Abstrak —  Perkembangan  teknologi  energi  baru  dan terbarukan  menjadi  persoalan  yang  mendunia  saat  ini. Berbagai  cara  seperti  kecerdasan  buatan,  algoritma peramalan dan optimasi kontrol dilakukan untuk mendapatkan  hasil  yang  stabil  dan  dapat  diaplikasikan pada  masa  yang  akan  datang.  Pada  buku  Tugas  akhir  ini akan  dibahas  mengenai  implementasi Maximum  Power Point Tracking (MPPT) pada sistem turbin angin skala kecil yang  dikontrol  menggunakan  metode Modified  Perturb  & Observe (P&O)  pada  kontrol  konverter  buck  berdasarkan nilai  arus  dan  tegangan  yang  dihasilkan  pada  keluaran Permanent  Magnet  Synchronous  Generator (PMSG).  P&O merupakan  metode  yang  paling  banyak  digunakan  pada MPPT.  Dengan  modifikasi  pada  hal  mendasar  dari algoritma  P&O,  MPPT  dapat  menghasilkan  daya  optimal dan  kecepatan  yang  lebih  baik  dalam  pencarian  nilai  daya maksimum.  Modifikasi  pada  metode  P&O  dapat  dilakukan dengan cara menambahkan strategi kontrol dalam perubahan  besarnya  step  dari duty  cyle (∆D).  Seiring dengan  perubahan  besarnya  tegangan  dan  arus  masukan pada  MPPT,  keluaran  daya  yang  dihasilkan  juga  akan berubah-ubah. Perubahan daya tersebut akan mempengaruhi  perubahan  ∆D.  Dengan  modifikasi  metode P&O  pada  MPPT  ini,  osilasi  daya  keluaran  pada  turbin angin  dapat  diredam  dengan  baik.  Hasil  akhir  dari penelitian ini adalah  turbin angin  skala kecil  menggunakan sistem  MPPT  berdasarkan  metode  Modified  P&O  dapat menghasilkan  daya  maksimum  yang  optimal  dengan kecapatan  tracking yang  cepat.
Kata  Kunci —  Energi  Baru  dan  Terbarukan,  Turbin  Angin, PMS G, MPPT, Modified Perturb and Observe.

## I. PENDAHULUAN
NERGI  angin  merupakan  energi  yang  biasa  digunakan sebagai sumber pembangkitan tenaga listrik dan bagian penting dalam  kebutuhan  energi dunia.  Sebagai  energi penting  di  dunia,  energi  angin  mengalami  perkembangan teknologi yang sangat  cepat. Teknologi pembangkitan  t enaga angin  dikembangkan  untuk  dapat  terhubung  ke  dalam  sistem kelistrikan.  Kapasitas  energi  angin  yang  tersedia  dan  dapat diubah menjadi tenaga listrik sebesar 1.26x109 MW. Kapasitas
tersebut  lebih  besar  20  kali  lipat  dibandingkan  dengan konsumsi energi dunia saat ini.
Potensi  energi  angin  di  Indonesia  banyak  ditemui  pada pesisir  selatan  Jawa,  Sumatera,  dan  pulau-pulau  di  Indonesia bagian  timur.  Berdasarkan  data  Blueprint  Energi  Nasional, Departemen  ESDM  RI,  dapat  dilihat  bahwa  potensi Pembangkit Listrik Tenaga Angin di Indonesia sangat menarik untuk dikembangkan karena dari potensi sebesar 9.29 GW, baru sekitar 0.5  GW  yang  dikembangkan, yang  berarti  baru  sekitar 5.38%  [1].  Daerah  Indonesia  bagian  timur  seperti  NTB,  NTT, dan  Maluku  memiliki  energi  angin  yang  potensial  untuk dimanfaatkan. Hal ini berbanding terbalik dengan ketersediaan kebutuhan listrik pada daerah tersebut yang sangat minim.
Energi  angin  dapat  menghasilkan  energi  listrik  dengan menggunakan  turbin  angin.  Turbin  angin  memiliki  berbagai macam  jenis  berdasarkan  dari  bentuk  dan  poros  yang digunakan.  Turbin  angin  terhubung  dengan  generator  yang dapat mengubah energi gerak dari turbin angin menjadi energi listrik.  Generator  yang  umum  digunakan  pada  pembangkitan energi listrik berbasis  turbin angin  adalah Permanent  Magnet Synchronous Generator (PMSG).
Besar daya keluaran yang dihasilkan oleh PMSG bervariasi, tergantung  dari  besarnya  kecepatan  angin. Maximum  Power Point  Track ing (MPPT)  digunakan  untuk  mendapatkan  nilai daya  maksimum  dari  pembangkitan  energi  listrik  ini.  MPPT berbasis  metode Perturb & Observe (P&O)  telah  banyak digunakan  dalam  pencarian  nilai  daya  maksimum.  P&O merupakan metode yang mudah untuk diimplementasikan pada sistem turbin angin karena memiliki algoritma yang  sederhana. Selain  itu,  penggunaan  metode  P&O  tidak  membutuhkan informasi kecepatan angin dan parameter turbin angin sehingga lebih  efisien  dan  memiliki  harga  yang  paling  rendah  diantara metode-metode yang  ada. Metode  ini memiliki feedback yang sederhana  dan  beberapa  parameter  pengukuran.  Kekurangan metode  ini  menghasilkan  osilasi  pada  kondisi  steady  state karena perubahan duty cycle konstan.
Modifikasi dengan  mengombinasikan  metode  P&O  dengan metode  prediktif.  Kedua  metode  tersebut  bekerja  secara bergantian sesuai dengan kondisi dari arus dan tegangan pada sisi  masukan  konverter.  Metode  prediktif  digunakan  untuk menentukan  besarnya  perubahan step pada  metode  P&O. Apabila  perubahan  dari  tegangan  sangat  besar,  maka  akan
Desain Maximum Power  Point Tracking untuk Turbin Angin  Menggunakan Modified Perturb
& Observe (P&O) Berdasarkan Prediksi Kecepatan  Angin
Dwiyan Anugrah Ernadi,  Margo Pujiantara, Mauridhi  Hery Purnomo Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi  Industri,  Institut Teknologi  Sepuluh  Nopember (ITS)
Jl. Raya Kampus ITS Sukolilo,  Surabaya 60111
E-mail : dwiyan12@mhs.ee.its.ac.id, margo@ee.its.ac.id, hery@gmail.com
E
digunakan step  size yang  bernilai  besar,  sedangkan  apabila perubahan dari  nilai  tegangan  kecil digunakan step  size yang kecil  [2].
Dengan  modifikasi  pada  hal  mendasar  dari  algoritma  P&O, MPPT  dapat  menghasilkan  akurasi  yang  lebih  baik  dalam pencarian nilai daya maksimum.  Modifikasi pada metode  P&O dapat  dilakukan  dengan  cara  menambahkan  strategi  kontrol dalam perubahan besarnya size-step dari duty cycle (∆D). Pada tugas  akhir  ini  algoritma modified  perturb & observe akan diimplementasikan pada sistem turbin angin standalone dengan menggunakan mikrokontroller.

