Penerapan Teknik MPPT pada Modul Surya menggunakan Konverter DC-DC

## Topologi Synchronous Buck

## RATNA SUSANA, KEMAL ROSYIDI, DECY NATALIANA
Teknik Elektro Institut Teknologi Nasional Bandung Email: ratnassn@yahoo.com
Received 30 Mei 2018 | Revised 9 Juli 2018 | Accepted 29 September 2018

## ABSTRAK
Kondisi  sel  surya  sangat  dipengaruhi  oleh  suhu  dan  intensitas  matahari  yang berperilaku  dinamis,  sehingga  sel  surya  sulit  mencapai  titik  tegangan  dan  arus maksimumnya.  Berdasarkan  kurva  karakteristik  Daya-Tegangan  sel  surya, terdapat  satu  titik  daya  keluaran  maksimum  pada  saat  tertentu.  Titik  daya maksimum  tersebut  dapat  dilacak  menggunakan  teknik  Maximum  Power  Point Tracking  (MPPT).  Pada  penelitian  ini,  penerapan  teknik  MPPT  dilakukan menggunakan  konverter  DC-DC  topologi  synchronous  buck  dan  menerapkan metode  perturb  and  observe..  Pengaturan  duty  cycle  PWM  oleh  Arduino  Uno pada  konverter  DC-DC,  akan  menggeser  titik  daya  modul  surya  agar  selalu berada  pada  kondisi  maksimum.  Efisiensi  konverter  synchronous  buck  yang dihasilkan  paling  rendah  adalah  43,73%  pada  duty  cycle  10%  dan  tertinggi 95,6%  pada  duty  cycle  100%.  Hasil  pengujian  tanpa  MPPT  didapatkan  daya keluaran  modul  surya  tertinggi  sebesar  16.49  Watt,  dan  pada  saat  yang  sama ketika  pengujian  dilakukan  dengan  menerapkan  teknik  MPPT,  maka  daya keluaran modul surya yang terlacak adalah sebesar 23.60 Watt.
Kata kunci : modul surya, MPPT, synchronous buck, perturb and observe.

## ABSTRACT
The  condition  of  solar  cells  is  very  influenced  by  the  temperature  and  the  sun intensity which behaves dynamically, so that solar cells are difficult to reach the maximum  point  of    voltage  and  current.  Based  on  the  Power-Voltage characteristics  curve  of    solar  cells,  there  is  a  maximum  output  power  point  at any  given  moment.  The  maximum  power  point  can  be  tracked  using  MPPT technique.  MPPT  technique  application  is  implemented  using  DC-DC  converter synchronous buck topology and applying pertubr and observe method. PWM duty cycle  setting  by  Arduino  Uno  in  DC-DC  converter,  will  shift  the  solar  module power point  to always  be in  maximum condition. The  lowest  synchronous buck converter efficiency is 43.73% in the 10% duty cycle and the highest is 95.6% in the 100% duty cycle. The test results without  MPPT obtained the highest solar module  output  power  of  16.49  Watt,  at  the  same  time  by  applying  the  MPPT technique, the solar module output power is 23.60 Watt.
Keywords : solar module, MPPT, synchronous buck, perturb and observe.

