## PEMODELAN DAN SIMULASI MAXIMUM POWER POINT TRACKING

## MENGGUNAKAN ADAPTIVE NEURO FUZZY INFERENCE SYSTEM PADA APLIKASI FOTOVOLTAIK DENGAN KONVERTER CUK

## Abil Huda
Program Studi Teknik Elektro, Universitas Borneo Tarakan, Kaltara, Indonesia
e-mail: abil@engineer.com
Abstract — Fossil  fuels  have  a  finite  number  such  as  coal and  petroleum.  It  encourages  the  development  of  renewable energy  as  an  alternative  energy  source  powerhouse.  PV maximum  power  is  controlled  using  MPPT  method  for improving the performance of PV. Research conducted on the application  method  MPPT  PV  system  using  Cuk  converter. This  was  done  by  various  methods  MPPT.  This  study  uses Adaptive Neuro Fuzzy Inference System (ANFIS) as MPPT to track  the  maximum  power  point.  Analysis  and  simulation  of the  proposed  system  has  been  carried  out.  PV  can  generate maximum  power  with  irradiation  and  temperature  variations both  in  static  conditions.  ANFIS  can  work  well  as  an  MPPT control  on  the  PV  system  against  irradiation  and  temperature changes  in  static  conditions.  Accuracy  of  PV  power  on  the condition  of  irradiation  and  temperature  variation  are  above 90%.

## Keywords — MPPT, ANFIS, Konverter Cuk, PV
Intisari—Penelitian  ini  menggunakan  metode  Adaptive Neuro  Fuzzy  Inference  System  (ANFIS)  dalam  pemodelan Maximum Power Point Tracking (MPPT) untuk mengontrol konverter Cuk sehingga fotovoltaik (PV) menghasilkan daya maksimum.  Sistem ini menggunakan Fotovoltaik 200 W dan konverter  Cuk  dengan  desain  teganganterhubung  beban. Dari  hasil  penelitian,  PV  dapat  menghasilkan  daya maksimum  dengan  variasi  iradiasi  dan  temperatur  pada kondisi  statis.  ANFIS  dapat  bekerja  dengan  baik  dalam menjejak  titik  daya  maksimum  atau  sebagai  kontrol  MPPT pada  sistem  PV  terhadap  perubahan  iradiasi  dan temperatur dalam kondisi statis. Akurasi daya PV  terhadap daya  maksimum  pada  kondisi  variasi  iradiasi  dan temperatur berada di atas 90%.
Kata Kunci — MPPT, ANFIS, Konverter Cuk, PV

## I. P ENDAHULUAN
Kebutuhan  energi  listrik  semakin  meningkat.  Hal  ini disebabkan oleh pertumbuhan jumlah masyarakat di suatu daerah  yang  mengakibatkan  bertambahnya  jumlah infrastruktur  seperti  bangunan  tempat  tinggal,  kantor- kantor, sekolah, rumah sakit dan bangunan sosial lainnya. Berkembangnya jumlah infrastruktur menyebabkan konsumen listrik semakin meningkat. Sehingga diperlukan penambahan energi listrik.
Saat  ini  bahan  bakar  fosil  berupa  minyak  bumi  dan batu-bara  masih  menjadi  sumber  energi  yang  paling banyak  digunakan  dalam  proses  pembangkitan  tenaga listrik.  Bahan  bakar  fosil  tersebut  tidak  dapat  diperbarui dan jumlahnya semakin menipis seiring dengan berjalannya  waktu.  Karena  kebutuhan  energi  listrik
semakin hari semakin meningkat, sumber energi alternatif terutama  sumber  energi  terbarukan  menjadi  semakin dibutuhkan [1].
Salah satu sumber energi terbarukan adalah Photovoltaic (PV)  yang  memanfaatkan  energi  cahaya matahari.  Sumber  energi  ini  memiliki  kelebihan  yaitu bersih dan tersedia di alam dalam jumlah yang melimpah [2].
Permasalahan  dalam  penggunaan  PV  saat  ini  adalah efisiensinya yang masih rendah dengan biaya yang tinggi. Kebutuhan  penggunaan  PV  yang  semakin  meningkat mendorong  berbagai  penelitian  mengenai  peningkatan efisiensi  pada  sistem  PV.  Terdapat  tiga  faktor  yang mempengaruhi  efisiensi  sistem  PV.  Pertama  adalah material  PV.  Kedua  adalah  efisiensi  konverter  dan efisiensi  algoritma Maximum  Power  Point  Tracking (MPPT) [3].
PV  dapat  memberikan  daya  output  sesuai  dengan kapasitas.  Kapasitas  daya  output  maksimal  PV  dapat dihasilkan  dengan  penggunaan  metode Maximum  Power Point Tracking (MPPT).
Cuk converter adalah konverter DC-DC pengembangan  dari  konverter  Buckboost.  Konverter  ini dapat  menaikkan  dan  menurunkan  tegangan.  Komponen rangkaian  konverter  Cuk  terdiri  dari  sebuah  switch, sebuah  dioda,  dua  induktor  dan  dua  kapasitor. Dibandingkan dengan konverter buckboost, Cuk converter mempunyai arus input dan output yang kontinu. Sehingga r ipple yang dihasilkan juga kecil [4].
Adaptive  Neuro  Fuzzy  Inference  System (ANFIS) merupakan  metode  yang  menggunakan  jaring  syaraf tiruan  ( Neural  Network )  untuk  mengimplementasikan Fuzzy  Inference  System (FIS)  atau  sistem  inferensi fuzzy . Keunggulan sistem inferensi fuzzy adalah dapat menerjemahkan  pengetahuan  dari  pakar  dalam  bentuk aturan-aturan,  namun  biasanya  dibutuhkan  waktu  yang lama  untuk  menetapkan  fungsi  keanggotaannya.  Oleh sebab  itu  dibutuhkan  teknik  pembelajaran  dari  jaringan syaraf  tiruan  untuk  mengotomatisasi  proses  tersebut sehingga dapat  mengurangi  waktu pencarian, hal tersebut menyebabkan  metode  ANFIS  sangat  baik  untuk diterapkan pada MPPT [5].
Penelitian  ini  menggunakan  metode  ANFIS  sebagai MPPT  yang  mengontrol  Cuk converter untuk  aplikasi sistem PV.
II. L ANDASAN TEORI