## II. DASAR TEORI

## A. Turbin Angin
Turbin angin  mengikuti  variasi perubahan  kecepatan  angin dan menghasilkan daya  maksimum pada  saat keadaan  operasi normal  dengan  kecepatan  rendah  melalui  MPPT.  Saat kecepatan angin lebih besar dari rating kecepatan turbin angin, turbin angin akan bekerja dalam keadaan daya konstan dengan cara  mengatur  beban  generator  atau pitch  angle turbin  [3]. Gambar  1  menunjukkan  kurva  daya  ideal  pada  turbin  angin dengan kecepatan angin yang bervariasi. Pada Region II, daya keluaran turbin akan bekerja  sesuai dengan MPPT.

## Gambar 1. Kurva daya ideal pada turbin angin
Turbin angin merupakan alat konversi energi angin  menjadi energi  mekanik.  Energi  angin  (P wind )  merupakan  hasil  dari setengah  kali  massa  jenis  udara  (ρ)  dengan  luas  penampang cakupan dari turbin angin (A) dan pangkat tiga dari kecepatan anginnya (v 3 ). Energi tersebut menggerakkan rotor turbin angin yang terhubung dengan  generator untuk menghasilkan  listrik. Daya  keluaran  maksimum  dari  turbin  angin  terbatas  pada koefisien daya (Cp). Koefisien daya adalah fungsi dari tip speed ratio λ.  Nilai  dari  koefisien  daya  tidak  lebih  dari  59.3%. Umumnya,  Cp  bernilai  25%  hingga  45%  [12].  Daya  mekanik (P m ) yang  dihasilkan  oleh  angin dari  rotor  turbin  angin  dapat dirumuskan sebagai berikut:
𝑃 𝑚 = 1 2 𝜌𝐶𝑝𝜋𝑅 2 𝑣 3 (1)
R = jari-jari  turbin angin (m) ρ = massa jenis udara (kg/m 3 ) v = kecepatan angin (m/s)
Sedangkan  torsi  T  (Nm)  yang  dihasilkan  oleh  turbin  angin adalah
𝑇  = 𝑃𝑚 𝜔
(2)
ω = kecepatan putar rotor turbin angin (rad/s)
Dalam tugas  akhir ini,  karena  turbin angin  yang  digunakan memiliki sudut  turbin yang  statis ( fixed  pitch ), maka  nilai  dari pitch  angle β sama  dengan  nol  untuk  mendapatkan  nilai  C p maksimal.  Setelah  semua  nilai  persamaan  dimasukkan  maka akan  didapatkan  kurva  karakteristik  dari  daya  atau  torsi mekanik  dengan kecepatan pada rotor.
Setiap  sistem  pasti  memiliki  s uatu  tingkat  efesiensi  kerja karena hampir tidak ada sistem yang mampu bekerja sempurna, seperti  halnya  turbin  angin  ini.  Oleh  karena  itu,  untuk mendapatkan  energi  mekanik  dari  hasil  turbin  ini  maka  perlu diperhitungkan juga  nilai  efesiensi  turbin  (Cp).  Nilai  efesiensi ini  sudah  ditentukan  dari  awal  mula  sistem  (turbin  angin)  ini didesain. Energi mekanik dari turbin ini  berupa kecepatan putar rotor turbin (ω) dan torsinya T, (besar gaya yang diberikan pada suatu panjang lengan beban/ blade ).
Prinsip kerja dari turbin  angin ini dengan menangkap  angin menggunakan sudu turbin yang di desain seperti sayap pesawat terbang. Ketika angin bertiup melalui sudu tersebu t, maka akan timbul  udara  bertekanan  rendah  pada  bagian  bawah  sudu, tekanan udara yang rendah akan menarik sudu untuk bergerak ke  area  tersebut.  Gaya  yang  ditimbulkan  dinamakan  gaya angkat.  Besarnya  gaya  angkat  ini  biasanya  lebih  kuat  dari tekanan pada  depan  sisi  sudu, atau  yang  biasa  disebut  gaya tarik.  Kombinasi  antara  gaya  angkat  dan  gaya  tarik menyebabkan  rotor  berputar  seperti  propeller  dan  memutar generator. Turbin angin bisa digunakan secara stand-alone , atau bisa dihubungkan ke jaringan transmisi atau bisa dikombinasikan  dengan sistem panel surya.

