## Maximum Power Point Tracking (MPPT) dengan Kontrol PID untuk Optimasi Pengisian Daya Baterai pada Panel Surya
1 Muhammad Zainal Roisul A, 2 Adi Mulyadi, 3 Adi Pratama Putra
1,2 Program Studi Teknik Elektro, Universitas PGRI Banyuwangi, Kabupaten Banyuwangi
3 Program Studi Teknik Mesin, Universitas PGRI Banyuwangi, Kabupaten Banyuwangi
1 mzainalra@unibabwi.ac.id , 2 adimulyadi@unibabwi.ac.id , 3 tama.adie@yahoo.com .
Abstract  -  Solar  energy  is  renewable  energy  as  alternative energy to replace fuel for power generation. A light, both visible and  invisible,  has  two  properties,  namely  as  a  wave  and  as  a particle called a photon. By utilizing solar energy, a solution that is  able  to  maximize  the  voltage  is  obtained  which  is  called  the Maximum Power Point Tracker (MPPT). Maximum Power Point Tracker  (MPPT)  aims  to  maximize  the  absorbed  output  power more  optimally.  Partial  shading  is  a  condition  where  the  solar panels  receive  different  irradiation.  Partial  shading  causes  a decrease  in  the  efficiency  of  the  PV  output  power  so  that  it  can cause  damage  to  the  PV.  Prevention  of  damage  to  PV  is  usually done  by  installing  a  bypass  diode,  but  the  presence  of  a  bypass diode causes the power-voltage characteristic curve to have more than one peak and is too high. The lower peak power is called the Local  Maximum  Power  Point  (LMPP)  while  the  higher  power peak  is  called  the  Global  Maximum  Power  Point  (GMPP).  The use  of  the  Maximum  Power  Point  Tracking  (MPPT)  method  to get maximum power with conventional methods on MPPT is less able to track GMPP and is often trapped in LMPP due to partial shading  conditions.  if  the  voltage  value  is  high  the  value  is  too high  so  it  damages  the  component.  The  Perturb  and  Observe method  with  MPPT  simulation  using  PID  control  is  intended  to avoid  being  trapped  at  a  higher  power  peak  so  that  it  does  not damage  components  and  is  more  optimal  in  obtaining  the optimum  peak  power-voltage. The efficiency of battery charging using MPPT increased up to 138% compared to not using MPPT
Keywords  -  Components,  Solar  Energy,  MPPT,  Perturb  and Observe, PID control .
Energi Matahari merupakan energi terbarukan sebagai salah satu  dari  energi  alternatif  pengganti  bahan  bakar  untuk pembangkit  listrik.  Suatu  cahaya  baik  yang  tampak  maupun yang  tidak  tampak  memiliki  dua  buah  sifat  yaitu  sebagai gelombang dan sebagai partikel yang disebut foton. memanfaatkan energi matahari tersebut, didapatkan solusi yang mampu  memaksimalkan  tegangan  yang  disebut  Maximum Power  Point  Tracker  (MPPT).  Maximum  Power  Point  Tracker (MPPT)  bertujuan  untuk  memaksimalkan  daya  Output  yang diserap  lebih  optimal.  Partial  shading  adalah  Sebuah  kondisi dimana  panel  surya  menerima  iridiasi  yang  berbeda.  Partial shading  menyebabkan  penurunan  efisiensi  daya  keluaran  PV sehingga  dapat  menimbulkan  kerusakan  pada  PV.  Pencegahan kerusakan  pada  PV  biasanya  dilakukan  pemasangan  dioda
bypass  namun  adanya  dioda  bypass  menyebabkan  kurva karakterisistik  daya-tegangan  memiliki  puncak  lebih  dari  satu dan  teralalu  tinggi.  Puncak  daya  yang  lebih  rendah  dinamakan Local  Maximum  Power  Point  (LMPP)  sedangkan  puncak  daya yang  lebih  tinggi  dinamakan  Global  Maximum  Power  Point (GMPP).  Penggunaan  metode  Maximum  Power  Point  Tracking (MPPT)  untuk  mendapatkan  daya  maksimum  dengan  metode konvensional  pada  MPPT  kurang  mampu  melacak  GMPP  dan sering terjebak pada LMPP karena kondisi partial shading. jika nilai  tegangan  tinggi  menghasilkan  nilai  terlalu  tinggi  sehingga merusak  komponen. metode  Peturb  and  Observe  dengan simulasi MPPT menggunakan kontrol PID ditujukan untuk menghindari  terjebak  pada  puncak  daya  yang  lebih  tinggi sehingga  tidak  merusak  komponen  dan  lebih  optimal  dalam mendapatkan puncak daya-tegangan optimum. Efisiensi pengisian  daya  baterai  menggunakan  MPPT  meningkat  hingga 138% dibandingkan tidak menggunakan MPPT.
