  yang  digunakan  pada rangkaian  cuk  converter  dapat  ditentukan dengan persamaan.
𝑉 𝑜 𝑉 𝑠 =   − 𝐷 1 − 𝐷 <=> 13,8 21,9 =   − 𝐷 1 − 𝐷
D = 0.38 atau D = 38 %
beban  yang  digunakan  dapat  dihitung  dengan menggunakan persamaan.
𝑃 = 𝑉 0 2 𝑅  R = 13.8 2 85  R = 2,24 Ω
Untuk  menentukan  nilai  kedua  induktor tersebut digunakan persaman.
𝐿 1 = 𝑉 𝑠 2 .  𝑉 𝑜 𝜆. 𝑃. 𝑓𝑠. (𝑉 𝑜 + 𝑉 𝑠)
𝐿 1 = 21,9 2 .  13,8
0,1 .  85 . 10 𝐾 . (13,8 + 21,9)
𝐿 1 = 218 µ𝐻
𝐿 2 = 𝑉 𝑠 .  𝑉 𝑜 2 𝜆. 𝑃. 𝑓𝑠. (𝑉 𝑜 + 𝑉 𝑠)
𝐿 2 = 21,9 . 13.8 2
0,1 .  85 .  10000 . (13,8 + 21,9)
𝐿 2 = 137 µ𝐻
Pada rangkaian cuk converter terdapat dua buah kapasitor  dengan  penentuan  nilai  yang  dapat dilihat pada persamaan.
𝐶 2 = 𝑃 𝜆. 𝑓𝑠. (𝑉 𝑜 + 𝑉 𝑠 ) 2
𝐶 2 = 85
0,1 .  10000 . (13,8 + 21,9) 2
𝐶 1 = 66 µ𝐹
𝐶 2 = 𝑃 2 .  𝜋 .  𝑓𝑠 .  𝜆 . 𝑉 𝑜 2 𝐶 2 = 85 2 . 3,14 . 10000 . 0,1 . 13,8 2
𝐶 2 = 0,070 𝑚𝐹 = 71 µ𝐹
Simulasi rangkaian cuk converter pada PSIM  berdasarkan  parameter  yang  telah dihitung  sebelumnya,  dijadikan  acuan  dalam pembuatan  alat  dalam  bentuk  implementasi untuk  menentukan  nilai  awal  dari  komponen yang akan digunakan pada perancangan.

## Gambar 15 Rangkaian cuk converter
Pada gambar 15 menunjukan rangkaian cuk converter yang terdiri  dari komponen  gate switching,  diode,  2  buah  inductor  dan  2  buah kapasitor. Dengan hasil sebagai berikut.

## Gambar 16 Grafik Vs dan Vo pada simulasi aplikasih PSIM
Pada gambar 16 menujukan grafik hasil simulasi  output  rangkaian  cuk  converter  pada aplikasi  PSIM,  yaitu  menurunkan  tegangan input  sebesar  21,9  Volt  menjadi  13,9  Volt dengan  duty  cycle  38  %.  Dalam  simulasi  ini, hasil  tegangan  output  (Vo)  yang  diperoleh sebesar -7,28 Volt disebabkan komponen dioda dan  MOSFET  yang  digunakan  dalam  kondisi ideal.  Diode  yang  digunakan  adalah  diode MUR1560 yang memiliki kemampuan blocking voltage  600  volt.  Pada  penelitian  juga menggunakan  MOSFET  jenis  IRF540  yang mampu menghantarkan arus mencapai 33 A dan tegangan  drain-source  maksimum  sebesar  100 Volt.