## B. Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG)
Generator  merupakan  alat  konversi  energi  mekanik  menjadi energi  listrik.  Generator  mengubah  torsi  (T)  dan  kecepatan putar  rotor  (ω)  yang  diterimanya  dari blade menjadi  nilai tegangan  (V)  dan  arus  (I).  Hasil  keluaran  dari  generator  ini berupa listrik  AC 3 fasa.
Energi  mekanik 𝑃 𝑚 =  𝜔. 𝑇 (3) Energi  listrik 𝑃 𝑒 = 𝑉. 𝐼 (4)
V  = tegangan (volt)
I = arus ( ampere )
Generator sinkron dengan magnet permanen tidak membutuhkan  sistem eksitasi  karena sumber eksitasi disediakan oleh magnet permanen pada rotor. Kontrol tegangan untuk  sistem  eksitasi  tidak  diperlukan,  sehingga  mengurangi kesulitan dalam  sistem kontrolnya.
Permanent  Magnet  Synchronous  Generator (PMSG) biasanya  digunakan  untuk  membangkitkan  listrik  pada  daya rendah, sehingga penggunaan PMSG sesuai untuk pembangkitan  listrik  tenaga  angin  untuk  skala  kecil. Keuntungan  menggunakan  sebuah  PMSG  adalah  biaya  yang rendah, ketahanan, kesederhanan, dan lebih mudah mengkopling  grid,  akan  tetapi  kelemahan  utamanya  adalah perlunya  kompensator  faktor  daya  dan  efesiensi  yang  lebih rendah.
Prinsip generator sinkron terdapat hubungan antara frekuensi dan kecepatan yang ditunjukkan dalam  persamaan berikut:
𝑁𝑠 = 𝑁𝑟 = 120𝑓 𝑝 (5)
Nr = kecepatan medan rotor (rpm)
Ns = kecepatan medan stator (rpm) p = jumlah  kutub f = frekuensi (Hz)
C. Maximum Power Point Track ing (MPPT)
Maximum Power Point  Track ing atau  yang sering  disebut dengan MPPT  adalah metode  pelacakan nilai  daya  maksimum dari  suatu  sistem.  Pada  suatu  titik  tertentu  sistem  tersebut memiliki  nilai  daya  maksimum.  Daya  keluaran  yang  maksimal ini akan menghasilkan  efesiensi yang tinggi.  Prinsip kerja  dari MPPT  adalah  dengan  menaikkan  dan  menurunkan  tegangan kerja. Hal tersebut dapat dilakukan dengan mengatur duty cycle pada  konverter.  Perubahan  besar  nilai  daya  tergantung  dari perubahan nilai tegangan dan arus.
Pada turbin angin  MPPT digunakan untuk  mengoptimalkan keluaran  daya  maksimum  dari  generator.  Setiap  kecepatan angin memiliki  daya  maksimum yang  berbeda-beda.  Generator yang terhubung dengan turbin angin akan menghasilkan daya maksimum apabila metode  yang digunakan  pada MPPT  dapat bekerja  sesuai  dengan  karakteristik  angin.  Metode  yang digunakan pada MPPT bervariasi sesuai dengan algoritma yang digunakan.

## III. PERANCANGAN PENELITIAN

## A. Desain Sistem
Perancangan  desain  sistem  optimalisasi  turbin  angin menggunakan maximum power point track ing (MPPT) berupa software dan hardware .  Untuk  perancangan software digunakan  PowerSIM  sebagai  bahan  simulasi  desain  sistem yang  akan  dibuat  dan  Arduino  sebagai  mikrokontroller  dari pembangkit sinyal pulse width modulation (PWM). Hardware yang  digunakan  berupa  turbin  angin, permanent  magnet synchronous generator (PMSG),  konverter  buck,  sensor  arus dan tegangan.
Proses  perancangan  sistem  turbin  angin  dengan  MPPT menggunakan metode modified perturb and observe dilakukan dengan  menggunakan  turbin  angin  sebagai  penggerak  rotor pada  PMSG,  PMSG  sebagai  generator  yang  men ghasilkan listrik, daya keluaran PMSG dis earahkan dengan menggunakan rectifier 3 fasa full - bridge , rangkaian konverter buck digunakan untuk mengatur besar tegangan, konverter buck terkontrol oleh MPPT  sehingga  keluaran  daya  pada  konverter  mengh asilkan daya  maksimum.  Gambar  2  menjelaskan  mengenai  skema rancangan desain sistem.
PMSG Rectifier
Konverter Buck Sensor V dan I Beban Mikrokontroller PWM Driver MPPT VSD Emulator Turbin Angin Motor Induksi
Gambar 2. Diagram sistem turbin angin dengan MPPT
Gambar 3. Perangkat sistem turbin angin

## B. Sensor Tegangan
Pembacaan sinyal tegangan menggunakan sensor tegangan yang  dipasang  pada  sisi  keluaran  rectifier  atau  masukan  dari konverter buck. Untuk perancangan sensor tegangan pada tugas akhir  ini  adalah  dengan  menggunakan  rengkaian  pembagi tegangan ( voltage divider ).
Tegangan DC keluaran dari rectifier nilainya diturunkan dulu menggunakan  pembagi  tegangan  agar  dapat  terbaca  oleh Analog  to  Digital Converter  (ADC)  pada  mikrokontroler sebagai  hasil  pengukuran,  karena  ADC  hanya  membaca tegangan  pada  rentang  nilai  0-5  Volt.  Sehingga  keluaran  dari sensor  didesain  sampai  batas  maksimal  5  V.  Bila  terjadi perbuahan  pada  tegangan  masukan,  maka  juga  akan  terjadi perubahan  pada  tegangan  keluaran  dari  rangkaian  pembagi tegangan.
Perhitungan untuk menurunkan tegangan menggunakan rumus pembagi tegangan sebagai berikut:
𝑉 𝑜𝑢𝑡 = 𝑅2 𝑅1+𝑅2 ×   𝑉 𝑖𝑛 (6)
Besar nilai resistor yang digunakan pada pembagi tegangan adalah  10  K Ω dan  390  K Ω .  Dari  rangkaian  dan  perhitungan nilai tegangan pada persamaan 6, maka tegangan dari keluaran rectifier  pada saat tegangan dalam kondisi maksimum  adalah
𝑉 𝑜𝑢𝑡 = 10 K 10 K + 390 K ×   𝑉 𝑖𝑛 (7) 𝑉 𝑜𝑢𝑡 = 0.025 𝑉 𝑖𝑛 (8)