## 1. PENDAHULUAN
Modul surya adalah teknologi yang bekerja berdasarkan semikonduktor, menggunkan prinsip P-N  Junction.  Alat  ini  termasuk  kategori  energi  terbarukan  yang  memanfaatkan  energi matahari dan mengubahnya menjadi energi listrik. Ketergantungan pemakaian tenaga listrik saat  ini  sangat  tinggi,  peningkatan  energi  listrik  tidak  seiring  dengan  peningkatan penyediaan  energi  listrik,  sehingga  dirasa  perlu  untuk  mengembangkan  energi  alternatif melalui  modul  surya.  Seperti  halnya  Sri  Utami  yang  melakukan  optimasi  sistem  energi terbarukan di daerah pariwisata Parangtritis, Bantul, menggunakan modul surya dan turbin angin. Hasil simulasi yang dilakukan memperlihatkan jumlah optimal energi terbarukan yang dicapai sebanyak 3 modul surya dan 36 turbin angin (Utami, 2016).
Modul  surya  memanfaatkan  energi  matahari  yang  diubah  menjadi  energi  listrik,  sehingga energi  ini  akan  tersedia  hanya  ketika  waktu  matahari  terbit  sampai  terbenam.  Di  wilayah Indonesia,  energi  matahari  tersedia  sekitar  12  jam,  belum  dipengaruhi  ketika  cuaca mendung atau hujan. Ketergantungannya pada kondisi cuaca mengakibatkan daya keluaran modul  surya  menjadi  tidak  konstan.  Sedangkan  berdasarkan  kurva  karakteristik  Arus- Tegangan  dan  kurva  karakteristik  Daya-Tegangan,  modul  surya  memiliki  titik  maksimum yang merupakan daya keluaran maksimum atau lebih dikenal dengan istilah Maximum Power Point (MPP). Gambar 1 menunjukkan kedua kurva karakteristik dari modul surya.
Gambar 1. Kurva Karakteristik Arus-Tegangan dan Daya-Tegangan (Sumber: Practical Handbook of Photovoltaics Fundamentals and Applications)
Nilai MPP tergantung pada kondisi lingkungan yaitu temperatur dan iradiasi. Nilai MPP akan berbeda  untuk  setiap  kondisi  temperatur  berbeda  dan  iradiasi  yang  berbeda  pula.  Karena nilai  MPP  yang  mengikuti  perubahan  lingkungan,  maka  modul  surya  sulit  untuk  selalu beroperasi  pada  nilai  MPP  secara  konstan  terus  menerus (Bingöl,  2017) .  Karena  itu diperlukan  suatu  cara  yang  diharapkan  dapat  melacak  titik  MPP  tersebut.  Salah  satu  cara yang dapat  diterapkan adalah  dengan teknik Maximum  Power Point  Tracking  (MPPT)  yang digunakan untuk melacak titik MPP modul surya ketika terjadi perubahan kondisi lingkungan.
Teknik  ini  digunakan  untuk  mencari  daya  keluaran  maksimum  dengan  cara  mencari  nilai maksimum  dari  tegangan  dan  arus  keluaran  sistem.  Teknik  MPPT  telah  diimplementasikan pula  pada  sistem  turbin  angin  menggunakan  metode modified  perturb  and  observe, penelitian  ini  menggunakan  rangkaian  konverter  DC-DC  topologi buck  untuk  mengatur besarnya nilai tegangan (Ernadi dkk, 2016) . Solar Charger Controller MPPT untuk charger handphone yang dibangun oleh Ihsan dkk, dapat menjaga agar pengisian dari modul surya ke baterai terus berlangsung meskipun cuaca mendung. Namun pada penelitian ini algoritma atau  metode  yang  dipakai  untuk  mencari  titik  daya  maksimumnya  dibuat  sendiri,  tidak berdasarkan algoritma atau metode yang ada. Program dibuat untuk selalu mencatat daya output  yang  dihasilkan  selama  6  detik  dan  mikrokontroler  akan  mengingat  daya  paling maksimum yang didapat selama rentang waktu tersebut kemudian mempertahannya (Ihsan dkk, 2015) , sehingga alur program dan prosesnya cukup panjang.
Ada sejumlah metode yang dapat digunakan pada teknik MPPT, seperti metode incremental conductance (Choudhary and Saxena, 2014) , sliding mode control (Faizal dan Setyaji, 2016) , perturb  and  observe (Hamid  dkk,  2016) , hill  climbing (Setiawan  dkk,  2016) , fuzzy  logic (Balasubramanian  dan  Singaravelu,  2012) .  Metode perturb  and  observe merupakan  metode  yang  paling  umum  digunakan  pada  teknik  MPPT,  karena  strukturnya sederhana dan mudah diimplementasikan (Hiwale dkk, 2014) .
Berdasarkan  permasalahan  bagaimana  menjaga  daya  keluaran  modul  surya  agar  selalu berada  di  titik  maksimum  serta  mengingat  titik  daya  maksimum  tidak  ada  pada spesifikasi modul surya, maka penelitian yang penulis lakukan ini bertujuan untuk menguji penerapan teknik MPPT pada modul surya dengan konverter DC-DC untuk topologi synchronous buck. Konverter  DC-DC  memegang  peranan  penting  pada  aplikasi  sistem  modul  surya.  Topologi konverter DC-DC ada 3  yaitu topologi buck, boost dan buck-boost, masing-masing mampu menyuplai tegangan DC yang sesuai dengan kebutuhan beban yang terpasang (Baharudin dkk,  2017) .  Ada  perbedaan  rangkaian  antara  konverter  DC-DC  topologi buck  dengan synchronous  buck,  konverter  DC-DC  topologi  synchronous  buck  merupakan  bentuk modifikasi  dari  konverter  DC-DC  topologi buck.  Konverter  buck  yang  dirancang  oleh  C-C Wang dan timnya memperlihatkan bahwa rata-rata efisiensi yang dihasilkan adalah 90% (C- C  Wang,  2011) .  Berdasarkan  penelitian  lain,  didapat  bahwa  konverter synchronous  buck menghasilkan  efisiensi  paling  rendah  di  bawah  10%  dan  paling  tinggi  antara  85%  -  90%, sedangkan  konverter buck  menghasilkan  efisiensi  paling  rendah  di  atas  35%  dan  paling tinggi 85% (Nowakowski, 2009) . Sedangkan berdasarkan penelitian Sri Utami didapatkan efisiensi DC-DC buck converter terendah sebesar 11,03% dan efisiensi tertingginya sebesar 87,37% (Utami dkk, 2018) . Berdasarkan penelitian tersebut dapat dilihat bahwa konverter DC-DC dengan topologi synchronous buck memiliki efisiensi lebih tinggi dari topologi buck.
Untuk  menguji  penerapan  teknik  MPPT  pada  modul  surya,  maka  dibuat  suatu  sistem pengujian  yang  terdiri  dari  modul  surya,  rangkaian  pembaca  tegangan  dan  arus  keluaran modul surya, mikrokontroler, konverter DC-DC synchronous buck serta beban lampu H4 (12 V, 55 W). Metode yang digunakan untuk penerapan teknik MPPT ini adalah metode perturb and  observe.  Dari  sini  akan  dilihat  hasil  pengujian  tanpa  MPPT  dan  dengan  MPPT  pada modul surya yang mengggunakan konverter DC-DC topologi synchronous buck. Perangkat ini dapat diaplikasikan untuk pengisisan baterai yang selanjutnya dapat digunakan sebagai catu daya pada sistem penerangan.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN

## 2.1. Penjelasan Umum Sistem
Pada  dasarnya  konverter  DC-DC  dengan  topologi synchronous  buck  merupakan  rangkaian penurun  tegangan,  dalam  hal  ini  untuk  menurunkan  tegangan  modul  surya  agar  sesuai dengan tegangan beban. Modul surya sebagai input sistem mempunyai tegangan maksimum 17.4V, sedangkan beban yang digunakan adalah lampu LED dengan tegangan nominal 12V. Fungsi  tambahan  dari  konverter synchronous  buck  yaitu  untuk  menjalankan  teknik  MPPT. MPPT  merupakan  suatu  teknik  berupa  algoritma  untuk  mencari  titik  daya  maksimum  dari modul  surya.  Untuk  mencari  nilai  daya  maksimum  keluaran  modul  surya  diperlukan pembacaan  terhadap  tegangan  dan  arus  keluaran  modul  surya  yang  dilakukan  oleh rangkaian  pembagi  tegangan  dan  sensor  arus  ACS712-05B.  Kemudian  rangkaian  pembagi tegangan dan sensor arus ACS712-05B mengirimkan data nilai tegangan dan arus keluaran modul  surya  ke  Arduino  Nano  untuk  diolah,  sehingga  mendapatkan  nilai  daya  terukur. Selanjutnya  nilai  daya  terukur  dibandingkan  dengan  nilai  daya  terukur  sebelumnya  untuk menentukan  pengaturan  PWM  pada  konverter synchronous  buck.  Pengaturan  PWM  inilah yang akan menggeser titik daya modul surya untuk berada pada kondisi maksimumnya. Nilai tegangan, arus, dan daya pada keluaran modul surya serta keluaran konverter synchronous buck ditampilkan pada LCD Nokia 5110.
Gambar 2 merupakan blok diagram sistem secara keseluruhan.

## Gambar 2. Blok Diagram Sistem
Secara  keseluruhan,  perangkat  keras  yang  diperlukan  untuk  sistem  yang  akan  dibangun terdiri dari :
1. Bagian Input berupa modul surya.
2. Bagian proses, terdiri dari rangkaian pembagi tegangan, sensor arus, mikrokontroler dan konverter synchronous buck.
3. Bagian output, terdiri dari display dan beban.

## 2.2.  Deskripsi Kerja Sistem
Berdasarkan  Gambar  1  blok  diagram  perangkat  keras  sistem,  maka  spesifikasi  perangkat keras  yang  digunakan  untuk  menerapkan  teknik  MPPT  pada  modul  surya  diuraikan  pada Tabel 1.
Tabel 1. Spesifikasi Perangkat Keras No Komponen Jenis / Tipe Fungsi Spesifikasi
1 Modul Surya Monocrystalline Input Sistem Pm = 50 Wp Voc = 22.6 Volt Isc = 3.08 Ampere Vmp = 17.4 Volt
Imp = 2.87 Ampere 36 Sel
Toleransi Daya 0/+3% 2 Modul Sensor Arus ACS712-05B Mendeteksi nilai arus keluaran modul surya dan keluaran konverter I maks = ± 5 Ampere Sensitivitas 185 mV/A Catu Daya = 5 Volt Toleransi 1.5% 3 Rangkaian Pembagi Tegangan Resistor 1/4 Watt Mendeteksi nilai tegangan keluaran modul surya dan keluaran konverter
Maksimum pembacaan 30
Volt
4 Konverter DC- DC Synchronous Buck
Mengonversi tegangan input ke tegangan yang lebih rendah Vin = 17.4 Volt Vout = 12 Volt fsw = 20 kHz LIR = 30%
CVR = 5%
5 Arduino
Nano
Pengolah data sensor dan pengatur PWM pada konverter
Pin Digital = 14 pin Pin Analog = 8 pin Catu Daya = 6/20 Volt Resolusi = 10 bit 6 LCD Nokia 5110 Menampilkan tegangan, arus, dan daya keluaran modul surya juga keluaran konverter Catu Daya 2.7/5 Volt T = -25˚/+70˚C Pixel 84 x 48 7 Lampu Bilux H4 Beban 12 Volt; 55/60 W

## 2.2.1. Modul Surya
Modul surya merupakan input sistem. Modul surya yang digunakan adalah modul surya tipe 050/12 dengan jenis monocrystalline. Bentuk fisik modul surya yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3 beserta blok input dan outputnya.

## Gambar 3. Blok Input dan Output Modul Surya
Sel  surya  merupakan  divais  semikonduktor  yang  didesain  untuk  menghasilkan  arus  listrik ketika  terkena  cahaya  matahari.  Umumnya  sel  surya  yang  digunakan  adalah  sel  surya dengan  material  silikon,  yang  bekerja  berdasarkan  prinsip p-n  junction.  Foton  dari  sinar matahari  yang  mengenai  sel-sel  fotovoltaik  pada  panel  surya  akan  diserap  oleh semikonduktor  dan  menyebabkan  elektron-elektron  berpindah  dari  pita  valensi  ke  pita konduksi.  Jika  energi  foton  lebih  besar  atau  sama  dengan  energi  celah  antara  pita valensi dan  konduksi,  maka  akan  terbentuk electron-hole.  Reaksi  ini  akan  menghasilkan  medan
listrik pada p-n  junction, dan  hasil  perpindahan  elektron  dan  hole  akan  menghasilkan arus listrik.

## 2.2.2. Rangkaian Pembagi Tegangan
Rangkaian pembagi tegangan berfungsi untuk mendeteksi tegangan keluaran modul surya. Karena  tegangan  keluaran  maksimum  modul  surya  mencapai  17.4  Volt  dan  Voc  mencapai 22.6  Volt,  maka  dirancang  rangkaian  pembagi  tegangan  yang  mampu  membaca  tegangan 30 Volt.