## 3.3 Perancangan Pembalik Polaritas
Rangkaian  cuk  converter  memiliki polaritas  tegangan  output  yang  terbalik  dari tegangan  input.  Mikrokontroler  tidak  bisa membaca  tegangan  yang  bernilai  negatif, sehingga  dibutuhkan  rangkaian  pembalik polaritas  yaitu  operational  amplifier  LM741. Tegangan keluaran maksimum dari perancangan  cuk  converter  sebesar  13,8  volt, dibutuhkan sebagai rangkaian pembagi tegangan  yang  terdiri  dari  dua  buah  resistor dimana  salah  satu  resistornya  merupakan resistor  variabel  sehingga  range  voltage  masih bisa diatur sesuai keinginan.
𝑉 𝑜𝑢𝑡 = − ( 𝑅 2 𝑅 1 𝑥 𝑉 𝑖𝑛 )
𝑉 𝑜𝑢𝑡 = − ( 20 𝑘𝛺 51𝑘7 𝑥 21,9)
𝑉 𝑜𝑢𝑡 = −8.47 𝑉
Hasil  dari  perhitungan  menunjukan tegangan  output  (V_out)  sebesar  -8.47  V  dan nilai  R_2  yang  digunakan  untuk  implementasi sebesar 50 kΩ.
3.4 Perancangan Rangkaian Driver MOSFET

## Tabel 2 Spesifikasi TLP250
1 Input Threshold Current (IF)
5mA(max)
2 Supply Current (Icc) 11 mA (max) 3 Supply Voltage (Vcc) 10 – 30 V 4 Output Currunt (Io) ± 1.5 A (max) 5 Switching Time 1.5 µs (max) 6 Isolation Voltage 2500 𝑉 𝑟𝑚𝑠 (min)
TLP250  berfungsi  untuk  mengisolasi  dan menguatkan  sinyal  PWM  (Pulse  Width Modulation) level tegangan 5 Volt dibangkitkan  mikrokontroller  menjadi  level tegangan  yang  lebih  tinggi  dengan  sistem ground  terpisah  (level  tegangan  15  Volt)  dan cukup  untuk  memicu  MOSFET  (Metal  Oxide Semiconductor  Field  Effect  Transistor)  dalam proses pensaklaran.

## 3.5  Penggunaan  Pin  Arduino  Uno  Pada Rangkaian Cuk Converter
Pada  penelitian    ini,  arduino  uno digunakan  untuk  mengatur  semua  sistem  baik berupa  sinyal  input  maupun  output  yang  akan diproses sesuai program yang telah ditanamkan di dalam mikrokontroller. Input tersebut adalah driver  MOSFET,  pembalik  polaritas,  push button, modul sensor arus ACS712 – 5A, modul sensor tegangan dan resistor variabel, sedangkan  output  ditampilkan  pada  Liquid Crystal Display (LCD).
Arduino uno memiliki 14 pin input/output yaitu pin 0 sampai pin 13, dan 6 pin input  analog  pin  A0  sampai  A5.  Selain  itu, arduino  uno  juga  memiliki  pin  SCL,pin  SDA, pin  VCC,  pin  GND  dan  pin  reset.  Regulator 7805  dan  7812  mendapatkan  supply  tegangan dari  panel  surya.  Tegangan  keluaran  regulator 7805 di hubungkan ke driver MOSFET, sensor arus,  sensor  tegangan  dan  LCD,  sedangkan tegangan keluaran regulator 7812 terhubung ke Arduino dan LM741. Adapun skema keseluruhan dapat dilihat pada gambar 17.

## Gambar 17 Skema keseluruhan alat

## 3.6 Bentuk Fisik Alat
Rancang  bangun  kontrol  pengisian baterai  dengan  sumber  solar  panel  berbasis arduino,  dirancang  di  dalam  sebuah  box  yang diupayakan  memiliki  dimensi  yang  kecil  agar mudah  untuk  dipindahkan  dari  satu  tempat  ke tempat yang lain yaitu, 30cm x 20cm x 9,8cm. Di  dalam  mekanik  box  terdapat  komponen- komponen input-output, rangkaian elektronika, dan  program  di  dalam  mikrokontroler  yang terintegrasi  membentuk  sebuah  alat  dengan sistem  yang  dapat  menjalankan  fungsi  sebagai
2,45 2,5 2,55 2,6 2,65 0 0,5 1 1,5 T eg ang an (V o lt ) Arus Input Vout V Data Sheet
sistem  kontrol  pengisian  baterai  seperti ditunjukkan pada  gambar 18.

## Gambar 18 Bentuk fisik alat

## Pengujian PWM
Berikut  hasil  pengujian  gelombang Pulse Width Modulation (PWM) keluaran dari arduino dan driver MOSFET dengan frekuensi 10 kHz ditunjukan pada gambar 19.

