## PERANCANGAN MAXIMUM POWER POINT TRACKING (MPPT) KONTROL PADA PROTOTYPE TRAFFIC LIGHT SYSTEM MENGGUNAKAN PID CONTROL

## DESIGNING MAXIMUM POWER POINT TRACKING (MPPT) CONTROL ON PROTOTYPE TRAFFIC LIGHT SYSTEM USING PID CONTROL
Nanang Arianto 1) , Muhammad Hasan Basri 2) , dan Tijaniyah 3) 1,2,3 Program Studi Teknik Elektro , Universitas Nurul Jadid, Kabupaten Probolinggo, Indonesia.
email: nanangarianto009@gmail.com 1) , hasanmohammadbasri83@gmail.com 2) *, tijaniyahstudy@gmail.com 3)
Received: 6 September 2020 Accepted: 10 Oktober 2020 Published: 27 November 2020 © 2020 SJME
Kinematika All Rights Reserved.

## Abstrak
Persoalan  transportasi  merupakan  masalah  yang  umum  dialamai  oleh  setiap orang  di  jalur  lalu  lintas,  karena  persoalan  transportasi  tidak  akan  pernah terselesaikan  atau  akan  selalu  berkembang  dari  setiap  wilayah.  Proses  energi matahari dengan solar cell yang tersimpan pada baterai dan di gunakan untuk menyalakan lampu. Pada dasarnya charge control menggunakan ciri regulator tegangan  dengan  tahapan  charge  berhenti  saat  matahari  tertutup  awan  penuh atau sebagian saat proses pengisian baterai. Dari hasil penelitian tersebut telah dirancang  dan  menciptakan  sebuah  perangkat  sistem Maximum  Power  Point Tracking (MPPT)  pada Prototype  Traffic  light  System menggunakan  PID Control  yang  mengatur  daya  maksimal  pada  kondisi  cahaya  matahari  yang dihasilkan  nilai  tegangan  17,70  Volt  dan  arus  1,18  Ampere.  Untuk  pengisian battery  charging  dibutuhkan  sekitar  4  jam  yang  digunakan  13,6  Volt,  dengan pengisian 12 Volt dengan rata-rata keluaran yang dihasilkan 1 Ampere. Untuk mempermudah  mengatur  frekuensi  dan  lebar  pulsa  (PWM)  yang  didinginkan pada  MPPT  level  tegangan  luaran  yang  dihasilkan  pada  panel  surya  15  Volt sampai 19 Volt, sedangkan tegangan ouput mencapai 14,98 Volt sampai 18,97 Volt .
Kata Kunci: solar cell , baterai, buck-boost converter , MPPT.

## Abstract
Transportation problems are common problems experienced by everyone in the traffic  lane,  because  transportation  problems  will  never  be  resolved  or  will always develop from each region. Process solar energy with solar cells that are stored in batteries and used to turn on lights. Basically, charge control uses the characteristic of a voltage regulator with the charge step stopping when the sun is  fully  or  partially  covered  by  a  cloud  during  the  battery  charging  process. From the results of this study, a Maximum Power Point Tracking (MPPT) system device  has  been  designed  using  the  PID  Control  system  which  regulates  the maximum power in sunlight, resulting in a  Voltage value of 17.70  Volt and a current of 1.18 Ampere. For charging the battery, it takes about 4 hours of use 13.6 Volt, with a 12 Volt charging with an average output of 1 Ampere. To make it easier to adjust the frequency and pulse width (PWM) that is cooled at the
MPPT, the output Voltage level generated on the solar panel is 15  Volt to 19 Volt, while the output Voltage reaches 14.98 Volt to 18.97 Volt. Keywords: solar cell, battery, buck-boost converter, MPPT.
DOI: 10.20527/sjmekinematika.v5i2.170 How to cite: Arianto, N., Basri, M.H., & Tijaniyah , “Perancangan Maximum Power Point Tracking (MPPT) Kontrol Pada Prototype Traffic Light System Menggunakan PID Control” . Scientific Journal of Mechanical Engineering Kinematika, 5 (2), 109-118, 2020.