## Gambar 4. Rangkaian Pembagi Tegangan
Pada Gambar 4, V 1 merupakan tegangan yang dibaca, dalam hal ini tegangan yang dibaca adalah  tegangan  keluaran  modul  surya.  Sedangkan  V 2 merupakan  tegangan  keluaran rangkaian  pembagi  tegangan.  Tegangan  V 2 ini  yang  akan  dihubungkan  dengan  pin  ADC mikrokontroler. Perhitungan rangkaian pembagi tegangan menggunakan Persamaan (1) :
𝑉 = 𝑉
(1)
Dengan  mengambil  nilai  R 2 =  20  kΩ,  maka  dengan  menggunakan  Persamaan  (1)  didapat nilai R 1 = 100kΩ.

## 2.2.3. Modul Sensor Arus ACS712-05B
Modul  sensor  arus  yang  digunakan  adalah  ACS712-05B  yang  mempunyai  batasan pembacaan  arus  maksimum  5A  serta  mempunyai  sensitivitas  185mV/A.  Digunakan  jenis tersebut karena nilai arus maksimum keluaran modul surya tipe 050/12 tidak lebih dari 5A, yaitu 2.87A dan arus Isc 3.08A. Modul sensor arus ACS712-05B digunakan untuk mengukur arus keluaran modul surya.
Gambar 5. Blok Kerja Modul Sensor Arus ACS712-05B pada Input Sistem
Gambar 6 merupakan rangkaian pengukuran tegangan dan arus keluaran modul surya.

## Susana, dkk.

## Gambar 6. Pengukuran Tegangan dan Arus Modul Surya

## 2.2.4. Arduino Nano
Arduino  Nano  digunakan  untuk  mengolah  data  tegangan  dan  arus  pada  masukan  dan keluaran.  Selain  itu  Arduino  Nano  juga  mengontrol  PWM  dan  mengirim  data  untuk ditampilkan  pada  LCD.  Gambar  7  merupakan  hubungan  Arduino  Uno  dengan  perangkat divais lainnya.
Gambar 7. Rangkaian Input dan Output Arduino Nano
2.2.5. Perancangan Konverter DC-DC Synchronous Buck Konverter  merupakan  komponen  catu  daya  dengan  mode  pensaklaran  ( switching)  yang berfungsi untuk mengonversikan daya listrik searah (DC) ke bentuk daya listrik DC lainnya. Untuk menggambarkan kerja sistem dari konverter dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Blok Input dan Output Konverter Synchronous Buck
Konverter  yang  digunakan  adalah  konverter  DC-DC synchronous  buck,  perbedaannya dengan  topologi buck  adalah  dioda  pada  konverter  buck  diganti  dengan  mosfet  pada konverter synchronous buck. Hal pertama dalam merancang konverter adalah menentukan spesifikasinya, pada penelitian ini dirancang konverter untuk modul surya 50 Wp dan beban 12 Volt. Tabel 2 merupakan spesifikasi dari konverter DC-DC topologi synchronous buck.
Tabel 2. Spesifikasi Konverter Synchronous Buck
Parameter Simbol Nilai yang ditentukan Tegangan Input Vin 17.4 V Tegangan Output Vout 12 V Frekuensi Switching fsw 20 kHz Inductor Current Ripple Ratio LIR 30% Capacitor Voltage Ripple Ratio CVR 5% Berdasarkan spesifikasi konverter synchronous buck pada Tabel 2, maka dapat dihitung nilai arus keluaran (Iout) dan duty cycle-nya (D).
A. Menghitung nilai arus keluaran (Iout).
𝐼𝑜𝑢𝑡 =
(2)
Sehingga didapat nilai :
𝐼𝑜𝑢𝑡 = 50 𝑊𝑎𝑡𝑡𝑝𝑒𝑎𝑘 12 𝑉𝑜𝑙𝑡 =  4.16 𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒 B. Menghitung duty cycle (D) 𝐷𝑢𝑡𝑦 𝐶𝑦𝑐𝑙𝑒 = (3) Sehingga didapat nilai :
𝐷𝑢𝑡𝑦 𝐶𝑦𝑐𝑙𝑒 = 12 𝑉𝑜𝑙𝑡
17.4 𝑉𝑜𝑙𝑡 = 0.689 = 70 %
Nilai arus keluaran dan duty cycle digunakan untuk menghitung induktor (L) dan kapasitor (C) yang akan digunakan.
A. Menentukan nilai induktor (L).
L   = (Vin - Vout) . D LIR . Iout . fsw (4)
Dari Persamaan (4) dan nilai spesifikasi pada Tabel 3, maka didapat nilai L sebagai berikut :
L   = (17 .4 Volt - 12 Volt ) x 12 𝑉𝑜𝑙𝑡 17.4 𝑉𝑜𝑙𝑡
0.3 x 5 A mpere x 20000 Hz = 124.13 x 10  𝐻 =  124 μH

## B. Menentukan nilai kapasitor (C).
𝐶 = . . . .
(5)
Dari Persamaan (5) dan nilai spesifikasi pada Tabel 3, maka didapat nilai C sebagai berikut :
𝐶 = 0.3 𝑥 5 𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒
8 𝑥 20000 𝐻𝑧 𝑥 0.05 𝑥 12 𝑉𝑜𝑙𝑡 =  15.62 𝑥 10  𝐹 =  15 𝜇𝐹
Gate driver mempunyai peranan sangat penting dalam memberikan kualitas kerja konverter. Pada perancangan ini digunakan IC IR2104 Half-Bridge Driver sebagai mosfet gate driver. IC ini  mampu  bekerja  pada  tegangan  antara  10  Volt  sampai  dengan  20  Volt  dan  menerima sinyal PWM dari mikrokontroler, kemudian menggerakan dua mosfet untuk kondisi high dan low seperti Gambar 9.