## Gambar 19 Hasil Pengujian PWM
Pada gambar 19 merupakan perbedaan keluaran PWM arduino yang ditunjukan sinyal berwarna  biru  dan  keluaran  PWM  dari  driver MOSFET  dapat  dilihat  pada  sinyal  berwarna kuning.

## 3.7 Pengujian Modul Sensor Arus ACS 712 – 5A
Pengujian  sensor  arus  ACS  712  –  5A untuk  mengetahui  apakah  sensor  arus  dapat membaca keluaran dari cuk converter.

## Gambar 20 Pengujian sensor Arus
Gambar  20  merupakan  pengujian sensor arus ACS712 – 5A, power supply yang diatur  pada  mode  arus,  tegangan  input  5V, arduino  uno  dan  multimeter.  Selanjutnya menghubungkan  sensor  arus  ACS712  dengan arduino uno, tegangan 5V arduino dihubungkan ke  Pin  Vcc  sensor  arus  ACS712,  kemudian ground  arduino  dihubungkan  ke  Pin  GND sensor arus ACS712, analog read (A3) arduino dihubungkan ke pin output sensor arus ACS712
serta  multimeter  dan  power  suplly  mode  arus dihubungkan ke input sensor arus ACS712.
Tabel 3 Hasil pengujian modul sensor arus

## ACS712-5A
No I Input V out V Data Sheet Kesalahan % 1 0 2,48 2,50 0,8 2 0,1 2,49 2,51 0.8 3 0,2 2,51 2,53 0.8 4 0,3 2,52 2, 54 0.8 5 0,4 2,53 2,55 0.8 6 0,5 2,54 2,56 0.8 7 0,6 2,56 2,58 0,8 8 0,7 2,57 2,59 0.8 9 0,8 2,58 2,60 0,8 10 0,9 2,59 2,61 0,8 11 1 2,60 2,62 0,8
Tabel  3  merupakan  hasil  pengambilan data  pada  pengujian  sensor  arus  ACS712-5A, rata-rata  kesalahan  sebesar  0,8  %,  sedangkan pada datasheet kesalahan pembacaan maksimum  1,5  %,  sehingga  sensor  ini  masih bisa  digunakan.  Kesalahan  pembacaan  sensor tersebut  diakibatkan  tegangan  sumber  yang kurang stabil.
Gambar 21. Grafik pengujian modul sensor arus ACS712-5A
0 5 10 15 20 25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 T ega n ga n (V o lt ) Nomor Percobaan Tegangan Power Supply (Volt)
Pembacaan Sensor tegangan (Volt)
Pengujian  modul  sensor  tegangan untuk  mengetahui  apakah  sensor  dapat membaca keluaran dari photovoltaic.
Gambar 22 Pengujian modul sensor tegangan
Gambar  22  merupakan  pengujian sensor  tegangan,  dimana  power  supply  diatur pada  mode  tegangan  input  21,5V  -  12,5V, modul  sensor  tegangan  dan  arduino  uno. Selanjutnya  menghubungkan  sensor  tegangan dengan  arduino,  dimana  tegangan  5V  arduino dihubungkan  ke  Pin  Vcc,  kemudian  ground arduino  dihubungkan  ke  pin  GND  sensor, analog  read  (A2)  arduino  dihubungkan  ke  pin output  sensor  tegangan  serta  power  suplly dihubungkan parallel ke sensor tegangan.

## Tabel 4  Hasil pengukuran modul sensor
tegangan
No. Tegangan Power Supply (Volt) Sensor tegangan (Volt) 1 21,50 21,44 2 20,50 20,51 3 19,50 19,41 4 18,50 18,51 5 17,50 17,48 6 16,50 16,48 7 15,50 15,40 8 14,50 14,38 9 13,50 13,40 10 12,50 12,42
Tabel 4 merupakan data hasil penelitian pembacaan  sensor  tegangan,  yang  memiliki nilai  yang tidak jauh berbeda dengan tegangan power supply. Dari hasil analisa bahwa sensor tegangan ini bisa digunakan.
Gambar 23 Grafik hasil pengujian sensor tegangan