## C. Sensor Arus
Sensor  arus  yang  digunakan  untuk  membaca  nilai  arus keluaran  pada rectifier menggunakan ACS758LCB-050. Sensor tersebut  dapat membaca  nilai  arus hingga  50  Ampere. Keluaran dari arus ini merupakan tegangan yang  proporsional dengan nilai arus masukan yang dibaca, dengan sentitivitas 40 mV/A.  Dengan  menggunakan  sensor  arus,  maka  akan menyederhanakan  pembacaan  dari  arus  sekaligus  dapat dijadikan acuan  masukan  dari mikrokontroller.  Bagian sensing dan keluaran dari sensor ini terpisah, sehingga arus besar yang lewat  sama  sekali  tidak  membahayakan  bagian  keluaran  yang tersambung  dengan  mikrokontroller  yang  bekerja  dalam rentang arus kecil.
Pada sisi  keluaran sensor  terpasang pengaman  berupa  dua buah dioda yang berfungsi untuk memotong tegangan keluaran dari  sensor.  Hal  ini  dilakukan  untuk  mengurangi  resiko
rusaknya  mikrokontroller  akibat  dari  besarnya  nilai  sisi masukan pada sensor.

## D. Rectifier
Rectifier  yang  digunakan  dalam  tugas  akhir  ini  adalah penyearah 6 pulsa tidak terkontrol. Dengan menggunakan tiga pasang dioda yang  bekerja secara  bergantian, maka  tegangan AC  akan  diubah  menjadi  tegangan  DC  yang  memiliki  enam puncak gelombang.  Penyearah  6 pulsa  tidak  terkontrol  dipilih untuk mempermudah  kontrol dari penyearah.
Dalam penggunaan rectifier pada sstem turbin angin ini juga digunakan kapasitor. Kapasitor digunakan untuk memperhalus tegangan keluaran rectifier. Kapasitor yang digunakan memiliki kapasitas 2200  µF.

## E. Arduino MEGA 2560
Mikrokontroller  yang  digunakan  adalah  Arduino.  Arduino diguakan untuk mempermudah dalam pemrograman yang akan dibuat. Dalam tugas akhir ini dipilih Arduino tipe MEGA 2560. Arduino  MEGA  2560  digunakan  karena  memori  yang  dimiliki oleh  Arduino  MEGA  2560  lebih  besar  dibandingkan  dengan Arduino lainnya.
Analog input yang digunakan adalah port A0 sebagai hasil pembacaan  dari  sensor  tegangan  dan port A4  sebagai  hasil pembacaan  dari  sensor  arus. Port PWM  yang  digunakan sebagai  keluaran  dari duty  cycle adalah port 13. Port 13 digunakan  karena  pada port ini  ada  LED  sebagai  indikator, sehingga  dapat  diketahui  apakah  Arduino  sudah  bekerja mengeluarkan duty  cycle atau  belum.  Frekuensi  keluaran  dari Arduino MEGA  2560 pada  bagian port PWM  adalah  sebesar 490 Hz,  kecuali port 4 dan  13 yang  memiliki frekuensi  980  Hz. Desain dari perancangan konverter buck bekerja pada frekuensi 31.25  kHz,  sehingga  diperlukan  perubahan  besaran  frekuensi dari  Arduino.  Hal  ini  dapat  dilakukan  dengan  memasukkan library pada  Arduino  untuk  mengubah  frekuensi  yang dikeluarkan.
T abel 1 Parameter Arduino Mega 2560 Analog input tegangan A0 Analog input arus A4 Frekuensi kerja 31.25 kHz PWM output 13

## F. Konverter Buck
Besarnya  nilai  induktor  dan  kapasitor  dapat  ditentukan berdasarkan perhitungan. Konverter buck merupakan penurun tegangan  DC  ke  DC  dengan  penyaklaran  pada  MOSFET. Penyaklaran  MOSFET  bekerja  pada  saat gate diberikan tegangan.  Persamaan  konversi  tegangan  dapat  dilihat  pada persamaan di bawah ini:
𝑉 𝑜 = 𝑉 𝑠 𝐷 (9)
Tegangan  keluaran  akan  lebih  rendah  daripada  tegangan masukan secara linear terhadap duty cycle . Semakin tinggi duty cycle , maka  tegangan keluaran  akan semakin  besar  mendekati nilai tegangan masukan. MPPT harus mencari nilai duty cycle , sehingga daya yang dihasilkan  turbin angin berada pada  nilai maksimal.
Dalam  perancangan  konverter  buck  mengacu  pada  hasil keluaran  tegangan  dari  rectifier  yang  terhubung  dengan permanent  magnet  synchronous  generator dan  turbin  angin. Nilai  masukan  dari  konverter  buck  memiliki  variasi  tegangan
37 V hinnga 100 V dan arus 0.3 A hingga 3 A. Spesifikasi dari konverter yang dirancang dapat dilihat pada Tabel 2.
T abel 2 Spesifikasi Konverter Buck Parameter Nilai Induktor 10 mH Kapasitor 300 µF Frekuensi 31.5 kHz