## PENDAHULUAN
Saat  ini  banyak  perangkat  elektronik  yang  menggunakan  sumber energi  dari solar cell yang  disimpan  dalam  sebuah  baterai. Pemakaian daya PLN sebagai alat pengisian baterai  secara  kontinyu  menyebabkan  pemborosan  daya  listrik  dari  PLN.  Supaya  tidak terjadi pemborosan maka menggunakan energi baru terbarukan. Sesuai iklim  yang ada di Indonesia tenaga matahari sesuai apabila dikonversi menjadi daya listrik yang tak terhingga dalam  waktu  antara  terbit  sampai  terbenam.  Hasil  dari  konversi  tenaga  matahari  menjadi daya listrik menggunakan solar cell [1]. Maka MPPT lebih bisa mengisi baterai pada iklim yang  ada  di  Indonesia  dibandingkan  dengan  PWM,  dikarenakan  pada  MPPT  bisa memanfaatkan  kelebihan  tegangan  yang  dikonversi  menjadi  arus  yang  besar  ke  baterai, sedangkan PWM apabila cuaca mendung tegangan tetap ada tapi ampere jauh lebih kecil.
Solar cell merupakan alat yang bisa menjadikan energi matahari menjadi energi listrik. Solar  cell terjadi  melalui  system  modul photovoltaic ,  yang  biasa  dikenal  panel  surya. Perubahan daya photovoltaic pada solar cell merupakan proses menyerap cahaya matahari yang  didapatkan hole dan electron . Electron dan hole inilah  yang  menimbulkan  beda potensial dan jika dibuat rangkaian tertutup akan menghasilkan arus listrik [2].
Metode buck  boost  converter merupakan  suatu  regulator    dc    tipe switching    non- isolated yang dibutuhkan sebagai sumber tegangan keluaran variabel. Karena pada dasarnya system  ini  berfungsi  sebagai  penaik  dan  penurun  level  tegangan  DC.  Metode buck  boost converter mempunyai nilai tegangan masuk menggunakan pengaturan frekuensi dan besar lebar    pulsa    ( duty    cycle). Dimana Duty  cycle digerakkan  dengan  sinyal Pulse    Width Modulation untuk  pengaturan switch buck  boost  converter agar  nantinya  dapat  memicu keluaran output tegangan yang di inginkan [3].
Traffic  light adalah  lampu  berwarna  (merah,  hijau,  dan  kuning)  yang  digunakan sebagai  pengaturan  pada  sebuah  persimpangan.  Lampu  lalu  lintas  ini  yang  mengatur pergerakan kendaraan dengan system pergantian nyala lampu pada masing  – masing ruas jalan. Dengan adanya lampu lalu lintas ini sedikit banyak lebih mampu mengendalikan alur lalu lintas sekaligus meminimalisir terjadinya kecelakaan di persimpangan jalan [4].
Maximum Power Point Tracking (MPPT) merupakan perangkat system di fungsikan pada  charge  control  yang  dapat  menghasilkan  nilai  daya  tegangan  yang  dikeluarkan. Maximum Power Point Tracking (MPPT) dapat mengubah tegangan DC yang tingkatannya besar  pada  panel  surya  ke  tingkatan  yang  lebih  kecil  atau  sebaliknya  sebagai  pengisian baterai [5].
Tujuan dari penelitian ini adalah mampu membuat Prototype MPPT dengan metode buck  boost  converter yang  dapat  bekerja  pada  berbagai  tingkat  pencahayaan  dan  juga mampu mengatur frekuensi dan lebar pulsa (PWM) yang diinginkan pada rangkaian MPPT. Yang nantinya dapat  mengatur  frekuensi  dan PWM pada rangkaian buck  boost converter untuk MPPT pada prototype traffic light .
SJME KINEMATIKA Vol.5 No.2, 31 Desember 2020, pp 109-118 https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika

## METODE PENELITIAN Alat dan bahan
Untuk  membuat  penelitian  ini  dibutuhkan  beberapa  bahan  elektronik  seperti  pada dibawah ini.
A. Arduino Uno
Arduino  UNO  ATMega  328  merupakan  papan  rangkaian  yang  bersifat open source dan terdiri  dari beberapa komponen dan  memiliki 14 pin  input dari output digital dimana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai output PWM dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power , ICSP header , dan tombol reset [6].
Gambar 1. Arduino UNO

