## COMPLETE
Journal of Computer, Electronic, and Telecommunication
ISSN 2723-4371, E-ISSN 2723-5912 doi.org/10.52435/complete.v3i2.192

## Implementasi Buck-Boost Converter pada Hybrid

## Turbin Angin Savonius dan Panel Surya
Anggara Trisna Nugraha 1 dan Irgi Achmad 2 *
1 Teknik Kelistrikan Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya; anggaranugraha@ppns.ac.id
2* Teknik Kelistrikan Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya; irgiachmad@student.ppns.ac.id
Abstrak : Listrik merupakan salah satu kebutuhan dasar dalam kehidupan manusia modern. Listrik sudah begitu terintegrasi dalam kehidupan sehari-hari. Hal ini bisa dipahami mengingat sumber daya  batubara  yang  cukup  melimpah.  Faktor  lain  yang  berpengaruh  dalam  meningkatkan penggunaan  batubara  adalah  bahwa  pembangkit  listrik  batubara  dirancang  sebagai  beban  dasar karena harga batubara relatif lebih murah. Akan tetapi keberadaan batu bara semakin lama semakin berkurang.  Salah  satu  pemanfaatan  dari  potensi  energi  terbarukan  adalah  teknologi  pembangkit listrik tenaga surya dan angin. Pada sistem ini menggunakan panel surya 30 WP dan turbin angin savonius  yang  kemudian  dirancang hybrid agar  dapat  memberikan  daya  tambahan.  Akan  tetapi pemanfatan  energi  terbarukan  tersebut  tidak  bisa  dimanfaatkan  secara  langsung  karena  nilai tegangan keluaran yang fluktuatif mengakibatkan mudahnya kerusakan pada peralatan elektronik atau  sistem  penyimpanan  baterai.  Sehingga  permasalahan  tersebut  terciptalah  inovasi  teknologi yaitu Implementasi buck-boost converter yang terintegrasi dengan turbin angin savonius dan panel surya. Dibantu dengan sensor arus dan tegangan yang dikontrol oleh arduino uno sehingga dapat memonitoring input dan output dari buck-boost converter . Hasil dari pengujian alat ini menunjukkan bahwa buck-boost  converter mampu  menstabilkan  tegangan  keluaran  dari  panel  surya  dan  turbin angin  dengan  keluaran  senilai  14,4  volt  yang  dimana  tegangan  tersebut  dapat  digunakan  untuk pengisian baterai VRLA 12 Volt 7,2 Ah.
Kata Kunci: Panel Surya, Turbin Angin Savonius, Buck-Boost Converter

## 1. Pendahuluan
Listrik  adalah  salah  satu  kebutuhan  dasar  dalam  kehidupan  manusia  saat  ini.  Listrik  sudah begitu  menyatu  dalam  kehidupan  sehari-hari.  Masyarakat  Indonesia,  terutama  masyarakat  yang telah tinggal di perkotaan, menjalankan kehidupan sehari-hari selalu bergantung pada energi listrik [1].  Tenaga  listrik  menjadi  salah  satu  faktor  penting  dalam  pengembangan  kualitas  Energi  hidup masyarakat  dan  sekaligus  menjadi  penggerak  bagi  pembangunan  nasional  di  berbagai  sektor perekonomian. Untuk memenuhi kebutuhan lisrik yang terus meningkat diperlukan penambahan pasokan tenaga listrik yang besar dan perlu harus ditingkatkan untuk jangka panjang. Oleh karena itu  perlu  adanya  perencanaan  pengembangan  kelistrikan  nasional  untuk  jangka  panjang.  Dalam perencanaan  tersebut,  prakiraan  kebutuhan  dan  pasokan  tenaga  listrik  perlu  mendapat  perhatian yang serius [2]. Selama periode 2012-2035, kapasitas terpasang pembangkit listrik nasional (PLN dan non PLN) untuk skenario dasar akan meningkat dari 44,8 GW menjadi 215 GW atau tumbuh rata- rata sebesar 7,1% per tahun. Untuk skenario tinggi pada tahun 2035, kapasitas terpasangnya akan mencapi 26% lebih tinggi dari skenario dasar atau sebesar 270 GW dan tumbuh rata-rata 8,1% per tahun. Pada kedua skenario tersebut, pembangkit listrik batubara terus mendominasi hingga tahun 2035 dengan pangsa mencapai 65% (139 GW) untuk skenario BAU dan 72% (194 GW) untuk skenario tinggi. Hal ini bisa dipahami mengingat sumber daya batubara yang cukup melimpah. Faktor lain yang  berpengaruh  dalam  meningkatkan  penggunaan  batubara  adalah  bahwa  pembangkit  listrik batubara dirancang sebagai beban dasar karena harga batu bara relatif lebih murah dari pada bahan
Complete 2022, Vol. 3, No. 2, doi.org/10.52435/complete.v3i2.192
bakar fosil lainnya [3]. Mengingat batubara memiliki sifat tak terbarukan dan dihasilkan dari proses geologi  selama  puluhan  bahkan  ratusan  juta  tahun,  maka  sangatlah  disayangkan  apabila pemanfaatannya  tidak  memiliki  nilai  tambah.  Selain  itu,  pembakaran  batubara  untuk  keperluan pembangkit  listrik  juga  menghasilkan  limbah  padat  berbahaya  dan  beracun [4].  Maka  dari  itu dengan  memperbesar  pemanfaatan  energi  terbarukan,  biaya  pasokan  energi  jangka  panjang  akan semakin rendah dan terjangkau. Berbeda dengan  pembangkitan energi fosil yang cenderung naik dari tahun ke tahun karena harga bahan bakar, pengaruh nilai tukar dan inflasi rendah dan kenaikan terjaga. Capital expenditure (capex) pembangkit PLTS, PLT Angin skala besar juga cenderung turun. Oleh  karena itu memperbesar porsi energi terbarukan dalam pasokan tenaga listrik dalam  jangka panjang dapat menurunkan biaya pembangkitan tenaga listrik [5].