## Gambar 9. Hubungan IC Gate Driver terhadap Mosfet

## 2.3. Algoritma MPPT
MPPT bekerja setiap terjadi perubahan daya terhadap waktu berdasarkan kurva karakteristik Daya-Tegangan  modul  surya  seperti  pada  Gambar  1  kurva  karakteristik  daya-tegangan modul surya. Saat daya terukur lebih dari daya sebelumnya maka kondisi berada pada sisi sebelah  kiri  MPP  atau  saat  menanjak.  Maka  pada  kondisi  tersebut  PWM  akan  meningkat sampai mencapai MPP. Saat daya terukur kurang dari daya sebelumnya maka kondisi berada pada sisi sebelah kanan MPP atau saat menurun. Maka pada kondisi tersebut PWM menurun sampai  mencapai  MPP. Gambar  10  merupakan flowchart  teknik  MPPT  dengan  metode perturb & observe.

## Penerapan Teknik MPPT pada Modul Surya menggunakan Konverter DC-DC Topologi
Gambar 10. Flowchart Metode Perturb & Observe

## 3. PENGUJIAN DAN ANALISIS

## 3.1.  Pengujian Rangkaian Pembagi Tegangan
Pengujian  rangkaian  pembagi  tegangan  bertujuan  untuk  mengetahui  kemampuan pembacaan  tegangan.  Tegangan  yang  dibaca  merupakan  tegangan  keluaran  modul  surya tanpa beban. Nilai pembacaan tegangan oleh rangkaian pembagi tegangan ditampilkan pada LCD Nokia 5110. Gambar 11 merupakan skema pengujian rangkaian pembagi tegangan.

## Gambar 11. Skema Pengujian Rangkaian Pembagi Tegangan
Dari  hasil  pengujian  rangkaian  pembagi  tegangan  didapatkan  besar  kesalahan  relatif tegangan yang terukur adalah 0,97%.

## 3.2.  Pengujian Modul Sensor Arus ACS712-05B
Pengujian  modul  sensor  arus  ACS712-05B  bertujuan  untuk  mengetahui  kemampuan pembacaan arus. Arus yang dibaca merupakan arus keluaran modul surya tanpa beban.

## Susana, dkk.
Gambar 12 merupakan skema pengujian modul sensor arus ACS712-05B.

## Gambar 12. Skema Pengujian Modul Sensor Arus ACS712-05B
Dari hasil pengujian modul sensor arus didapatkan besar kesalahan relatif arus yang terukur adalah 6,57%.

## 3.3.  Pengujian Konverter Synchronous Buck
Konverter synchronous  buck merupakan bagian sistem paling penting, karena teknik MPPT akan  lebih  baik  apabila  kemampuan  konverternya  juga  baik.  Tujuan  pengujian  konverter synchronous buck adalah untuk mengetahui efisiensi daya dari konverter synchronous buck. Pada pengujian konverter, input yang digunakan adalah baterai  GS GT6A 12Volt 5Ah, dan beban yang digunakan adalah lampu H4 12Volt 55Watt. Pengujian ditentukan berdasarkan pengaturan  nilai duty  cycle  yang  diolah  oleh  mikrokonroler.  Gambar  13  merupakan  skema pengujian konverter yang telah dirancang.

## Gambar 13. Skema Pengujian Konverter Syncronous Buck
Tabel  3  merupakan  hasil  pengujian  konverter synchronous  buck  dengan  membandingkan besaran-besaran  di  bagian  output  terhadap  besaran-besaran  di  bagian  input,  sehingga didapatkan nilai efisiensi konverter synchronous buck yang telah dirancang.
Tabel 3. Hasil Pengujian Konverter Synchronous Buck Duty Cycle Input
Output
Efisiensi Kondisi Lampu Tegangan (Volt) Arus (Ampere) Daya (Watt) Tegangan (Volt) Arus (Ampere) Daya (Watt) 10% 12.45 0.16 1.99 0.88 0.99 0.87 43.73% Padam 20% 12.31 0.40 4.92 1.91 1.36 2.60 52.75% Nyala 30% 12.24 0.69 8.45 2.97 1.61 4.78 56.62% Nyala 40% 12.15 1.00 12.15 4.06 1.79 7.27 59.81% Nyala 50% 12.09 1.30 15.72 5.13 2.06 10.57 67.24% Nyala 60% 12.05 1.62 19.52 6.22 2.26 14.06 72.01% Nyala 70% 11.98 1.98 23.72 7.53 2.50 18.83 79.36% Nyala 80% 11.83 2.31 27.33 8.80 2.79 24.55 89.84% Nyala 90% 11.74 2.65 31.11 9.87 2.88 28.43 91.37% Nyala 100% 11.65 3.02 35.18 11.00 3.06 33.66 95.67% Nyala
Berdasarkan  Tabel  3 ,  efisiensi  paling  rendah  43.73%  pada  saat  duty  cycle  10%  dan  terus meningkat  mencapai  95.67%  saat duty  cycle  100%.  Jika  dibandingkan  dengan  penelitian sebelumnya (C-C  Wang,  2011),  (Nowakowski,  2009),  (Utami  dkk,  2018) dapat disimpulkan  bahwa  konverter synchronous  buck  menghasilkan  efisiensi  lebih  tinggi  dari konverter buck.