## 3.9 Pengujian Modul Op-Amp Sebagai Pembalik Polaritas
Pengujian  Op-Amp  sebagai  pembalik polaritas  untuk  mengetahui  apakah  Op-Amp bekerja  sesuai  fungsinya,  dan  sekaligus digunakan sebagai sensor tegangan pada bagian output cuk converter. Modul Op-Amp memiliki jangkauan pembacaan mulai dari 0 (pada input -1,29) sampai 1023 (pada input -30V).
Gambar 24. Pengujian modul Op-Amp sebagai pembalik polaritas
Tabel 5 Hasil pengukuran Op-Amp sebagai modul pembalik polaritas
No. Tegangan Power
Supply (Volt)
Pembacaan Sensor tegangan (Volt) 1 21,50 21,57 2 20,50 20,57
3 19,50 19,61 4 18,50 18,58 5 17,50 17,60 6 16,50 16,56 7 15,50 15,49 8 14,50 14,47 9 13,50 13,52 10 12,50 12,48
Tabel  5  merupakan  hasil  pengukuran Op-Amp  yang  mendekati  dengan  tegangan power  supply  yang  diberikan.  Kelemahan  dari sensor ini adalah semakin besar tegangan input maka semakin besar perbedaan pembacaan Op- Amp  dengan  power  supply.  Dari  hasil penelitian  menunjukan  bahwa  Op-Amp  dapat digunakan dalam perancangan ini.

## 3.10 Pengujian Kontrol PID
Pengujian  kontrol  PID  adalah dengan melihat perbedaan antara kontrol P, kontrol  PI,  Kontrol  PD,  Kontrol  PID. penentuan nilai  KP  sebesar  0.5,  nilai  KD sebesar  0.25  dan  nilai  KI  sebesar  0.02  untuk membuat  tegangan  keluaran  cuk  converter konstan  di-setpoint  110  atau  13,8  V  didapat dengan cara trial and error.
Propotional * error + Derivative*(rate) +
Integral*(rate);
Adapun  perbedaan  dari  beberapa pengontrolan ditunjukan pada gambar 25.

## 3.11 Pengujian Rangkaian Cuk Converter
Pengujian  rangkaian  cuk  converter dilakukan  untuk  melihat  apakah  berfungsi dengan  baik  menaikan  dan  menurunkan tegangan.  Dalam  pengujian  ini  cuk  converter diberi inputan dari power supply sebesar 21,97 Volt  dan  menghasilkan  tegangan  output    yang lebih besar atau lebih kecil dari tegangan input sesuai dengan duty cycle yang diberikan.
Gambar  26  merupakan  pengujian rangkaian  cuk  converter  untuk  menurunkan tegangan, dimana tegangan input yang diberikan dari power supply sebesar 21,97 Volt dan  menghasilkan  nilai  output  lebih  kecil  dari nilai input yaitu -13,71 Volt.
Gambar 26 Hasil percobaan menurunkan tegangan
Gambar 27 Hasil percobaan menaikan tegangan
Gambar  27  merupakan  pengujian rangkaian  cuk  converter  untuk  menaikan tegangan,  dimana,  tegangan  input  yang diberikan dari power supply sebesar 21,95 Volt menghasilkan nilai output lebih besar dari nilai input yaitu -30,21 Volt.
3.12 Pengujian Sistem Keseluruhan
Pengujian  ini  dilakukan  dengan  cara merangkai  keseluruhan  rancangan  sistem pengisian baterai dimana tegangan input berasal dari  sel  surya  sebagai  sumber  tegangan.  Data yang  diambil  yaitu  tegangan  input,  tegangan output,  duty  cycle,  arus  input  dan  arus  output yang dapat dilihat pada tabel 6 Perancangan ini
-100 -50 0 50 100 150 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 P PD PID
menggunakan  baterai  (accu)  dengan  tegangan awal  sebesar  12,05  Volt.  Adapun  hasil pengujian dapat dilihat pada tabel 6.