Salah  satu  pemanfaatan  dari  potensi  energi  terbarukan  adalah  teknologi  pembangkit  listrik tenaga surya dan angin. Pemanfaatan energi matahari sebagai sumber energi listrik dapat diterapkan dengan menggunakan panel surya yang memanfaatkan sinar matahari untuk diubah menjadi energi listrik. Panel surya merupakan sumber energi yang ramah lingkungan dan menjanjikan karena tidak menimbulkan polusi dan jumlahnya melimpah, terutama di negara tropis seperti  Indonesia. Begitu juga dengan potensi energi angin juga merupakan bagian dari sumber energi terbarukan dan ramah lingkungan. Penggunaan energi matahari dan angin  juga berpotensi  mengurangi  ketergantungan terhadap  bahan  bakar  fosil,  serta  mengatasi  masalah    perubahan  alam  dan  lingkungan    yang disebabkan  oleh  upaya  konservasi  dari  sumber  energi  konvensional.  Akan  tetapi  energi  matahari dan angin tidak bisa langsung digunakan dikarenakan energi yang dihasilkan fluktuatif bergantung dengan    intensitas  cahaya  matahari  dan  kecepatan  angin,  sehingga  mengakibatkan  mudahnya kerusakan  pada  peralatan  elektronik  di  rumah  tangga  dan  industri  atau  di  dalam  sistem penyimpanan baterai, sehingga maka diperlukan mekanisme untuk menstabilkan tegangan keluaran yang akan disuplai ke baterai atau beban.
Berdasarkan  penelitian  sebelumnya  terdapat  solusi  pemanfaatan  potensi  energi  terbarukan pada  pengisian  baterai  menggunakan buck-boost  converter .  Menurut  Payung  et  al.  [6]  dalam penelitiannya  ini,  digunakan  sumber solar  cell 300WP  ( watt  peak )  yang  digunakan  untuk  proses pengisian baterai 48V DC 45Ah dengan menggunakan buck-boost converter . Ketika sumber utama PLN tidak aktif ATS ( Automatic Transfer Switch ) secara otomatis akan memindahkan catu daya dari baterai. Dari sumber baterai digunakan inverter satu fasa untuk mencatu beban rumah tangga sebesar 50W 220V AC. Proses charging baterai sistem dapat mempertahankan nilai tegangan output (Vo) charging antara  54V-56,5V  DC  dan  sistem  mampu  menyuplai  beban  sesuai  perencanaan  sebesar  50W walaupun terjadi selisih drop tegangan sebesar 19V AC. Namun kelemahan pada penelitian ini masih menggunakan satu sumber energi terbarukan yaitu energi surya dimana jika langit mendung atau matahari menghilang pada siang hari maka panel surya tidak dapat menghasilkan listrik dan juga pada sistem tersebut tidak dilengkapi dengan interface nilai tegangan input dan output dari sistem sehingga pengguna harus melakukan monitoring secara manual untuk mengetahui besar tegangan input dan output pada sistem.
Dalam  penelitian  lainnya  dilakukan  oleh  Faiz  A.  M.  [7]  yang  memanfaatkan  energi  angin dengan  cara  pembuatan  rancangan  sistem  pembakit  listrik  tenaga  angin  khususnya  dibagian elektronik untuk menghasilkan energi listrik. Tegangan yang keluar dari generator masuk ke buck- boost converter yang keluarannya dapat lebih tinggi atau lebih rendah dari tegangan yang keluar dari generator. Tegangan tersebut juga dikontrol oleh mikrokontroller yang berupa arduino uno dengan menggunakan  metode  kontrol  PID-PSO  yang  berguna  untuk  mengontrol  tegangan  yang  sesuai dengan yang diinginkan. Dari hasil simulasi pada buck-boost converter didapatkan nilai terbaik untuk parameter  Kp=7.60,  Ki=0.66,  dan  Kd=0.56  pada  pengendalian  tegangan buck-boost  converter .  Pada buck-boost converter didapatkan nilai Rise Time (Tr) = 0.37 detik, settling time (Ts)= 0.39 detik, delay time (Td)= 0.20 detik, Peak time (Tp) = 0.39 detik.
Sehingga dari beberapa penelitian tersebut peneliti ingin mengembangkan penstabil tegangan berupa buck-boost converter pada pembangkit listrik hybrid energi angin dan panel surya [8]. Kelebihan dari sistem ini adalah output tegangan dari buck-boost converter yang dibuat nilainya akan tetap berada pada set point meskipun input dari energi terbarukan tersebut naik turun [9]. Selanjutnya pada charge
Complete 2022, Vol. 3, No. 2, doi.org/10.52435/complete.v3i2.192
controller pada turbin di pasaran tidak dilengkapi dengan interface nilai tegangan input dan output dari sistem sehingga pengguna harus melakukan monitoring secara manual untuk mengetahui besar tegangan  input  dan  output  pada  sistem  serta  sistem  juga  dapat  dengan  mudah  diperbaiki  ketika terjadi  kerusakan  serta  dapat  dikembangkan  menjadi  sebuah  sistem  yang  lebih  kompleks  [10]. Sehingga  terciptalah  inovasi  teknologi  yaitu  Perancangan Buck-Boost  Converter Pada  Sistem Pembangkit  Listrik Hybrid Turbin  Angin  Vertikal  Savonius  Dan  Panel  Surya  [11].  Hasil  dari penelitian ini diharapkan mampu mendukung pengoptimalan penggunaan energi terbarukan dari energi  surya  dan  angin  untuk  dijadikan  sebagai  salah  satu  alternatif  penyedia  energi  listrik  serta dapat  meningkatkan  keefektifan battery  charger dalam  mengisi  baterai  dan  dapat  memperpanjang lifetime baterai [12].