## Penerapan Teknik MPPT pada Modul Surya menggunakan Konverter DC-DC Topologi
Perbandingan daya input dan daya output berdasarkan duty cycle dapat dilihat pada Gambar 14.

## Gambar 14. Kurva Perbandingan Daya terhadap Duty Cycle
Berdasarkan  Gambar  14,  maka  konverter synchronous  buck  yang  telah  dirancang  memiliki efisiensi yang lebih baik saat duty cycle mencapai maksimum.

## 3.4.  Pengujian Teknik MPPT
Pengujian  sistem  dengan  teknik  MPPT  merupakan  pengujian  terintegrasi  dengan  algoritma perturb  and  observe.  Tujuan  pengujian  dengan  teknik  MPPT  adalah  mencari  titik  daya maksimum pada modul surya. Pengujian dilakukan secara real time, maka duty cycle akan bertambah  ataupun  berkurang  tergantung  kondisi  penyinaran  matahari.  Perubahan duty cycle bertambah atau berkurang diatur berdasarkan Gambar 10. Maka titik daya maksimum tercapai ketika duty cycle berubah-ubah pada dua nilai yang sama. Tabel 4 merupakan hasil pengujian MPPT yang diambil tiap 30 menit, pada waktu yang bersamaan diambil pula data dengan pengujian tanpa MPPT.
Tabel 4 memperlihatkan bahwa pada pukul 09:00 WIB, duty cycle bertambah dari 62% ke 63%,  sesuai  dengan  kondisi  ketika  daya  terukur  lebih  besar  (25.92  Watt)  dari  daya sebelumnya  (23.76  Watt)  dan  tegangan  lebih besar  (14.4  Volt)  dari  tegangan  sebelumnya (13.2 Volt). Pada pukul 07:30 WIB, duty cycle bertambah dari 61% ke 65% secara bertahap, sesuai dengan kondisi ketika daya terukur lebih kecil (8.97 Watt) dari daya sebelumnya (9.10 Watt) dan tegangan lebih kecil (6.90 Volt) dari tegangan sebelumnya (7.00 Volt). Pada pukul 08:00  WIB, duty  cycle  berkurang  dari  74%  ke  73%,  sesuai  dengan  kondisi  ketika  daya terukur  lebih  besar  (17.28  Watt)  dari  daya  sebelumnya  (16.66  Watt)  dan  tegangan  lebih kecil (9.60 Volt) dari tegangan sebelumnya (9.80 Volt). Hal tersebut memperlihatkan bahwa perubahan duty cycle sesuai dengan algoritma perturb and observe.

## Tabel 4. Hasil Pengujian MPPT
Jam (WIB) Duty Cycle (%) Input
Output Tegangan (Volt) Arus (Ampere) Daya (Watt) Tegangan (Volt) Arus (Ampere) Daya (Watt)
7:30
61 7.40 1.30
9.62 2.38 1.66 3.95 62 7.10 1.30 9.23 2.47 1.65 4.08 63 7.00 1.30 9.10 2.50 1.59 3.98 64 6.90 1.30 8.97 2.51 1.59 3.99 65 6.60 1.30 8.58
2.47
1.54 3.80
10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100 % Pin 1.99 4.92 8.45 12.15 15.72 19.52 23.72 27.33 31.11 35.18 Pout 0.87 2.60 4.78 7.27 10.57 14.06 18.83 24.55 28.43 33.66
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 D ay a (W at t) Duty Cycle
Jam (WIB) Duty Cycle (%)
Input Output Tegangan (Volt) Arus (Ampere) Daya (Watt) Tegangan (Volt) Arus (Ampere) Daya (Watt) 8:00 71 10.50 1.80 18.90 4.51 2.07 9.34 72 10.20 1.80 18.36 4.90 2.04 10.00 73 10.00 1.80 18.00 4.85 2.03 9.85 74 9.80 1.70 16.66 4.81 2.02 9.72 73 9.60 1.80 17.28 4.79 2.02 9.68 8:30 69 11.30 1.80 20.34 5.41 2.12 11.47 70 11.10 1.80 19.98 5.26 2.08 10.94 71 10.50 1.80 18.90 5.18 2.07 10.72 72 10.20 1.70 17.34 5.11 2.09 10.68 71 9.90 1.80 17.82 5.02 2.03 10.19 9:00 62 13.20 1.80 23.76 5.83 2.22 12.94 63 14.40 1.80 25.92 5.86 2.22 13.01 64 12.90 1.80 23.22 5.92 2.23 13.20 65 12.90 1.80 23.22 5.93 2.23 13.22 64 12.70 1.90 24.13 5.95 2.23 13.27 9:30 76 12.10 2.10 25.41 6.77 2.35 15.91 77 11.90 2.10 24.99 6.77 2.36 15.98 78 11.80 2.10 24.78 6.80 2.36 16.05 77 11.70 2.20 25.74 6.83 2.36 16.12 78 11.80 2.20 25.96 6.88 2.36 16.24 10:00 70 11.90 2.00 23.80 6.12 2.26 13.83 71 12.00 2.00 24.00 6.12 2.25 13.77 72 11.90 1.98 23.56 6.14 2.26 13.88 73 11.80 1.97 23.25 6.16 2.27 13.98 72 11.70 2.00 23.40 6.18 2.27 14.03 10:30 65 12.40 1.77 21.90 5.66 2.20 12.45 64 12.30 1.85 22.69 5.68 2.20 12.50 65 12.40 1.80 22.30 5.66 2.19 12.40 66 12.30 1.80 22.09 5.72 2.19 12.53 65 12.10 1.85 22.39 5.73 2.19 12.55 11:00 74 11.30 2.02 22.83 5.98 2.22 13.28 75 11.10 2.02 22.42 5.99 2.23 13.36 76 11.00 2.03 22.33 6.01 2.23 13.40 77 10.90 2.04 22.24 6.04 2.24 13.53 76 10.80 2.07 22.30 6.04 2.23 13.47 11:30 73 12.00 2.12 25.44 6.56 2.34 15.35 74 12.20 2.08 25.38 6.54 2.33 15.24 75 12.10 2.08 25.17 6.56 2.35 15.42 74 11.90 2.12 25.23 6.59 2.34 15.42 75 12.00 2.12 25.44 6.58 2.35 15.46 12:30 68 13.00 1.98 25.74 6.21 2.25 13.97 69 13.10 1.98 25.94 6.20 2.25 13.95 70 12.90 1.96 25.28 6.22 2.25 14.00 69 12.80 1.98 25.34 6.22 2.25 14.00 70 12.90 1.98 25.54 6.20 2.25 13.95
Kemampuan konverter yang dirancang memiliki peranan sangat penting dalam menerapkan teknik MPPT. Walaupun teknik MPPT sesuai dengan algoritma perturb and observe, namun apabila kemampuan konverter kurang baik maka hasilnya tidak terlalu berbeda dengan hasil tanpa  MPPT.  Tabel  5  memperlihatkan  hasil  perbandingan  penerapan  teknik  MPPT  dengan tanpa MPPT.