## G. Perturb and Observe
Metode perturb and observe (P&O) dapat digunakan untuk menentukan  titik  optimum.  Dengan  menggunakan  metode P&O,  nilai  daya  maksimum  bisa  didapatkan  tanpa  harus mengetahui  karakteristik  dari  sistem  turbin  angin.  Nilai  daya maksimum didapatkan dengan cara mengatur besaran tegangan dc pada konverter. Dengan perubahan besar tegangan dc pada konverter,  maka  nilai  daya  juga  akan  berubah.  Metode  ini mengatur dan mengamati setiap perubahan tersebut. Perubahan ditentukan  pada step-size (∆D)  tertentu  dan  waktu  tertentu. Besar  nilai  daya  listrik  yang  dihasilkan  dibandingkan  dengan daya  listrik  sebelumnya.  Hal  ini  menentukan  variabel  ∆D berikutnya.  Jika  besar  nilai  daya  yang  dihasilkan  meningkat maka  variabel  ∆D  akan  bernilai  tetap,  sebaliknya  jika  besar nilai  daya  yang  dihasilkan  menurun  maka  variabel  ∆D  akan berubah. Prinsip kerja dari metode ini dapat dilihat berdasarkan Gambar  4.
Mulai
Baca Nilai V(n) dan I(n) dari sensor
P(n) = V(n)*I(n) ∆V = V(n) - V(n-1) ∆P = P(n) - P(n-1) ∆P > 0 ∆V > 0 ∆V > 0 D - ∆D D + ∆D P(n-1) = P(n) V(n-1) = V(n) D - ∆D D + ∆D Y N Y N Y N
Gambar 4. Flowchart metode perturb and observe
Metode P&O merupakan metode yang paling sederhana dan mudah diaplikasikan diantara  metode lainnya. Namun,  metode ini  memiliki  keterbatasan.  Tingkat  efesiensi  dari  metode  ini bergantung pada besaran variabel ∆D. Apabila nilai ∆D  besar maka  sistem  akan  cepat  menuju  pada  nilai  maksimum,  tetapi akan menghasilkan fluktuasi yang  besar saat sudah  mencapai nilai  maksimum  yang  mengakibatkan  osilasi  pada  daya  yang dihasilkan,  sehingga  efesiensinya  rendah.  Jika  menggunakan ∆D  yang  kecil  maka  efesiensi  sistem  akan  lebih  baik,  tetapi waktu  yang  dibutuhkan  untuk  menuju  nilai  maksimum sangatlah lambat yang mengakibatkan sistem tidak responsif.
Metode P&O merupakan metode yang paling sederhana dan mudah diaplikasikan diantara  metode lainnya. Namun,  metode ini  memiliki  keterbatasan.  Tingkat  efesiensi  dari  metode  ini
bergantung pada besaran variabel ∆D. Apabila nilai ∆D  besar maka  sistem  akan  cepat  menuju  pada  nilai  maksimum,  tetapi akan menghasilkan fluktuasi yang  besar saat sudah  mencapai nilai  maksimum  yang  mengakibatkan  osilasi  pada  daya  yang dihasilkan,  sehingga  efesiensinya  rendah.  Jika  menggunakan ∆D  yang  kecil  maka  efesiensi  sistem  akan  lebih  baik,  tetapi waktu  yang  dibutuhkan  untuk  menuju  nilai  maksimum sangatlah lambat yang mengakibatkan sistem tidak responsif.
Algoritma perturb and observe memiliki beberapa parameter sebagai  inisialisasi  nilai  awal  dan  besar  perubahan  nilai step size dari setiap iterasi yang dilakukan. Batasan duty cycle juga diperlukan dalam menjalankan algoritma ini dikarenakan  untuk menjaga kemampuan dari konverter  buck. Waktu tunda  dalam menjalankan program  dalam  satu kali  iterasi  ditentukan  untuk memberikan respon balik akibat perubahan dari nilai duty cycle yang  diberikan.  Tabel  3  menunjukkan  parameter  yang digunakan pada algoritma perturb and observe .
T abel 3 Parameter Algorit ma Perturb And Observe Batasan duty cycle 0.2-0.8 Step size 0.015 Delay 0.5-1 detik