## 2. Metode dan Material
A. Material
1) Panel Surya
Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya matahari menjadi listrik.  Matahari  merupakan  sumber  cahaya  terkuat  yang  dapat  dimanfaatkan.  Panel  surya  sering kali disebut sel fotovoltaik. Sel surya atau sel PV bergantung pada efek fotovoltaik untuk menyerap energi matahari dan menyebabkan arus mengalir antara dua lapisan bermuatan yang berlawanan. Panel  surya  merupakan  alat  yang  sangat  penting  dalam  pembangkit  listrik  tenaga  surya,  yang berfungsi untuk mengubah energi surya (matahari) menjadi energi listrik. Dalam sebuah panel surya ini  ada  sel  surya  yang  mempunyai  peranan  penting  dalam  panel  surya  untuk  memaksimalkan cahaya matahari [13].

## 2) Turbin Angin Savonius
Turbin  Angin  Savonius  adalah  turbin  angin  sumbu  vertikal  (VAWT)  yang  dapat  beroperasi dalam kondisi angin kecepatan ringan. Turbin ini ditemukan pada tahun 1922 oleh seorang sarjana Finlandia bernama Sigurd J. Savonius. Konstruksi turbin ini sangat sederhana, terdiri dari dua bilah semi-silinder. Dalam perkembangannya, turbin Savonius mengalami banyak  perubahan bentuk dari rotor, seperti desain rotor  berbentuk  L [14].

## 3) Generator DC
Generator DC pada dasarnya memiliki bagian dasar yang  sama dengan komponen mesin listrik lainnya. Secara umum generator arus searah (DC) adalah suatu alat yang mengubah energi mekanik berupa  putaran  menjadi  energi  listrik  arus  searah.  Energi  mekanik  digunakan  untuk  memutar kumparan kawat  dalam medan magnet. Menurut hukum Faraday,  ggl induksi yang akan muncul dalam konduktor sebanding dengan laju perubahan fluks magnet yang mengelilingi konduktor. Jika kumparan adalah rangkaian tertutup, arus induksi akan muncul. Apa yang membedakannya dari generator  lain  adalah  komponen  penyearah  yang  didalamnya,  yang  disebut  komutator  dan  sikat. Secara khusus generator DC terdiri dari dua bagian, stator adalah bagian tetap dari motor DC dan rotor  adalah  bagian  yang  berputar  dari  motor  DC.  Bagian  stator  meliputi:  rangka  motor,  belitan stator, sikat arang, bearing dan box terminal. Sedangkan  rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor [15].
4) Buck-Boost Converter
Buck-boost converter adalah konverter DC ( Direct Current ) yang output tegangannya dapat lebih besar atau lebih rendah dari tegangan input, dan  juga tegangan outputnya selalu bernilai  negatif. Seperti  halnya  konverter buck dan  konverter boost ,  konverter buck-boost memiliki  rangkaian  yang terdiri dari induktor, kapasitor, diode frewheel , dan komponen switching seperti Thyristor , MOSFET, IGBT, dan GTO. Proses switching pada konverter ini juga disulut oleh PWM sebagai pengaturan duty cycle yang sangat berpengaruh pada besar kecilnya tegangan output dari buck-boost converter [16] .
Rangkaian Non-inverting Buck-Boost (NIBB) menggunakan dua buah switch mode buck dan switch mode boost . Rangkaian NIBB memiliki tiga mode operasi, yaitu mode buck, boost, dan buck-boost . Ketika
Complete 2022, Vol. 3, No. 2, doi.org/10.52435/complete.v3i2.192
tegangan  input  lebih  rendah  dari  tegangan  yang  diinginkan,  rangkaian  menjadi  mode boost . Sebaliknya, ketika tegangan input lebih tinggi dari tegangan yang diinginkan, maka menjadi mode buck . Ketika tegangan input stabil mendekati tegangan yang diinginkan, maka akan beroperasi dalam mode buck-boost [17] .
5) Arduino Uno Arduino UNO adalah papan mikrokontroler berbasis ATmega328P. Arduino Uno memiliki 14 pin  input/output  digital  (6  di  antaranya  dapat  digunakan  sebagai  output  PWM),  6  input  analog, resonator keramik 16 MHz, koneksi USB, colokan listrik, header ICSP, dan tombol reset. Ini berisi semua  yang  diperlukan  untuk  mendukung  mikrokontroler;  cukup  sambungkan  ke  komputer dengan kabel USB atau nyalakan dengan adaptor AC-DC atau baterai untuk mulai mengaktifkannya [18].
6) Sensor Tegangan
Sensor  adalah transduser (pengatur/detektor)  parameter  lingkungan  dalam  representasi analognya. Pada dasarnya setiap sensor  akan diubah menjadi tegangan yang dapat diproses untuk proses  selanjutnya  begitu  juga  dengan  Arduino.  Jika  rentang  tegangan  terbaca  antara  0-5V  maka Anda dapat menggunakan pin analog secara langsung, sedangkan jika rentang tegangan terbaca > 5V  Anda  perlu  menggunakan  rangkaian  tambahan  yaitu  pembagi  tegangan  karena  pin  Arduino bekerja pada maks 5V [16].