## Tabel 6 Hasil pengujian tegangan konstan dengan sumber sel surya
𝑉 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 (V) 𝐼 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 (A) Duty Cycle (%) 𝑉 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 (V) 𝐼 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 (A) Intensit as (Watt/ 𝑚 2 ) 10,72 2,28 80 13,95 1,05 244,08 19,46 0,78 56 13,94 0,81 701,75 19,38 0,54 53 13,96 0,62 692,30 19,35 0,46 50 13,92 0,54 648,36 19,19 0,43 47 14,00 0,48 572,08 19,06 0,38 44 13,97 0,44 533,94 19,05 0,35 40 14,02 0,48 480,55 19,43 0,35 36 14,10 0,36 594,96 19,27 0,32 35 14,01 0,32 556,82 18,98 0,28 34 14,05 0,31 396,64 19,41 0,28 33 14,06 0,31 533,94 19,38 0,27 32 14,05 0,30 968,72 19,22 0,26 32 14,17 0,29 343,25 19,39 0,26 31 14,19 0,28 350,87 19,29 0,25 30 14,18 0,26 327,99 19,38 0,24 29 14,22 0,26 381,38 19,30 0,23 23 14,18 0,22 396,64 19,69 0,20 22 14,25 0,21 305,11 19,45 0,19 21 14,17 0,20 312,73 19,45 0,18 20 14,27 0,20 343,24 19,43 0,18 19 14,21 0,19 320,36 19,26 0,16 18 14,24 0,18 259,34 19,24 0,16 17 14,23 0,17 213,57 19,11 0,15 16 14,29 0,16 167,81 19,11 0,14 15 14,22 0,15 114,41 19,05 0,13 15 14,28 0,14 106,78 18,92 0,12 15 14,19 0,13 99,16 19,01 0,11 15 14,19 0,11 106,78 Pada  tabel  6,  terlihat  bahwa  cuk converter  menunjukan  tegangan  konstan. Beberapa nilai tegangan output diawal pengambilan  data  memiliki  nilai  berbeda,
disebabkan sel surya yang masih dalam kondisi dingin.  Data  dari  tegangan  output  yang memiliki  nilai  berbeda,  akan  tetapi  tidak  akan mempengaruhi  umur  baterai  karena  kondisi normal pengisian baterai yaitu 13,8 Volt sampai dengan 14,7 Volt.
Dari  hasil  pengukuran  selanjutnya dilakukan  perhitungan  daya  input  dan  daya output untuk mencari nilai efisiensi seperti yang ditunjukan pada tabel 7.

## Tabel 7 Hasil  daya dan efisiensi
𝑃 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 (Watt) 𝑃 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 (Watt) Efisiensi (%) 24,44 14,64 59,92 15,17 11,29 74,38 10,46 8,65 82,70 8,90 7,51 84,44 8,25 6,72 81,43 7,24 6,14 84,86 6,66 6,72 100,93 6,80 5,07 74,64 6,16 4,48 72,70 5,31 4,35 81,95 5,43 4,35 80,19 5,23 4,21 80,55 4,99 4,10 82,23 5,04 3,97 78,81 4,82 3,68 76,44 4,65 3,69 79,48 4,43 3,11 70,27 3,93 2,99 75,99 3,69 2,83 76,68 3,50 2,85 81,51 3,49 2,69 77,19 3,08 2,56 83,17 3,07 2,41 78,58 2,86 2,28 79,76
2,67 2,13 79,72 2,47 1,99 80,72 2,27 1,84 81,25 2,09 1,56 74,64 Efisiensi rata rata 79,11
Berdasarkan  tabel  7  terlihat  bahwa  cuk converter  menghasilkan  nilai  efisiensi  yang baik atau nilai rata – rata efisiensi ±79,11%,

## IV. PUNUTUP

## 4.1. Kesimpulan
Setelah  melakukan  pengujian  “Rancang
Bangun Pengontrolan Pengisian Baterai Dengan  Sumber  sel  surya  Berbasis  Arduino”, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Rancang  bangun  pengontrolan  pengisian baterai menggunakan rangkaian cuk converter  yang  dapat  menaikan  dan menurunkan  tegangan  DC.  Duty  Cycle berfungsi untuk membuat tegangan keluaran konstan meskipun tegangan masukan berubah-ubah.  Ketika  tegangan  masukan semakin  besar,  maka  nilai  duty  cycle  akan semakin kecil.
2. Tegangan  keluaran  dari  rangkaian  ini bernilai negatif sehingga harus
menggunakan  op-amp  tipe  LM741  sebagai pembalik polaritas tegangan.
3. Sistem  kontrol  rangkaian  ini  menggunakan kontrol  PID  dengan  nilai  KP  sebesar  0.5, nilai  KD  sebesar  0.25  dan  nilai  KI  sebesar 0.02  serta  set  point-nya  bernilai  46  atau sebesar 13.8 Volt.
4. Rancang  bangun  pengontrolan  pengisian baterai  menggunaan  LCD  sebagai  tampilan sistem  sehingga  memudahkan  pemantauan arus dan tegangan keluaran.