## B. LCD 16×2
LCD LCD yang diperlihatkan pada gambar 2 berfungsi menampilkan suatu nilai hasil sensor, teks, atau menu pada aplikasi modul arduino. Sumber cahaya didalam sebuah  perangkat  LCD  adalah  lampu  neon  berwarna  putih  yang  terletak  dibagian belakang  susunan  kristal  cair.  Titik  cahaya  yang  jumlahnya  puluhan  ribu  sampai jutaan adalah yang membentuk tampilan. Kutub kristal cair yang dilewati arus listrik akan berubah karena pengaruh polarisasi medan magnetik yang timbul. Oleh karena itu, hanya beberapa warna yang diteruskan sedangkan warna lainnya disaring dengan 16 pin konektor [7].
Gambar 2. LCD 16 × 2

## C. Buck Boost Converter
Buck  boost  converter ialah  jenis  rangkaian yang  bisa  mengubah  suatu  level tegangan  DC  besar  atau  pun  yang  rendah  dengan  otomatis,rangkaian buck  boost menggunakan  dua  mode  yaitu mode  switch  buck ataupun mode  switch  boost. Rangkaian  ini  bekerja  pada  tiga  mode  pengoprasian,yaitu mode  buck,  mode  boost dan mode buck boost [8] .
Gambar 3. Rangkaian buck boost converter D. Photovoltaic
Photovoltaic (PV) adalah suatau elemen aktif yang mengubah cahaya matahari menjadi  energi  listrik.  Prinsip  dasar  pembuatan  sel  surya  adalah  memanfaatkan photovoltaic, yaitu  suatu  efek  yang  dapat  mengubah  langsunng  cahaya  matahari menjadi energi listrik. Pada saat ini silikon merupakan bahan yang banyak digunakan untuk pembuatan sel surya [9].
Gambar 4. Photovoltaic
E. Accumulator (Aki)
Accumulator merupakan alat perlengkapan yang menghasilkan listrik yang bisa menyimpan  energi  yang  bisa  mengubah  menjadi  daya.  Kapasitas  maksimal  yang dapat dihasilkan oleh battery accumulator tersebut dapat mencapai 18 Ah. Sehingga baterai apabila digunakan untuk suplai beban berupa lampu pijar sebesar 100 Watt maka  akan  habis  dalam  kurun  waktu  24  menit.  Baterai  dapat  diisi  dengan  waktu pengisian selama 5 sampai 10 jam dengan charger 0,4 Ampere (pengisian normal) dan  dapat  pula  diisi  dengan  waktu  pengisian  30  menit  dengan  charger  3  Ampere (pengisian cepat) [10].
Gambar 5. Accumulator

## Desain alat
Untuk proses sistem kerja pada Perancangan MPPT dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6 . Diagram blok sistem kerja MPPT keseluruhan
Sistem battery  charging menggunakan solar  cell sebagai  sumber  energi  listrik .Tegangan  luaran solar  cell berkisar  0-21  Volt  maka  diperlukan  rangkaian buck  boost converter untuk menstabilkan tegangan. Tegangan luaran solar cell dikontrol agar stabil di 13,6 Volt sebagai standart pengisian baterai.
Pusat  pengendali sistem  battery  charging menggunakan  mikrokontroler.  Sumber tegangan  mikrokontoler  berasal  dari  luaran solar  cell yang  diregulasi  dengan  DC  to  DC Voltage regulator. Mikrokontroler menghasilkan PWM untuk mengatur switch mosfet pada buck boost converter . Terdapat dua mosfet pada buck boost converter , yaitu mosfet untuk buck dan mosfet untuk boost . Ketika tegangan luaran solar cell dibawah 13,6 Volt, maka mosfet  mode buck selalu  ON  dan  MOSFET  mode boost switching.  Sebaliknya  ketika tegangan luaran solar cell diatas 13,6 Volt, maka mosfet mode buck switching dan mosfet mode boost OFF.
Voltage  divider mengirimkan  sinyal  ke  mikrokontroler  untuk  mengubah duty  cycle PWM secara otomatis. Sensor arus mengirim sinyal ke mikrokontroler untuk menunjukkan arus  yang mengalir pada sumber dan luaran buck boost converter . Tegangan luaran  yang telah stabil sebesar 13,6 Volt digunakan untuk mengisi baterai.