## 7) Sensor Arus ACS 712
Allegro ™ ACS712 menawarkan solusi ekonomis dan akurat untuk mendeteksi arus AC atau DC dalam  sistem  industri,  komersial,  dan    komunikasi.  Paket  perangkat  memungkinkannya  untuk diimplementasikan dengan mudah  oleh pelanggan. Aplikasi yang umum termasuk kontrol motor, pendeteksi beban dan manajemen beban, pengalihan daya, dan perlindungan arus lebih. Perangkat ini tidak ditujukan untuk aplikasi otomotif [19].

## B. Metode
Penelitian  ini  menggunakan  sumber  energi  listrik  dari  panel  surya  30  Wp  dan  turbin  angin savonius. Tegangan keluaran dari panel surya dan turbin angin akan distabilkan melalui buck-boost converter dengan keluaran tegangan senilai 14.4 Volt DC sesuai dengan tegangan pengisian baterai VRLA  12  Volt.  Sistem buck-boost  converter pada  penelitian  ini  adalah  menggunakan  dua  buah mikrokontroller  yang  mana  keluaran  tegangan  dari  kedua buck-boost  converter tersebut  dapat dirangkai  secara  paralel.  Hal  ini  memanfaatkan  prinsip Kirchoff  Voltage  Law dimana  kedua  sistem tersebut dapat dirangkai secara paralel dikarenakan level tegangan dari keduanya adalah sama.
Panel Surya
Turbin Angin
Sensor Arus
Buck-Boost Converter Arduino Uno R3 Sensor Arus Cut Off Relay Baterai LCD 12c 20x4 LCD 12c 20x4 Sensor Tegangan Sensor Tegangan Buck-Boost Converter Sensor Arus Sensor Arus Arduino Uno R3 Sensor Tegangan Sensor Tegangan Beban DC
Gambar 1. Diagram Blok Sistem
Pada diagram blok dapat dilihat bahwa ada 2 input sumber energi listrik yaitu dari energi surya dan energi angin . Ada sensor tegangan dan sensor arus yang masing-masing dipasang pada output panel surya dan energi angin. Hasil pembacaan sensor akan diterima oleh Arduino Uno R3 untuk kemudian ditampilkan hasil pembacaan tegangan dan arus pada LCD 20x4. Hasil output tegangan pada panel surya dan energi angin akan diterima oleh buck-boost converter dan dikontrol oleh arduino agar output tegangan sesuai keinginan/tegangan yang dibutuhkan oleh baterai. Kemudian ada sensor tegangan dan sensor arus yang dipasang pada output buck-boost converter untuk mengukur keluaran arus dan tegangan. Hasil pembacaan sensor akan diterima oleh Arduino Uno R3 dan ditampilkan pada  LCD  16x2.  Kemudian  tegangan  keluaran  pada  buck-boost  converter  akan  diparalel  dan dihubungkan ke cut off relay yang dimana fungsi dari cut off relay tersebut adalah sebagai proteksi apabila kapasitas pengisian baterai telah penuh maka cut off relay akan memutus proses pengisian baterai.
Perancangan buck-boost converter pada penelitian ini menggunakan rangkaian non-inverting buck- boost  converter yang  dimana  pada  rangkaian  ini  menggunakan  dua  buah  mosfet  yang  berfungsi sebagai switching . Mosfet yang digunakan pada penelitian ini adalah tipe IRF9540N P-chanel sebagai switch buck dan tipe IRFZ44N N-chanel sebagai switch boost .
Tabel 1. Parameter Perhitungan Buck-Boost Converter Parameter Nilai V input (tegangan input minimal) 8 V V input (tegangan input maksimal) 25 V V output (tegangan output yang diinginkan) 14,4 V Arus output 2 A Ripple tegangan output 1% Ripple arus induktor 10% Frekuensi Switching 62 KHz
Berikut perhitungan untuk menentukan nilai dari komponen-komponen yang digunakan :
1) Perhitungan input 8 V
a. Menetukan nilai Duty Cycle
𝑉𝑜 = 1 1 − 𝐷 𝑉𝑖(𝑚𝑖𝑛) (1)
14.4 = 1 1 − D × 8
D = 0,45
b. Menentukan nilai induktor
Io = 𝐼𝑐 = 2𝐴 (2) Il = 𝐼𝑜 + 𝐼𝑖 = 2 + 2 = 4𝐴 (3) 𝐿 = 𝑉𝑖 𝑥 𝐷 ∆𝐼𝑙𝑝𝑝 𝑥 𝑓𝑠𝑤 (4) 𝐿 = 8 𝑥 0,45
0,1 𝑥 4 𝑥 62000 𝐿 = 0,000145 𝐻 𝐿 = 145 𝑢𝐻

## c. Menentukan nilai kapasitor
𝐶 = 𝐼𝑜 𝑥 𝐷 ∆𝑉𝑐𝑝𝑝 𝑥 𝑓𝑠𝑤 (5) 𝐶 = 2 𝑥 4,5
0,01 𝑥 14,4 𝑥 62000
𝐶 = 0,001 𝐹
𝐶 = 1000 𝑢𝐹
2) Perhitungan input 25 V
a. Menentukan nilai Duty Cycle
𝐷 = 𝑉𝑜
𝑉𝑖𝑛
(6) 𝐷 = 14,4
25 𝐷 = 0,57
b. Menentukan nilai induktor
𝐿 = 𝑉𝑜(1 − 𝐷) ∆𝐼𝑙𝑝𝑝 𝑥 𝑓𝑠𝑤
(7)
𝐿 = 14.4(1 − 0,57) 0,1 𝑥 2 𝑥 62000 𝐿 = 0,000499 𝐻 𝐿 = 499 𝑢𝐻
c. Menentukan nilai kapasitor
𝐶 = ∆𝐼𝑙𝑝𝑝
8 𝑥 ∆𝑉𝑐𝑝𝑝 𝑥 𝑓𝑠𝑤
(8) 𝐶 = 0.1 𝑥 2
8 𝑥 0,01 𝑥 14,4 𝑥 62000
𝐶 = 0,000028 𝐹
𝐶 = 28 𝑢𝐹
Pada perhitungan ini nilai kapasitor yang dipilih adalah nilai kapasitor terbesar senilai 1000 𝑢𝐹 . Pada  perhitungan  nilai  induktor  dipilih  nilai  yang  terbesar  yaitu  senilai  499 𝑢𝐻 ,  akan  tetapi  pada penelitian ini induktor yang digunakan sebesar 470 𝑢𝐻 karena nilainya mudah dijumpai dipasaran.