## H. Modified Perturb and Observe
Kekurangan pada metode perturb and observe (P&O) dapat diatasi  dengan  mengubah  besaran  nilai  ∆D  yang  digunakan untuk  mencari  nilai  titik  maksimum  daya  yang  dihasilkan. Ketika  titik  maksimum  daya  sudah  didapatkan  maka  besaran ∆D  akan  dikalikan  dengan  konstanta  dengan  nilai  antara  0-1, sehingga besaran ∆D  akan  semakin  kecil.  Dengan  perubahan besaran  nilai  dari  ∆D  maka  pada  saat  awal  inisiasi  nilai  ∆D digunakan yang besar dan nantinya saat sudah mencapai titik nilai  daya  maksimum  maka  secara  otomatis  ∆D  akan  menjadi kecil.  Prinsip  kerja  dari  modified  perturb  and  observe  dapat dilihat pada Gambar  5.
Mulai
Baca Nilai V(n)
dan I(n) dari sensor
P(n) = V(n)*I(n) ∆V = V(n) - V(n-1) ∆P = P(n) - P(n-1) ∆P > 0 ∆V > 0 ∆V > 0 D - ∆D D + ∆D P(n-1) = P(n) V(n-1) = V(n) D - ∆D D + ∆D Y N Y N Y N ∆D = ∆D*C
Gambar 5. Flowchart  metode modified perturb and observe
Modifikasi  pada  metode  P&O  ini  diharapkan dapat memberikan  waktu  yang  sangat  responsif  dan  juga  masalah osilasi pada sistem dapat dihilangkan karena fluktuasi dari nilai
daya  saat  mencapai  nilai  maksimum  akan  semakin  berkurang karena perubahan dari nilai  ∆D.
Algoritma modified  perturb  and  observe juga  memiliki beberapa  parameter  sebagai  inisialisasi  nilai  awal  dan  besar perubahan nilai step size dari setiap iterasi yang dilakukan. Pada modified  perturb  and  observe nilai step  size akan  berubah sesuai  dengan  respon  dari  sistem.  Perubahan  tersebut ditentukan oleh konstanta nilai C yang ditentukan. Batasan nilai duty  cycle juga  ditentukan  untuk  menjaga  kemampuan  dari konverter  buck.  Waktu  tunda  dalam  menjalankan  program dalam  satu  kali  iterasi  ditentukan  untuk  memberikan  respon balik  akibat  perubahan  dari  nilai duty  cycle yang  diberikan. Tabel  4  menunjukkan  parameter  yang  digunakan  pada algoritma modified perturb and observe .
T abel 4 Parameter Algoritma Modified Perturb And Observe Batasan duty cycle 0.2-0.8 Step size 0.015 Konstanta C 0.8 Delay 0.5-1 detik

## IV. ANALISIS PENELITIAN

## A. Pengujian Nilai Daya Mak simum
Pengujian nilai daya maksimum  dilakukan dengan dua  cara, yaitu  menggunakan maximumum  power  point  track ing dan tanpa maximum  power  point  track ing .  Hasil  dari  kedua pengujian akan dibandingkan untuk mendapatkan keunggulan dan  kekurangan  dari  penggunaan maximum  power  point track ing .

## B. Pengujian Nilai Daya Mak simum Tanpa MPPT
Pengujian  nilai  daya  maksimum  tanpa  MPPT  dilakukan dengan  cara  menentukan  kecepatan  putaran  dari  pemodelan turbin angin yang terdapat pada motor induksi.
Pada  pengujian  ini  kecepatan  angin  yang  diambil  adalah pada  kecepatan  angin  3  m/s  hingga  5  m/s.  Pada  kecepatan tersebut duty cycle dari konverter buck diubah secara  manual dari  0.2  hingga  0.8.  Pada  saat  kecepatan  3  m/s  hingga  5  m/s digunakan satu buah beban lampu.
T abel 5 Hasil Daya Maksimum Pada Kecepatan 3 M/S
RPM = 224.9 Beban = 2 lampu D u ty C y c le (% ) K e c e p a ta n (r p m )
V R e c tif ie r (V o lt) I R e c tif ie r (A m p e re )
P R e c tif ie r (W a tt) V C o n v e rt e r (V o lt) I C o n v e rt e r (A m p e re ) P C o n v e rt e r (W a tt) P P M S G (W a tt) 20 226 32.47 0.45 14.61 4.70 1.96 9.21 15.30 25 199 30.45 0.61 18.57 5.74 2.19 12.57 19.45 30 186 27.92 0.77 21.50 6.43 2.31 14.85 22.51 35 169 24.61 0.94 23.13 6.73 2.36 15.88 24.22 40 154 21.71 1.07 23.23 6.76 2.37 16.02 24.32 45 135 18.50 1.15 21.28 6.37 2.30 14.65 22.28 50 116 15.41 1.20 18.49 5.77 2.16 12.46 19.36
55 97 12.20 1.22 14.88 5.01 2.04 10.22 15.59 60 84 10.27 1.24 12.73 4.47 1.86 8.31 13.33 65 70 7.95 1.23 9.78 3.69 1.74 6.42 10.24
70 62 6.58 1.20 7.90 3.14 1.60 5.03 8.27
75 56 5.67 1.19 6.75 2.84 1.55 4.41 7.07
80 50 4.82 1.17 5.64 2.38 1.45 3.44 5.91
Pada kecepatan 3 m/s hasil keluaran daya maks imum berada pada duty  cycle 40%  dengan  hasil  daya  keluaran  konverter sebesar 16.02  Watt.
T abel 6
Hasil Daya Maksimum Pada Kecepatan 4 M/S RPM = 299.8 Beban = 2 lampu
D u ty C y c le ( % ) K e c e p a ta n (r p m ) V R e c tif ie r (V o lt) I R e c tif ie r (A m p e re )
P R e c tif ie r (W a tt) V C o n v e rt e r (V o lt) I C o n v e rt e r (A m p e re ) P C o n v e rt e r (W a tt) P P M S G ( W a tt) 20 302 43.92 0.50 21.96 6.76 2.34 15.82 22.99 25 268 41.22 0.72 29.68 8.34 2.62 21.85 31.08 30 255 38.40 0.90 34.56 9.37 2.79 26.14 36.19 35 237 34.83 1.12 39.01 10.11 2.94 29.72 40.85 40 220 31.72 1.27 40.28 10.32 2.97 30.65 42.18 45 200 27.71 1.44 39.90 10.13 2.94 29.78 41.78 50 172 23.31 1.56 36.36 9.50 2.82 26.79 38.08 55 150 19.55 1.62 31.67 8.55 2.67 22.83 33.16 60 127 15.55 1.65 25.66 7.35 2.47 18.15 26.87 65 106 13.20 1.66 21.91 6.70 2.34 15.68 22.94 70 96 11.07 1.63 18.04 5.89 2.16 12.72 18.89 75 82 9.02 1.63 14.70 5.11 2.02 10.32 15.40 80 70 8.12 1.68 13.64 4.71 1.96 9.23 14.28
Pada kecepatan 4 m/s hasil keluaran daya maksimum berada pada duty  cycle 40%  dengan  hasil  daya  keluaran  konverter sebesar 30.65  Watt.
T abel 7
Hasil Daya Maksimum Pada Kecepatan 5 M/S RPM = 374.8
Beban = 2 lampu
D u ty C y c le ( % )
K e c e p a ta n (r p m )
V R e c tif ie r (V o lt)
I R e c tif ie r (A m p e re )
P R e c tif ie r (W a tt)
V C o n v e rt e r (V o lt) I C o n v e rt e r (A m p e re) P C o n v e rt e r (W a tt) P P M S G ( W a tt) 20 354 56.02 0.54 30.25 8.78 2.69 23.62 31.68 25 343 53.18 0.75 39.89 10.58 2.99 31.63 41.76 30 328 49.31 1.03 50.79 12.40 3.29 40.80 53.18 35 309 45.58 1.28 58.34 13.46 3.44 46.30 61.09 40 291 41.90 1.47 61.59 14.06 3.51 49.35 64.50 45 271 37.43 1.66 62.13 14.10 3.52 49.63 65.06 50 228 30.91 1.86 57.49 13.22 3.41 45.08 60.20 55 200 26.35 1.94 51.12 12.24 3.26 39.90 53.53 60 172 22.11 2.00 44.22 11.91 3.06 36.44 46.30 65 142 18.20 2.02 36.76 9.60 2.88 27.65 38.50 70 128 15.13 2.05 31.02 8.64 2.70 23.33 32.48 75 110 12.45 2.05 25.52 7.55 2.52 19.03 26.73 80 98 11.51 2.12 24.40 7.42 2.50 18.55 25.55
Pada kecepatan 5 m/s hasil keluaran daya maksimum berada pada duty  cycle 45%  dengan  hasil  daya  keluaran  konverter sebesar 49.63  Watt.
Dengan menggunakan  beban  dua  lampu  pada  kecepatan  3 m/s  hingga  5  m/s  memiliki  nilai  daya  maksimum  pada duty cycle yang  berbeda  dengan  besaran  daya  keluaran  yang berbeda.  Semakin  besar  kecepatan  angin,  maka  akan  semakin besar pula daya yang dihasilkan oleh generator. Nilai duty cycle naik seiring dengan naiknya kecepatan. Gambar 6 menunjukkan  grafik  perbandingan  daya  keluaran  generator pada setiap kecepatan seiring dengan perubahan duty cycle .
Gambar 6. Perbandingan daya keluaran konverter pada kecepatan 3 m/s hingga 5 m/s