## Perancangan Box Control Panel
Box  control panel  dibuat  menggunakan  bahan acrylic yang  berwarna  putih  dengan ukuran ketebalan 5 mm dan berbentuk kotak 25 cm × 15 cm . Box control panel digunakan sebagai tempat rangkaian buck boost converter , rangkaian voltage divider , rangkaian sensor arus, dan indikator lampu yang menunjukan kondisi alat.
SJME KINEMATIKA Vol.5 No.2, 31 Desember 2020, pp 109-118 https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika

## Gambar 7. Box control panel

## Perancangan Elektronik
Arduino  UNO  ATmega  328,  digunakan  sebagai  kendali  semua  perangkat  yang terhubung. Berikut ini tabel yang menunjukkan pengalamatan pin dari Arduino Uno dalam perancangan system  ATS ini perancangan maximum power point tracking (mppt) kontrol pada prototype traffic light system menggunakan pid control.

## Gambar 8. Konfigurasi port Arduino UNO

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Hasil Pengujian Beban (Lampu)
Pengujian  beban  di  perlukan  untuk  mengetahui  berapa  nilai  arus  yang  di  butuhkan oleh  tiap  1  lampu,  pengujian  ini  menggunakan  bantuan  DC  converter  sebagai  sumber tegangannya dengan cara memutar knob potensio meter sebagai pengatur nilai input.
Tabel 1. Pengujian beban lampu
Tanggal/bulan Waktu Nilai potensio Keterangan uji coba Jumlah lampu Arus input 30 Juni 2020 19.00 512 1 0,22 30 Juni 2020 19.01 522 2 0,39
30 Juni 2020 19.02 527 3 0,63 30 Juni 2020 19.03 530 4 0,80 30 Juni 2020 19.04 531 5 1,05 30 Juni 2020 19.05 537 6 1,24 30 Juni 2020 19.06 542 7 1,39 30 Juni 2020 19.07 547 8 1,64 30 Juni 2020 19.08 550 9 1,82

## B. Hasil Pengujian Solar Cell
Hasil  pengujian solar  cell dapat  dilihat  pada  tabel  2,  yang  mana  hasil  tegangan tertinggi  didapatkan  17,70  Volt  dan  tegangan  terendah  17,26  Volt.  Sedangkan  hasil pengujian  solar  cell  dengan  memberikan  beban  berupa  resistor  12  Ω  20  Watt.  Pengujian dilakukan setiap 30 menit sekali.
Tabel 2. Pengujian solar cell
No Tanggal/bulan Waktu Celcius Keterangan uji coba Volt PV Ampere PV 1 22 April 2020 08.00 30,5 17,26 0,85 2 22 April 2020 08.30 31,3 17,24 0,86 3 22 April 2020 09.00 31,4 17,30 0,91 4 22 April 2020 09.30 31,9 17,27 0,83 5 22 April 2020 10.00 31,5 17,42 1,01 6 22 April 2020 10.30 31,5 17,52 0,96 7 22 April 2020 11.00 31,8 17,63 1,17 8 22 April 2020 11.30 31,8 17,63 1,20 9 22 April 2020 12.00 32,9 17,70 1,18 10 22 April 2020 12.30 33,3 17,57 1,14 11 22 April 2020 13.00 31,9 17,62 1,13 12 22 April 2020 13.30 33,1 17,66 1,10 13 22 April 2020 14.00 35,2 17,64 0,85 14 22 April 2020 14.30 22,9 17,58 0,79 15 22 April 2020 15.00 34,0 17,25 0,64
Gambar 9. Grafik V out dan I out yang dihasilkan solar cell
Berdasarkan  grafik  diatas  didapatkan  nilai    tegangan    tertinggi  19,1  Volt,  tegangan terendah  15  Volt,  Arus  tertinggi  1,5  A  dan  Arus  terendah  0,41  A  dari solar  cell. Maka tegangan dan arus selalu berubah tergantung pada keadaan sinar matahari yang terkena pada solar cell .