Pada penelitian ini besarnya sinyal PWM yang dihasilkan oleh board Arduino adalah sebesar 5 VDC, dimana tegangan ini tidak dapat menggerakkan saklar pada MOSFET, sehingga diperlukan driver MOSFET. Dengan driver MOSFET, besaran tegangan PWM akan mendekati nilai VCC yang digunakan  pada  rangkaian  driver.  Rangkaian driver MOSFET  pada  penelitian  ini  menggunakan optocoupler TLP250 untuk mode boost dan mode buck .
Gambar 3. Rangkaian Driver MOSFET
Rancangan keseluruhan sistem buck-boost converter ini memiliki sepesifikasi sebagai berikut :
- Mikrokontroler Atmega 328P (Arduino Uno R3)
- Induktor (L) = 470 uH
- Kapasitor (C) = 1000 uF 50 V
- Diode SR5100 5A
- Drvier Mosfet TLP 250
- Mosfet switch buck yaitu IRF9540N P-chanel dan mosfet switch boost yaitu IRLZ44N N-chanel - Sensor tegangan yaitu voltage divider dengan perbandingan nilai resistor yaitu R1 = 33 k ohm dan R2 8.2 k ohm
- Sensor arus ACS712
- R beban yaitu 100 ohm
- Potensiometer 10 k
Gambar 4. Rangkaian Keseluruhan Buck Boost Converter
Perancangan  Mekanik  pada  penelitian  ini  meliputi  rancangan  turbin  angin  dan  penyangga panel surya. Pada perancangan turbin angin diusun atas material besil L. Panjang kaki penyangga pada  penelitian  ini  direncanakan  sepanjang  1,5  meter.  Kemudian  pada  perancangan  penyangga panel surya direncanakan menggunakan bahan kanal C baja ringan dengan ukuran C 75 x 0.6 mm. untuk  lebih  jelasnya  bisa  dilihat  pada  gambar  berikut.  Panel  surya  yang  digunakan  adalah  panel surya dengan daya 30 wp yang mempunyai dimensi Panjang 650 mm, lebar 350 mm dan tebal 25 mm
Gambar 5. Perancangan Mekanik Turbin Angin
Gambar 6. Perancangan Mekanik Penyangga Panel Surya

## 3. Hasil dan Analisis
Pada penelitian ini membahas mengenai pengujian alat yang telah dibuat dan analisa data yang telah  dilakukan.  Pengujian  terdiri  dari  pengujian  panel  surya,  pengujian  turbin  angin,  pengujian sistem buck-boost converter , dan pengujian sistem secara keseluruhan.

## 3.1 Pengujian Panel Surya
Pada  tahap  ini  dilakukan  pengujian  terhadap  panel  surya.  Pengujian  bertujuan  untuk mengetahui karakteristik dari panel surya tersebut. Data yang akan diambil berupa data intensitas cahaya, output tegangan  pada  panel  surya  yang  dihasilkan.  Pengujian  pada  panel  surya  ini menggunakan panel surya 30 Wp. Pengujian pada panel surya ini menggunakan alat ukur luxmeter thermo gun dan multimeter.
Tabel 2. Data Pengujian Panel Surya Waktu Pengujian Intensitas Cahaya (Lux) Suhu Permukaan panel Surya ( o C) Tegangan Keluaran (V) 07.00 48900 28.8 19.17 08.00 122000 39.6 19.33 09.00 153000 48.6 19.75 10.00 170300 56.5 19.88 11.00 172800 56.8 19.97 12.00 128900 54.9 19.6 13.00 89190 46.8 18.74 14.00 22410 41.2 18.38 15.00 11100 32.3 18.09 16.00 8890 29.4 17.64 17.00 367 28.4 11.37
Dari Tabel 2 diatas dapat dilihat bahwa semakin besar nilai  intensitas cahaya maka tegangan keluaran panel surya juga semakin besar. Pada pengujian panel surya tersebut dapat dilihat bahwa ketika  intensitas  cahaya  tertingggi  sebesar  172800  lux  tegangan  keluaran  yang  dihasilkan  sebesar 19,97  Volt  kemudian  ketika  intensitas  cahaya  tertingggi  sebesar  367  lux  tegangan  keluaran  yang dihasilkan sebesar 11,37 Volt.

## 3.2 Pengujian Turbin Angin Savonius
Pengujian turbin angin savonius dilakukan di Pantai Kenjeran Surabaya. Pengujian dilakukan untuk  mengetahui  data  karakteristik  dan  daya  keluaran  dari  turbin  angin  savonius  terhadap kecepatan  angin  yang  terdapat  ditempat  tersebut.  Data  yang  diambil  pada  pengujian  ini  berupa kecepatan angin, RPM dan tegangan  keluaran dari generator turbin angin. Pengujian pada turbin angin ini menggunakan alat ukur anemometer, tachometer, dan multimeter digital.