## 4.2. Saran
1. Pemilihan komponen sangat perlu diperhatikan  dalam  perancangan  sehingga hasil perancangan tidak beda jauh dari hasil perhitngan.  Untuk  pembuatan  induktor usahakan lilitanya merata dan rapat sehingga induktor bekerja sesuai yang diharapakan.
2. Untuk  mengembangkan  pada  penelitian selanjutnya dapat dilakukan dengan
menggunakan  kendali  seperti  fuzzy  logic, adaptif,  neural  network,dll  serta  dapat menggabungkan dengan pemantauan menggunakan LAB VIEW, Web dll.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Arief,  E.  2014.  Pengertian  dan  Kegunaan Arduino.
https://ariefeeiiggeennblog.wordpress.co m/2014/02/07/pengertian-fungsi-dan- kegunaan-arduino/ . Diakses 26 Juni 2017 [2]  Azadeh  Safari  dan  Saad  Mekhilef.  2011. Simulation and Hardware Implementation of  Incremental  Conductance  MPPT  With Direct  Control  Method  Using  Cuk Converter . Amerika, Institute of Electrical and Electronics Engineers.
[3]  Bagus  Kurniawan  Susanto.  2017. Design dan  Implementation  Of  Cuk  Converter
With  Coupled  Induktor To  Reduce  Ripple Input Current . Surabaya, Institut
Teknologi Sepuluh Nopember.
[4]  Electricity  of  Dream.  2016.  Tutorial Arduino  Mengukur  Arus  Dengan  Modul Sensor Arus
ACS712.
http://electricityofdream.co.id/2016/09/tut orial-mengukur-arus-dengan-modul.html.
Diakses : 21 Juni 2017
[5]  Electricity  of  Dream.  2016.  Tutorial Arduino  Mengukur  Tegangan  Dengan
Modul Sensor Tegangan. http://electricityofdream.co.id/2
016/09/tutorial-mengukur-tegangan- dengan-modul.html. Diakses 21 Juni 2017 [6]   Hemalatha,  J.N.  2014. Performance Evaluation  Of  Single  Ended  Primary Inductance  Converter  For  Photo  Voltaic Application .  Bangalore,  R  V  College  Of Engineering.
[7]  I  Learning  Media.  2015.  Pengertian Arduino
UNO. http://ilearning.me/sample-page- 162/arduino/pengertian-arduino- uno/2015. Diakses : 21 Juni 2017 [8]  Kurniawan,  Singgih.  2012. Maximum Power  Point  Tracking  (Mppt)  Dengan Konverter Dc-Dc Tipe Cuk Menggunakan Metode  Logika  Fuzzy  Pada  Fotovoltaik.
Semarang, Universitas Diponegoro.
[9]  Laboratorium  Kontrol.  2012.  Kontroller PID.
http://labkontrol.blogspot.co.id/2012/09/k
ontroller-pid_30.html. Diakses : 12 Februari 2018.
[10] Pradana,  S.  2016.  Mengenal  PSIM. https://sunupradana.info/pe/2016/10/13/m engenal-psim/. Diakses: 21 Juni 2017
[11] Rashid,  Muhammad  H.  2001. Power Electronic  Handbook .  Canada,  Academic
Press.
[12] Simurat, S.D.R. 2010. Pengenalan Proteus (Software  simulasi  &  desain  PCB). https://dunovteck.wordpress.com/2010/02 /23/pengenalan-proteus-software- simulasi-desain-pcb-2/. Diakses:
12 Februari 2018 [13] Wikipedia. 2017. Energi Surya.
https://id.wikipedia.org/wiki/Energi_sury a. Diakses : 21 Juni 2017
[14] Wikipedia. 2017. FotoVoltaic. https://id.wikipedia.org/wiki/Fotovoltaik. Diakses : 21 Juni 2017