## C. Pengujian Nilai Daya Mak simum Dengan MPPT
Pengujian  nilai  daya  maksimum  menggunakan  MPPT dilakukan dengan cara menggunakan 2 metode algoritma yang berbeda.  Pengujian  pertama  dilakukan  dengan  menggunakan metode perturb  and  observe .  Pengujian  kedua  dilakukan dengan menggunakan  metode modified perturb  and  observe . Pengujian tersebut dilakukan pada enam kecepatan angin yang berbeda, 3 m/s hingga 5 m/s digunakan beban dua lampu . Hasil yang  didapatkan  pada  kedua  metode  tersebut  akan dibandingkan. Implementasi  kedua metode  pada sistem  turbin angin dengam time delay 0.7 detik.
D. Pengujian Nilai Daya Mak simum Dengan MPPT (Perturb
& Observe)
Gambar 7. Perbandingan daya keluaran konverter dengan MPPT (P&O) pada kecepatan 3 m/s hingga 5 m/s
Pada kecepatan angin 3 m/s turbin angin menghasilkan daya keluaran puncak rata-rata sebesar 12.68 Watt. Variasi dari time delay mempengaruhi  waktu  tempuh  untuk  mencapai  titik maksimum. Waktu yang dibutuhkan time delay 0.7 adalah 32.9 detik. Pada  kecepatan angin  4  m/s turbin  angin  menghasilkan daya  keluaran  puncak  rata-rata  sebesar  25.07  Watt  saat time delay 0.7. Waktu  yang dibutuhkan time delay 0.7 adalah  28.7 detik. Pada  kecepatan angin  5  m/s turbin  angin  menghasilkan daya  keluaran  puncak  rata-rata  sebesar  42.32  Watt  saat time delay 0.7  detik.  Variasi  dari time  delay mempengaruhi  waktu tempuh  untuk  mencapai  titik  maksimum.  Waktu  yang dibutuhkan time delay 0.7 adalah 25.2  detik.
0 10 20 30 40 50 60 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 D a y a ( W a tt ) Duty Cycle (%) Kecepatan Angin 3 m/s Kecepatan Angin 4 m/s Kecepatan Angin 5 m/s 0 10 20 30 40 50 60 70 0 .7 4 .9 9 .1 1 3 .3 1 7 .5 2 1 .7 2 5 .9 3 0 .1 3 4 .3 3 8 .5 4 2 .7 4 6 .9 5 1 .1 5 5 .3 5 9 .5 6 3 .7 6 7 .9 7 2 .1 7 6 .3 8 0 .5 8 4 .7 8 8 .9 D a y a ( W a tt ) Waktu (detik) Kecepatan Angin 3  m/s Kecepatan Angin 4  m/s
Kecepatan Angin 5  m/s

## E. Pengujian Nilai Daya Mak simum Dengan MPPT (Modified Perturb & Observe)
Gambar 8. Perbandingan daya keluaran konverter dengan MPPT  (Modified P&O) pada kecepatan 3 m/s hingga 5 m/s
Pada kecepatan angin 3 m/s turbin angin menghasilkan daya keluaran puncak rata-rata sebesar 15.13 Watt saat time delay 0.7 detik.  Waktu  tempuh  menuju  titik  daya  maksimum  pada  saat time delay 0.7  adalah  14.7  detik. Pada  kecepatan  angin  4  m/s turbin  angin  menghasilkan  daya  keluaran  puncak  rata-rata sebesar  28.27  Watt  saat time  delay 0.7  detik.  Waktu  tempuh menuju  titik  daya  maksimum  pada  saat time  delay 0.7  adalah 13.3  detik.  Pada  kecepatan  angin  5  m/s  turbin  angin menghasilkan  daya  keluaran  puncak  rata-rata  sebesar  48.29 Watt saat time delay 0.7 detik. Waktu tempuh menuju titik daya maksimum  pada saat time delay 0.7 adalah 9.1  detik.