Tabel 3. Data Pengujian Turbin Angin Waktu Pengujian Kecepatan Angin (m/s) RPM Turbin RPM Generator Tegangan Keluaran (V) 12.30 3.1 132.9 237.8 11.58 13.00 3.3 146.8 242.3 13.03 13.30 3.5 160 263.3 13.18 14.00 3.2 142.2 248.5 12.95 14.30 3.4 158.1 249.1 13.2 15.00 3.2 145 248.3 12.78 15.30 3 127.3 229.1 12.56 16.00 3.3 129.6 230.2 13.05 16.30 3.4 159.5 263.3 13.08 17.00 3.2 143.4 253.1 12.35
Dari Tabel 3 diatas  dapat dilihat bahwa semakin besar kecepatan angin  maka semakin besar juga nilai tegangan keluaran dari pengujian turbin angin savonius. Dari pengujian tersebut didapat rata-rata kecepatan angin yaitu 3,26 m/s dan rata-rata tegangan yang dihasilkan sebesar 12,78 Volt 3.3 Pengujian Buck Boost Converter
Berikut  pada  Gambar  7  merupakan  dokumentasi  pengujian buck  boost  converter .  Pengujian dilakukan di lab elektronika PPNS.
Gambar 7. Pengujian Buck Boost Converter
Setelah  melakukan  perancangan  sistem buck-boost  converter dan  juga  melakukan  simulasi dengan  merangkai  komponen  pada  papan  PCB  lubang  dan project  board .  Selanjutnya  dilakukan pembuatan  PCB buck-boost  converter .  Pembuatan  PCB buck-boost  converter dilakukan  dengan menggunakan software EAGLE.  Setelah  selesai  dilakukan  pembuatan  PCB,  selanjutnya  dilakukan tahap penyolderan komponen ke PCB yang telah dibuat. Berikut pada Gambar 8 merupakan hasil dari pembuatan PCB dan perakitan komponen yang telah ditentukan.
Gambar 8. Realisasi Perancangan Buck-Boost Converter

## 3.3.1 Pengujian Mode Buck
Pada  pengujian  mode buck ini  diharapkan  pada buck  boost  converter yang  telah  dibuat diharapkan  mampu  menurunkan  tegangan  sesuai  setpoint  yaitu  14.4  Volt.  Pengujian  dilakukan dengan  memberikan  beban  berupa  resistor  sebesar  220  ohm  dan  memberikan  variasi  tegangan masukan 15-20 Volt.
Tabel 4. Data Pengujian Mode Buck Percobaan ke- Vinput (V) Vout (V) Vout teori (V) Duty Cycle (%) Error (%) 1 15.06 14.2 14.76 98 3.79 2 16.14 14.34 14.04 87 2.12 3 17 14.41 14.45 85 0.28 4 17.35 14.23 14.57 84 2.36 5 17.89 14.51 14.67 82 1.09 6 17.56 14.44 14.40 82 0.28 7 18.87 14.46 14.34 76 0.83 8 18.9 14.37 14.18 75 1.38 9 19.36 14.42 14.33 74 0.65 10 20.22 14.35 14.36 71 0.04 3.3.2 Pengujian Mode Boost
Pada  pengujian  mode boost ini  diharapkan  pada buck  boost  converter yang  telah  dibuat diharapkan  mampu  menaikkan  tegangan  sesuai  setpoint  yaitu  14.4  Volt.  Pengujian  dilakukan dengan  memberikan  beban  berupa  resistor  sebesar  220  ohm  dan  memberikan  variasi  tegangan masukan 8-13 Volt.
Tabel 5. Data Pengujian Mode Boost Percobaan ke- Vinput (V) Vout (V) Vout teori (V) Duty Cycle (%) Error (%) 1 8.45 14.5 14.57 42 0.47 2 8.89 14.45 14.34 38 0.78 3 9.56 14.38 14.06 32 2.28 4 9.78 14.41 14.17 31 1.67 5 10.1 14.39 14.43 30 0.27 6 10.63 14.46 14.36 26 0.66 7 11.98 14.43 15.36 22 6.05 8 12.45 14.38 14.48 14 0.67 9 12.86 14.41 14.45 11 0.27 10 13 14.4 14.29 9 0.80 3.3.3 Pengujian Mode Buck Boost
Pada  pengujian  mode buck  boost ini  pada buck  boost  converter yang  telah  dibuat  diharapkan mampu menaikkan dan menurunkan tegangan sesuai setpoint yaitu 14.4 Volt. Pengujian dilakukan dengan  memberikan  beban  berupa  resistor  sebesar  220  ohm  dan  memberkan  variasi  tegangan masukan 8-20 Volt.
Tabel 6. Data Pengujian Mode Buck-Boost Percobaan ke- Vinput (V) Vout (V) Mode 1 8.00 14.38 Boost 2 9.00 14.34 Boost 3 10.00 14.39 Boost 4 11.00 14.44 Boost 5 12.00 14.41 Boost 6 13.00 14.23 Boost 7 14.00 14.19 Boost 8 17.00 14.23 Buck 9 18.00 14.48 Buck 10 19.00 14.34 Buck 11 20.00 14.37 Buck

## 3.3.4 Pengujian Keseluruhan Sistem
Pengujian ini dilakukan dengan menerapkan buck-boost converter pada panel surya dan turbin angin.  Pada  pengujian  ini  akan  dikukur  nilai  input  dan  output buck-boost  converter yang  telah terintegrasi  dengan  sistem.  Pengujian  keseluruhan  bertujuan  untuk  mengetahui  performa  sistem sebagai pengisian baterai VRLA 12 V 7,2 Ah. Nilai yang dikukur akan ditampilkan pada LCD I2C.