Kata  Kunci  -  Energi  Matahari,  MPPT,  Peturb  and  Observe, kontrol PID.

## I. Pendahuluan
Pemakaian  sumber  energi  konvensional  yang  berlebihan menyebabkan semakin menipisnya sumber energi konvensional  dan  pencemaran  terhadap  lingkungan  sehingga kebutuhan  akan  energi  bersih  semakin  meningkat.  Salah  satu energi  bersih  yang  menjanjikan  adalah  panel  surya  [1][2]. Kelebihan  energy  surya  adalah  ketersediaan  energi  matahari yang    hampir  setiap  saat,  bebas  emisi,  dan  kontinuitas  listrik terjamin. PLTS (Pembangkit Listrik Tenaga Surya) merupakan  salah  satu  sumber  energi  terbarukan (renewable energy) banyak  tersedia  di  Indonesia.  Panel  surya  memiliki kelemahan  diantaranya  karakteristik  listrik  panel  surya  yang non-linear.  Hal  ini  disebabkan  keluaran  panel  surya dipengaruhi  oleh  iradiasi  matahari  dan  temperatur  serta efisiensi  yang  relatif  rendah  yaitu  20%  [3].  Permasalahan utama  pada  penggunaan  panel  surya  adalah  pembangkitan tenaga  listrik  yang  rendah  akibat  dari  kondisi  radiasi  yang rendahselain  itu  juga  jumlah  daya  listrik  yang  dibangkitkan berubah  secara  berkala  seiring  dengan  perubahan  cuaca  [4]. Oleh karena itu Maximum Power Point Tracker (MPPT) yang telah  ditemukan  dan  tertulis  pada  jurnal  ilmiah  internasional
seperti  Peturb  and  Observe,  Incremental  Conductance, Dynamic  Approach,  Temperature  Methods,  Artificial  Neural Network method, Fuzzy Logic method, dll [5]. Keluaran panel surya  terdapat  Maximum  Power  Point  (MPP)  yang  mana menghasilkan listrik dengan efesiensi tertinggi untuk melacak titik  tersebut  diperlukan  metode  pelacakan  berupa  Maximum Power Point Tracking (MPPT)  [6]. MPPT merupakan metode yang  memiliki  fungsi  meningkatkan  efisiensi  daya  keluaran PV  sehingga  bisa  mengatur  energi  keluaran  pada  daya maksimal.  Aspek  yang  perlu  diperhatikan  adalah  penggunaan algoritma,  dalam  beberapa  tahun  terakhir  banyak  literatur yang  telah  mengembangkan  berbagai  algoritma  pada  MPPT, termasuk  penggunaan  algoritma  hill  climbing  pada  MPPT untuk mencari MPP pada PV arrays dengan perubahan iradiasi dan temperatur [7]. Penggunaan incremental conductance dan pengembangan  algoritma  tersebut  berupa  variable  step  size incremental conductance dalam  mencari MPP dengan  metode MPPT  dan  Algoritma  perturb  and  observe  digunakan  pada MPPT  untuk  mencari  MPP  pada  PV  Arrays.  Metode  ini melacak maximum power point (MPP) pada perubahan iridiasi matahari  normal,  dimana  puncak  daya  maksimal  yang  terjadi pada  kurva  tegangan-daya  (P-V)  hanya  satu  puncak.  Jika beberapa  modul  panel  surya  dalam  kondisi  partial  shading dimana  modul  panel  surya  menerima  iridiasi  matahari  yang berbeda  –  beda  akan  menyebabkan  kurva  P-V  yang  memiliki puncak lebih dari satu global maximum power point (GMPP) dan  local  maximum  power  point  (LMPP).  Algoritma  yang disebutkan  diatas  memiliki  presentase  kegagalan  yang  besar untuk melacak GMPP yang mana sering terjebak pada LMPP [7],  sehingga  pada  penelitian  ini  memiliki  fokusan  pada metode Peturb  and  Observe dengan  simulasi  MPPT menggunakan kontrol PID[8][9].