## Tabel 5. Hasil Perbedaan Teknik MPPT dengan tanpa MPPT
Jam (WIB) Tanpa MPPT MPPT V (Volt)  I (Ampere)  P (Watt) Vin (Volt) Iin (Ampere) Pin (Watt) Vout (Volt) Iout (Ampere) Pout (Watt) 7:30 0.64 1.06 0.68 7.00 1.30 9.10 2.47 1.61 3.96 8:00 2.84 1.58 4.49 10.02 1.78 17.84 4.77 2.04 9.71 8:30 5.08 2.05 10.41 10.60 1.78 18.88 5.20 2.08 10.80 9:00 5.70 2.26 12.88
13.22
1.82 24.05 5.90 2.23 13.13 9:30 6.63 2.36 15.65
11.86 2.14
25.38 6.81 2.36 16.06 10:00 6.90 2.39 16.49
11.86 1.99
23.60 6.14 2.26 13.90 10:30 6.37 2.33 14.84
12.30 1.81
22.27 5.69 2.19 12.48 11:00 6.50 2.32 15.08
11.02 2.04
22.42 6.01 2.23 13.41 11:30 5.75 2.15 12.36
12.04 2.10
25.33 6.57 2.34 15.38 12:30 6.83 2.36 16.12
12.94 1.98
25.57 6.21 2.25 13.97
Tabel  5  menunjukkan  daya  tertinggi  yang  dihasilkan  modul  surya  melalui  pengujian  tanpa MPPT  adalah  16.49  Watt  pada  jam  10:00  WIB.  Pada  saat  yang  sama  dari  hasil  pengujian MPPT  dihasilkan  daya  modul  surya  23.60  Watt,  sedangkan  daya  output  mencapai  13.90 Watt. Perbandingan lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 15.

## Gambar 15. Grafik Perbandingan MPPT dengan tanpa MPPT
Gambar 15 memperlihatkan bahwa daya input yang dihasilkan pada pengujian MPPT selalu lebih besar dari daya yang dihasilkan tanpa MPPT. Daya output yang dihasilkan pada waktu tertentu mencapai daya yang lebih baik dari daya tanpa MPPT, namun pada waktu lainnya menjadi lebih rendah dari daya tanpa MPPT. Hal tersebut karena pengujian dilakukan secara bergantian,  artinya  ada  perbedaan  beberapa  menit  dalam  pengujian.  Perbedaan  beberapa menit  tidak  akan  terlalu  berpengaruh  apabila  cuaca  cerah  tanpa  berawan.  Namun  pada pengujian ini dilakukan pada  saat cuaca cerah berawan, sehingga perbedaan menit sedikit pun  akan  berpengaruh  pada  hasil.  Pada  pukul  8:30  WIB  sampai  dengan  9:30  WIB  cuaca cerah  tanpa  terhalang  awan,  sehingga  terlihat  bahwa  daya  output  yang  dihasilkan  hampir sama  dengan  daya  tanpa  MPPT.  Oleh  karena  itu,  daya  input  pada  pengujian  MPPT  yang selalu lebih besar dari daya tanpa MPPT berarti dengan menerapkan teknik MPPT berpotensi memiliki daya yang lebih baik apabila konverter yang dirancang memiliki efisiensi yang lebih baik.
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 7:30 8:00 8:30 9:00 9:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:30 D ay a (W at t) Jam P non-MPPT Pin MPPT Pout MPPT