Tabel 7. Pengujian Integrasi
Waktu Pengujian Kecepatan Angin (m/s) Vin Panel Surya (V) Iin Panel Surya (A) Vin Turbin Angin (V) Iin Turin Angin (A) Vout Buck Boost (V) Iout Buck Boost (A) 14.00 3.3 18.45 0.58 13.05 0.098 14.35 1.5 14.30 3.5 18.37 0.56 13.3 0.15 14.32 1.2 15.00 3 18.03 0.5 11.1 0.076 14.54 1.34 15.30 3.2 17.87 0.49 12.29 0.083 13.85 1.67 16.00 3.4 17.53 0.44 13.24 0.12 14.46 1.87 16.30 3.1 17.3 0.38 12.03 0.08 14.41 1.57 17.00 3.2 12.83 0.087 12.34 0.093 13.93 1.31
Pada  pengujian  secara  integrasi  hybrid  didapatkan  data  pada  Tabel  7  pengujian  dilakukan pada pukul 14.00 – 17.00 dengan panel surya mampu menghasilkan tegangan maksimum sebesar 18,45 Volt dan tegangan minimum sebesar 12,83. Kemudian dengan input turbin angin menghasilkan tegangan maksimum sebesar 13,05 Volt dan tegangan minimum sebesar 11,1 Volt. Kemudian Vout buck-boost  converter pada  pengujian  integrasi  tersebut  mengasilkan  tegangan  dengan  range  13,85- 14,54 Volt. Meskipun tegangan output pada panel surya dan turbin angin yang dihasilkan sifatnya fluktuatif tegangan output yang dihasilkan converter cukup stabil.
4. Pembahasan
Berdasarkan  hasil  pengujian  panel  surya,  turbin  angin, buck-boost  converter dan  pengujian integrasi  sistem  diatas,  pada  tabel  2  mengenai  pengujian  panel  surya  dapat  dinyatakan  bahwa semakin besar nilai intensitas cahaya maka tegangan keluaran panel surya juga semakin besar. Pada pengujian panel surya intensitas cahaya tertinggi diperoleh 172800 lux dengan tegangan output 19.97 Volt. Pada tabel 3 Mengenai pengujian turbin angin savonius dapat di dinyatakan bahwa semakin besar  kecepatan  angin  maka  tegangan  keluaran  turbin  angin  savonius  juga  semakin  besar.  Pada pengujian turbin angin kecepatan angin tertinggi 3,5 m/s dengan tegangan output 13,18 Volt. Pada pengujian buck-boost converter mode buck didapatkan nilai rata-rata tegangan keluaran senilai 14.37 Volt  dan  rata-rata  eror  sebesar  0,23  %.  Pada  pengujian buck-boost  converter mode boost didapatkan nilai rata-rata tegangan keluaran senilai 14.42 Volt dan rata-rata eror sebesar 0,15 %. Pada pengujian buck boost converter mode buck-boost didapatkan nilai rata-rata tegangan keluaran sebesar 14,34 Volt. Pada pengujian keseluruhan didapatkan rata-rata nilai tegangan keluaran pada buck boost converter sebesar 14,26 Volt dan rata-rata nilai arus keluaran pada buck boost converter turbin angin sebesar 1,49 Ampere.
5. Kesimpulan
Tegangan keluaran yang dihasilkan oleh buck boost converter yang dibuat dapat mencapai set poin yang diinginkan yaitu sebesar 14,4 Volt hal itu dapat dilihat pada pengujian buck boost converter saat mode buck dimana tegangan keluaran rata-rata 14,37 Volt, kemudian pada pengujian buck-boost converter mode boost dimana tegangan keluaran rata-rata 14,42 Volt dan pada pengujian buck-boost converter mode buck-boost dimana  tegangan  keluaran  rata-rata  14,42  Volt  dan  tetap  pada  set  poin meskipun nilai input  yang berubah-ubah.  Dari hal tersebut dapat disimpulkan  bahwa buck-boost converter tersebut dapat berfungsi semestinya dan dapat digunakan untuk pengisian baterai 12 Volt 7,2  Ah  yang  digunakan  oleh  peneliti  dalam  mengiplementasikan buck-boost  converter sebagai penstabil tegangan keluaran panel surya dan turbin angin savonius. Kelebihan dari sistem ini adalah charge  controller di  pasaran  tidak  dilengkapi  dengan interface nilai  tegangan  input  dan  output  dari sistem  sehingga  pengguna  harus  melakukan  monitoring  secara  manual  untuk  mengetahui  besar tegangan  input  dan  output  pada  sistem  serta  sistem  juga  dapat  dengan  mudah  diperbaiki  ketika terjadi  kerusakan  serta  dapat  dikembangkan  menjadi  sebuah  sistem  yang  lebih  kompleks.  Pada
Complete 2022, Vol. 3, No. 2, doi.org/10.52435/complete.v3i2.192
penelitian  ini  dilakukan hybrid pada  output  dari  kedua buck  boost  converter .  Dimana setpoint dari kedua buck boost converter akan di atur pada tegangan 14,4 V. Memanfaatkan prinsip Kirchoff Voltage Law dimana kedua sistem tersebut dapat dirangkai secara paralel dikarenakan level tegangan dari keduanya adalah sama. Sehingga output arus yang digunakan pada pengecasan baterai akan menjadi lebih besar, hal ini akan mempercepat proses pengisian baterai. Namun kekurangan pada penelitian ini  adalah  membutuhkan  dua  buah  sistem  baterai charge  controller yang  digunakan  untuk  meng- hybrid dua  buah  sumber  energi  listrik  dari  pemanfaatan  sumber  energi  terbarukan,  sehingga  hal tersebut tidak menghemat ruang pada box panel dan terkesan boros komponen dari pada mendesain sistem dengan satu buah sistem charge controller .
6. Referensi
1.   T. T. Gultam, "Pemenuhan Sumber Tenaga Listrik Di Indonesia," Jurnal Ilmiah Research Sains, Vols. 3, no. 1, pp. 130-138, Februari 2017.