## II. Metode Penelitian
2.1 Metode
Penelitian  ini  menjelaskan  mengenai  rancangan  sistem sistem  MPPT  dengan  kontrol  PID  menggunakan  Simulink Matlab. Komponen-komponen yang digunakan terdiri dari sel surya (photovoltaic), buck converter, baterai, dan SCC sebagai komponen kendalinya.
2.2 Rancangan Sistem
Sistem  yang  rancang  terdiri  dari  modul  surya  yang dihubungkan  ke  buck  converter  dan  ditentukan  tegangan output  menuju  beban.  Konverter  dikontrol  dengan  MPPT digunakan  untuk  melacak  daya  maksimal  dari  panel  surya. Blok  diagram  sistem  yang  diusulkan  ditunjukkan  pada Gambar 1.
Gambar 1: Blok diagram sistem kontrol daya keluaran PV

## III. Hasil dan Pembahasan
3.1 Perancangan Simulasi Panel Surya
Sistem  yang  diajukan  dirancang  menjadi  rangkaian simulasi  menggunakan  software  Matlab  sebagai  bahan analisis.  Perancangan  ini  dibuat  sebuah  dc–dc  converter dengan model buck converter yang diimplementasikan sebagai MPPT pada  sistem  panel  surya  dengan  menggunakan  kontrol PID.  Perancangan  sistem  yang  diusulkan  dapat  dilihat  pada Gambar 2.
Gambar 2. MPPT Solar Charge Controller Model 3.2 Hasil Pengujian Menggunakan MPPT dan Tanpa MPPT Pengujian  ini  menggunakan  rangkaian  panel  surya  yang terhubung converter dan terhubung ke beban. Nilai suhu panel surya  berubah-ubah  dan  intensitas  cahaya  yang  tetap. Pengujian  ini  juga  menggunakan  beban  baterai  dengan spesifikasi  tegangan  24volt  dan  arus  65Ah.  Hasil  pengujian panel  surya  dengan  MPPT  dan  tanpa  MPPT  menggunakan intensitas pencahayaan 1000 W/m2 ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel 1. Perbandingan Daya antara sistem tanpa MPPT dengan sistem MPPT dengan Perubahan Suhu Panel Surya
Suhu Panel Surya (K) Daya tanpa MPPT (watt) Daya MPPT (watt) Persentase Kenaikan 293 417.13 984.80 136% 298 418.82 991.36 137% 303 420.74 998.82 137% 308 422.67 1005.63 138% 313 424.53 1009.28 138%

## 3.3 Efisiensi Daya Output menggunakan MPPT
Pengujian ini dilakukan dengan mengubah nilai suhu dari 293K,  298K,  303K,  308K  dan  313K  dengan  beban  baterai
memiliki tegangan 24volt dan arus 64Ah. Panel surya dengan sistem  MPPT  memiliki  daya  yang  lebih  besar  daripada  panel surya  tanpa  sistem  MPPT.  Selisih  daya  yang  dihasilkan  dari kedua  sistem  antara  567,67  watt  sampai  584,75  watt  dengan persentase 136% sampai 138%.