## C. Hasil Pengujian Buck Boost Converter
Hasil  proses  pengujian  tegangan output  buck  boost terhadap  perhitungan  awal didapatkan  hasil tegangan output buck boost terhadap  perhitungan buck boost converter , tegangan output yang diharapkan adalah 13,6 Volt.
Tabel 3. Pengujian buck boost converter
No Tanggal/bulan Waktu Celcius Keterangan uji coba Keterangan Volt PV Ampere PV 1 28 Juni 2020 08.00 pm 400 9,5 13 Berhasil 2 22 April 2020 09.00 pm 401 11 13,2 Berhasil 3 22 April 2020 10.00 pm 403 13 13,4 Berhasil 4 22 April 2020 11.00 pm 406 15 13,6 Berhasil 5 22 April 2020 12.00 pm 407 17 13,8 Berhasil 6 22 April 2020 13.00 pm 409 19 13,9 Berhasil 7 22 April 2020 14.00 pm 501 21 14 Berhasil 8 22 April 2020 15.00 pm 503 21 14 Berhasil
Gambar 10. Grafik tegangan output buck boost converter dan tegangan output seharusnya Dari  grafik  diatas  dihasilkan  selisih  tegangan  keluaran buck  boost dengan  keluaran tegangan pada perhitungan selisihnya tidak terlalu jauh. Maka didapatkan hasil perhitungan Buck-boost converter eror rata-rata sebesar 0,07% sampai 0,2%.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  tersebut  telah  dirancang  dan  menciptakan  sebuah perangkat  sistem Maximum  Power  Point  Tracking (MPPT)  pada Prototype  Traffic  light System Menggunakan  PID  Control  yang  mengatur  daya  maksimal  pada  kondisi  cahaya matahari yang dihasilkan nilai tegangan 17,70 Volt dan arus 1,18 Ampere. Untuk pengisian battery charging dibutuhkan sekitar 4 jam yang digunakan 13,6 Volt, dengan pengisian 12 Volt dengan rata-rata keluaran yang dihasilkan 1 Ampere. Untuk mempermudah mengatur frekuensi dan lebar pulsa (PWM) yang didinginkan pada MPPT level tegangan luaran yang dihasilkan pada panel surya 15 Volt sampai 19 Volt, sedangkan tegangan ouput mencapai 14,98 Volt sampai 18,97 Volt.

## REFERENSI
[1] Kurniawan,  D.  R.,  &  Kusumaningrum,  A.  “Using  Buck  Boost  Converter  For  Battery Charging System Based On Microcontroller Which Have Solar Panel Source,” 1-103, 2016.
[2] Dewatama, D.,  Fauziyah, M., & Safitri, H. K.  “Optimasi Buck Converter Pada Solar Tree Menggunakan Kontrol Logika Fuzz y ,” 1-16, 2017.
[3] Matalata, H., & Johar, L. W. “Analisa Buck Converter Dan Boost Converter Pada Perubahan Duty Cycle Pwm Dengan Membandingkan Frekuensi Pwm 1,7 Khz Dan 3,3 Khz,” 1-9, 2018.
[4] Muhammad,  A.  A.,  Munadi,  R.,  &  Mayasari,  R.  “Perancangan  Lampu  Lalu  Lintas  Pintar Untuk Smart City Menggunakan Wireless Sensor Network,” 1-8, 2019.
[5] Cahyono, B. E. “Rancang Bangun MPPT (Maximum Power Point Tracker) Dengan Metode P&O (Pertub And Observe) Untuk Sistem Photovoltaic Berbasis IoT (Internet Of Things),” 1-26, 2019.
[6] Suwito, Suhanto, & Kustori. “Sistem Baterai Charging Pada Solar Energy System Dengan Buck Boost Converter Untuk Berbagai Tingkat Pencahayaan Di Bandar Udara,” 1-10, 2019.
[7] Indrianingsih,  S.  “Rancang  Bangun  Alat  Pengering  Biji  Cokelat  Berbasis  Mikrokontroller Atmega328 Dengan Sumber Daya Panel Surya,” 1-50, 2019.
[8] Hidayat, I., Akbar, M. R., & Adam, B. K. “Rancang Bangun Dan Implementasi Buck Boost Converter  Dengan  Maximum  Power  Point  Tracking  Menggunakan  Metode  Perturb  And
Observe,” 1-7, 2019.
[9] P.  Putra,  A.  Joewono,  R.  Sitepu,  L.  Agustine,  And  W.  Andyardja.  “Alat  Pemantau  Dan Pengendali Sistem Penyimpanan Energi Pada Solar Panel,” Widya Tek. , vol. 17, no. 1, pp. 25–31, 2017.
[10] Arief, M. F., & Musafa, A. “Perancangan Sistem MPPT Untuk Dua Turbin Angin Kapasistas 300  Watt  Pada  Kondisi  Angin  Rendah  Menggunakan  Metode  PERTURB  &  OBSERVE (P&O),” 1-8, 2019.