2. A.  Sugiyono,  Outlook  Energi  Indonesia  2012:  Pengembangan  Energi  Masa  Depan  dalam  Mendukung Pertumbuhan Ekonomi dan Ketahanan Energi Nasional, Jakarta: BPPT Press, 2012.
3.   A.  Sugiyono,  "Outlook  Energi  Indonesia  2015-2035:  Prospek  Energi  Baru  Terbarukan," Jurnal  Energi  dan Lingkungan, Vols. 12, No. 2, pp. 87-96, 2016.
4. S,  Amanda  Ayudhia,  "Batubara  Sebagai  Sumber  Energi:  Asal,  Jenis,  dan  Kegunaannya,"  08  Mei  2020. [Online]. Available: https://ugrg.ft.ugm.ac.id/artikel/batubara-sebagai-sumber-energi-asal-jenis-dan- kegunaannya/. [Accessed 12 Juni 2022].
5. F. Tumiwa, "Sikap Politik Jokowi dan Tantangan Pengembangan Energi Terbarukan di 2020," 2020. [Online]. Available: https://iesr.or.id/jokowi-dan-tantangan-pengembangan-energi-terbarukan-di-2020. [Accessed 07 Januari 2022].
6. E.  P.  F.  D.  M.  Yeheskiel  Rante  Payung,  "Rancang  Bangun  Buck-Boost  Converter  Pada  Sistem  Charging Baterai  dengan  Sumber  Solar  CellMenggunakan  Kontrol  PI  pada  Uninterruptible  Power  Supply  (UPS) Offline untuk Aplikasi Beban Rumah Tangga," PoliGrid, vol. 1 No. 2, 2020.
7. M. F. Afif, "Rancang Bangun Kontrol Pid Berbasis Pso Pada Dc-Dc Buck Boost Converter Generator Turbin Angin", Surabaya: DEPARTEMEN TEKNIK FISIKA Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2018.
8. D. Priyambodo and A. T. Nugraha, "Design and Build A Photovoltaic and Vertical Savonious Turbine Power Plant  as  an  Alternative  Power  Supply  to  Help  Save  Energy  in  Skyscrapers," Journal  of  Electronics, Electromedical Engineering, and Medical Informatics 3.1 , pp. 57-63, 2021.
9. A. T. Nugraha, "Design of Charger Controller on Wind Energy Power Plant With Arduino Uno Based on Pi Controller," Indonesian Journal of Electronics, Electromedical Engineering, and Medical Informatics 3.4, 2021.
10.   M.  D.  h.  Putra  and  A.  T.  Nugraha,  "Rancang  Bangun  Battery  Charger  Dengan  Sistem  Constant  Voltage Berbasis Kontrol Pi," Seminar MASTER PPNS, vol. 6 No. 1, 2021.
11.   A. T. Nugraha and D. Priyambodo, "Prototype Hybrid Power Plant of Solar Panel and Vertical Wind Turbine as  a  Provider  of  Alternative  Electrical  Energy  at  Kenjeran  Beach  Surabaya.," Journal  of  Electronics, Electromedical Engineering, and Medical Informatics 2.3 , pp. 108-113, 2020.
12.   A.  T.  Nugraha,  "Rancang  Bangun  Charger  Controller  Pada  Pembangkit  Listrik  Energi  Angin  Berbasis Arduino Uno," Seminar MASTER PPNS, vol. 6 No. 1, 2021.
13.   R.  Hutahaean,  "Studi  Perencanaan  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya  Pada  Komplek  Perumahan  Royal Gardenia  Medan",  Medan:  DEPARTEMEN  TEKNIK  ELEKTRO  FAKULTAS  TEKNIK  UNIVERSITAS SUMATERA UTARA, 2018.
14.   M.  L.  Dewi,  "Analisis  Kinerja  Turbin  Angin  Poros  Vertikal  Dengan  Modifikasi  Rotorsavonius  L  Untuk Optimasi Kinerja Turbin", Surakarta: Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alamuniversitas Sebelas Maret Surakarta, 2010.
15.   S.  ANDIKA,  Makalah  Generator  DC  (Tugas  Akhir  Percobaan  Generator  DC),  Lampung:  Laboratorium Konversi Energi Elektrik Laboratorium Terpadu Teknik Elektro, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Lampung, 2013.
16.   B. S. Imam Setyawan, "Rancang Bangun Prototype Solar Cell Buck Boost Converter Menggunakan Kontrol Fuzzydi Implementasikan Pada Aerator Tambak Udang," Jurnal Teknik Elektro, Vols. 8, No. 3, pp. 627-635, 2019.
Complete 2022, Vol. 3, No. 2, doi.org/10.52435/complete.v3i2.192
17.   A.  K.  Dwi  Ranggah  Kurniawan,  "Penggunaan  Buck  Boost  Converter  Pada  Sistem  Battery  Charging Terkendali  Mikrokontroler  Bersumber  Solar  Cell",  Surabaya:  PROGRAM  STUDI  D3  TEKNIK  ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2016.
18.   Arduino.cc, "Arduino Uno Rev 3," 09 06 2022. [Online]. Available: https://store.arduino.cc/products/arduino- uno-rev3?queryID=undefined#. [Accessed 12 06 2022].
19.   S. Selviyani, rancang Bangun Sistem Monitoring Arus Dan Tegangan Dc Berbasis Mikrokontroler Atmega32 Pada  Turbin  Angin  Horizontal  Axis,  Surabaya:  Program  Studi  D3  Metrologi  Dan  Instrumentasi  Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2016.
© 2019 by the authors. Submitted for possible open access publication under the terms and  conditions  of  the  Creative  Commons  Attribution  (CC  BY)  license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
Complete 2022, Vol. 3, No. 2, doi.org/10.52435/complete.v3i2.192