## IV. Kesimpulan
Berdasarkan Analisis dan pembahasan dapat diambil simpulan sebagai berikut :
1. Nilai  daya  pada  suhu  20°C-40°C  dengan  kenaikan interval  suhu  sebesar  5°C  tanpa  menggunakan    MPPT sebesar 417.13 Watt - 424.53 Watt,
2. Nilai  daya  pada  suhu  20°C-40°C  dengan  kenaikan interval  suhu  sebesar  5°C  menggunakan    MPPT  sebesar 984.80 Watt-1009.28 Watt.
3. Efisiensi  pengisian  daya  baterai  menggunakan  MPPT meningkat hingga 138% dibandingkan tidak menggunakan MPPT.

## V. Daftar Pustaka
[1] J. Y. Shi, F. Xue, Z. J. Qin, W. Zhang, L. T. Ling, and T.  Yang,  “Improved  global  maximum  power  point tracking  for  photovoltaic  system  via  cuckoo  search under  partial  shaded  conditions,” J.  Power  Electron. , vol. 16, no. 1, pp. 287–296, 2016, doi: 10.6113/JPE.2016.16.1.287.
[2] M.  Taufik,  N.  S.  Syafei,  and  B.  Y.  Tumbelaka, “Pemodelan dan Simulasi Panel Surya Dengan Teknik MPPT,” no. D, pp. 6–10.
[3] R. Dwidayanti, H. Gusmedi, and S. Ratna, “Optimasi Pengisian Daya Baterai Pada Panel Surya Menggunakan  Maximum  Power  Point  Tracking  ( MPPT  ),” J.  Rekayasa  dan  Teknol.  Elektro ,  vol.  11, no. 1, pp. 21–31, 2017.
[4] M.  D.  Haq,  “Perancangan  Maximum  Power  Point Tracking  (MPPT)  Pada  Panel  Surya  Dengan  Kondisi Partial Shading Menggunakan Differential Evolution,” Suara  Tek.    J.  Ilm. ,  vol.  12,  no.  1,  p.  38,  2021,  doi: 10.29406/stek.v12i1.2844.
[5] M.  Killi  and  S.  Samanta,  “Modified  perturb  and observe  MPPT  algorithm  for  drift  avoidance  in photovoltaic  systems,” IEEE  Trans.  Ind.  Electron. , vol.  62,  no.  9,  pp.  5549–5559,  2015,  doi: 10.1109/TIE.2015.2407854.
[6] E.  Owdplpl,  S.  Member,  I.  D.  Kdq,  and  S.  Member, “0Rgxoh $ Ssolfdwlrq”.
[7] D.  Pilakkat  and  S.  Kanthalakshmi,  “Artificial  Bee Colony Algorithm for Peak Power Point Tracking of a Photovoltaic System under Partial Shading Condition,” Proc.  2018  Int.  Conf.  Curr.  Trends Towar.  Converging  Technol.  ICCTCT  2018 ,  pp.  1–7, 2018, doi: 10.1109/ICCTCT.2018.8551175.
[8] W. B. Pramono, D. A. R. Wati, and M. V. T. Yadaka, “Simulasi Maximum Power Point Tracking pada Panel Surya  Menggunakan  Simulink  MATLAB,” Pros. Semin.  Nas.  ReTII  ke-9  2014 ,  vol.  1,  pp.  176–183, 2015.
[9] I.  Winarno  and  L.  Natasari,  “Maximum  Power  Point Tracker  (MPPT)  Berdasarkan  Metode  Perturb  and Observe  Dengan  Sistem  Tracking  Panel  Surya  Single Axis,” Umj , no. November, pp. 1–9, 2017.