## F. Analisis Hasil Pengujian
Berdasarkan  pengujian  didapatkan  hasil  daya  keluaran terhadap waktu dengan  setiap kecepatan  yang berbeda.  Hasil tersebut  juga  memberikan  perbedaan  hasil  diantara  metode perturb and observe dan modified perturb and observe . Tabel 8 dan  9  menunjukkan  perbandingan  dari  setiap  hasil  pengujian untuk memudahkan  dalam  menganalisa.
T abel 8 Perbandingan Hasil Daya Pengujian Kecepatan Angin P&O Modified P&O 3 m/s 12.68 15.13 4 m/s 25.07 28.27 5 m/s 42.32 48.29 *) dalam  satuan Watt T abel 9 Perbandingan Hasil Waktu Pengujian Kecepatan Angin P&O Modified P&O 3 m/s 32.9 14.7 4 m/s 28.7 13.3 5 m/s 25.2 9.1 *) dalam  satuan detik
Pada  tabel  diatas,  dapat  terlihat  bahwa  metode modified P&O  terbukti  dapat  menghasilkan  daya  keluaran  yang  lebih besar  dibandingkan  metode  P&O.  Selain  itu  juga,  metode modified P&O  memiliki  kemampuan  yang  sangat  cepat  dalam mencari  nilai  titik  daya  maksimum. Time  delay yang  optimal
dalam menggunakan kedua metode tersebut harus disesuaikan dengan kondisi kecepatan turbin angin.

## V. KESIMPULAN
Dari  pengujian ini didapatkan beberapa kesimpulan:
1. Implementasi  metode  P&O  memiliki  kelemahan  dalam menghasilkan  daya  keluaran.  Daya  keluaran  dengan metode P&O akan turun seiring dengan naiknya duty cycle . 2. Implementasi  metode modified P&O  dapat  mengatasi masalah turunnya  nilai  daya keluaran  pada  metode  P&O. Sehingga nilai  daya keluaran yang dihasilkan maksimum.
3. Metode modified P&O  memiliki kemampuan fast  track ing daya maksimum. Metode ini juga dapat mengurangi osilasi daya keluaran.
4. Penentuan time  delay yang  optimal  harus  disesuaikan dengan kondisi dari kecepatan angin.
5. Hasil daya  keluaran dari  metode P&O  dengan time  delay 0.7 pada kecepatan  3 m/s memiliki  daya keluaran  rata-rata 12.68 Watt,  pada kecepatan  4  m/s memiliki  daya  keluaran rata-rata 25.07  Watt,  pada  kecepatan 5  m/s  memiliki  daya keluaran rata-rata 48.29  Watt.
6. Hasil  daya  keluaran  dari  metode modified P&O  dengan time  delay 0.7  pada  kecepatan  3  m/s  memiliki  daya keluaran  rata-rata  15.13  Watt,  pada  kecepatan  4  m/s memiliki  daya  keluaran  rata-rata  28.27  Watt,  pada kecepatan  5  m/s  memiliki  daya  keluaran  rata-rata  42.32 Watt.
7. Waktu  yang  dibutuhkan  metode  P&O  menuju  titik maksimum  dengan  time  delay  0.7  pada  kecepatan  3  m/s adalah 32.9 detik, pada kecepatan 4 m/s adalah 28.7  detik, pada kecepatan 5 m/s adalah 25.2  detik.
8. Waktu  yang  dibutuhkan  metode modified P&O  menuju titik  maksimum  dengan  time  delay  0.7  pada  kecepatan  3 m/s  adalah  14.7  detik,  pada  kecepatan  4  m/s  adalah  13.3 detik, pada kecepatan 5 m/s adalah 9.1  detik.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Kementerian ESDM RI, “Blueprint Pengelolaan Energi Nasional 2006- 2025”, Arsip Kementerian ESDM RI, Jakarta, 2006.
[2] Yacine Daili, Jean-Paul Gaubert, Lazhar Rahmani, “ Implementation of a new maximum power point tracking control strategy for small wind energy  conversion  systems  without  mechanical  sensors”,  Energy Conversion and Management, Vol. 97, 2015, pp. 298 -306.
[3] Zaiming Fan, “Mathematical Modelling of Grid Connected Fixed-Pitch Variable -Speed Permanent Magnet Synchronous Generators for Wind T urbines”, University of Central Lancashire, 2012.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 .7 4 .9 9 .1 1 3 .3 1 7 .5 2 1 .7 2 5 .9 3 0 .1 3 4 .3 3 8 .5 4 2 .7 4 6 .9 5 1 .1 5 5 .3 5 9 .5 6 3 .7 6 7 .9 7 2 .1 7 6 .3 8 0 .5 8 4 .7 8 8 .9 D a y a ( W a tt ) Waktu (detik) Kecepatan Angin 3  m/s Kecepatan Angin 4  m/s
Kecepatan Angin 5  m/s