## 4. KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan hasil pengujian dan evaluasi data, maka dapat diambil kesimpula berikut :
1. Data  persentase  kesalahan  relatif  rangkaian  pembagi  tegangan  sebagai  pendeteksi tegangan  modul  surya  mencapai  0.97%  dengan  selisih  tertinggi  sebesar  0.25  Volt. Persentase kesalahan relatif sensor arus ACS712-05B sebagai pendeteksi arus modul surya  mencapai  6.57%  dengan  selisih  tertinggi  sebesar  0.2  Ampere.  Untuk mendeteksi  daya  modul  surya  dilakukan  dengan  cara  perhitungan  perkalian  antara nilai tegangan dengan nilai arus yang terbaca.
2. Konverter synchronous  buck  yang  telah  dirancang  menghasilkan  efisiensi  paling rendah  43.73%  dan  paling  tinggi  95.67%.  Nilai  efisiensi  berubah  secara  linier berdasarkan  nilai duty  cycle.  Semakin  besar  nilai  duty  cycle  maka  semakin  besar efisiensinya.
3. Perubahan duty  cycle  bertambah  dan  atau  berkurang  berdasarkan  nilai  daya  dan tegangan modul surya yang terbaca, sehingga pencarian titik daya maksimum sudah sesuai  dengan  algoritma perturb  and  observe.  Titik  maksimum  dapat  dikatakan tercapai saat duty cycle berubah pada dua lebar pulsa yang sama.
4. Teknik MPPT memperlihatkan bahwa daya keluaran modul surya menghasilkan daya yang  lebih  besar  dibandingkan  dengan  hasil  pengujian  langsung  pada  beban.  Daya tertinggi  yang  dihasilkan  pengujian  langsung  pada  beban  sebesar  16.49  Watt,  dan pada  waktu  yang  sama  daya  keluaran  modul  surya  pada  pengujian  MPPT menghasilkan 23.60 Watt.

## DAFTAR RUJUKAN
Utami, S. (2016). Optimal Design of Renewable Energy System using Genetic Algorithm Case Study  in Parangtritis. Elkomika, 4(2), 148 – 159.
Markvart,  Tom.  Castaner,  Luis.  (2003).  Practical  Handbook  of  Photovoltaics  Fundamentals and Applications. Elsevier.
Bingöl,  O.,  Özkaya,  B.,  Paçacı,  S.  (2017).  Comparison  of  Fuzzy  Logic  and  Perturb  and
Observe  Control  in  Maximum  Power  Point  Tracking  for  Photovoltaic  System  using
Buck Converter. Mugla Jurnal of Science and Technology, 3(1), 51 – 57
Ernadi,  D.A.,  Pujiantara,  M.,  Purnomo,  M.H.  (2016).  Desain  MPPT  untuk  Turbin  Angin menggunakan Modified Perturb and Observe (P&O) berdasarkan Prediksi Kecepatan
Angin. Jurnal Teknik ITS, 5(2), B265 – B271.
Ihsan, A.A., Waluyo, Saodah, S. (2015). Perancangan dan Realisasi Solar Charge Controller Maximum  Power  Point  Tracker  dengan  Topologi  Buck  Converter  untuk  Charger Handphone. Reka Elkomika, 3(2), 123 – 135
Choudhary,  D.,  Saxena,  A.R.  (2014).  DC-DC  Buck  Converter  for  MPPT  of  PV  System.
International Journal of Emerging Technology and Advance Engineering, 4(7), 813 –
821
Faisal,  A.,  Setyaji,  B.  (2016).  Desain Maximum  Power  Point  Tracking  (MPPT)  pada  Panel Surya  menggunakan  Metode Sliding  Mode  Control.  Journal  Sains,  Teknologi  dan
Industri, 14(1), 22 – 31
Hamid,  M.R.  et  al.  (2016).  Design  and  Development  of  a  Maximum  Power  Point  Tracking (MPPT)  Charge  Controller  for  Photo-Voltaic  (PV)  Power  Generation  System. AJER, 5(5), 15 – 22
Setiawan,  F.  dkk.  (2016).  Rancang  Bangun  Maximum  Power  Point  Tracking  menggunakan Buck Converter dengan metoda Hill Climbing. e-Proceeding of Engineering Vol. 3, No.
2, (pp. 2019 – 2023)
Balasubramanian, G., Singaravelu, S. (2012). Fuzzy Logic Controller for The Maximum Power Point Tracking in Photovoltaic System. International Journal of Computer Application,
41(12), 22 – 28
Hiwale,  A.s.,  Patil,  M.V.,  Vinchurkar,  H.  (2014).  An  Efiicient  MPPT  Solar  Charge  Controller.
International  Journal  of  Advanced  Research  in  Electrical  Electronics  and Instrumentation Engineering (IJAREEIE) , 3(7), 10505 – 10511
Baharudin,  N.H.  et  al.  (2017).  Topologies  of  DC-DC  Converter  in  Solar  PV  Applications.
Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science, 8(2), 368 – 374
C-C Wang et al. (2011). A high-efficiency DC – DC Buck Converter for sub-2 x VDD Power
Supply. Microelectronics Journal 42, 709 – 717
Nowakowski,  R.,  Tang,  N.  (2009).  Efficiency  of  Synchronous  Versus  Nonsynchronous  Buck
Converters. Texas Instruments Incorporated
Utami,  S.,  Saodah,  S.,  Pudin,  A.  (2018).  Penggunaan  Algoritma Incremental  Conductance pada MPPT dengan Buck Converter untuk Pengujian Indoor dan Outdoor. Elkomika,
6(1), 97 – 109