## A. PV
PV  mempunyai  kemampuan  untuk  mengubah  energi cahaya menjadi energi listrik. Energi cahaya membangkitkan  tegangan  PV.  PV  yang  terhubung  beban akan menyebabkan arus PV mengalir.
PV mempunyai karakteristik tegangan (V) dan arus (I) yang  nilainya berdasarkan iradiasi dan temperatur. Kurva I-V  dapat  menunjukkan  titik  daya  maksimum.  Kurva  I-V didapatkan  berdasarkan  2  kondisi  yaitu short  circuit dan open circuit . Ketika kondisi short circuit , arus maksimum atau  arus short  circuit (I SC )  dihasilkan,  sedangkan  pada kondisi open  circuit tidak  ada  arus  yang  dapat  mengalir sehingga  tegangannya  maksimum,  disebut  tegangan open circuit (V OC ).  Titik  pada  kurva  I-V  yang  menghasilkan arus  dan  tegangan  maksimum  disebut  titik  daya maksimum  (MPP).  Pemodelan  rangkaian  ekivalen  PV adalah sebuah sumber arus yang terpasang paralel dengan sebuah  diode  seperti  ditunjukkan  pada  gambar  1.  Besar arus  output  dari  suatu  PV  berbanding  lurus  dengan  besar iradiasi cahaya matahari yang diterima oleh PV.
Gambar 1. Pemodelan Sistem
Karakteristik PV didapatkan menggunakan persamaan (1). [5]
                          P O PV R IRs V e I I I q NskT IRs V 1 / .......................... (1) (1.1)
Keterangan:
I =   arus output PV (A).
PV I =   arus yang terbangkit pada PV (A).
O I =   arus saturasi dioda.(A)
s N =   jumlah cell terhubung seri.
k =   konstanta Boltzman (j/K).
T =   temperatur (K)
q =   muatan elektron = 1.6x10 -19 (Coloumb).
S R =   tahanan seri (Ohm).
P R =   tahanan paralel (Ohm).
V =   tegangan output PV (V).
Karakteristik  I-V  PV  diobservasi  bahwa  nilai  Rs mendominasi  tegangan  operasi  PV  sedangkan  nilai  Rp mendominasi arus operasi PV. Ketika nilai tahanan paralel Rp  tinggi,  maka  arus  yang  melaluitahanan  paralel  Rp dapat di abaikan.
Iradiasi  matahari  berbanding  lurus  dengan  arus  yang dihasilkan  PV  dan  juga  dipengaruhi  oleh  temperatur diberikan  pada  persamaan  (2).Tarek,  B.,  Said,  D.,  & Benbouzid, M.E.H. (2013)
  n T I n pv pv G G K I I    , ............................................ (2)
Keterangan:
pv I =   arus  pada  kondisi  nominal  (25 0 C  dan  1000
W/m 2 )
T  = n T T 
T =   temperatur aktual (K).
n T =   temperatur nominal (K).
I K =   koefisien arus.
G =   iradiasi aktual (W/m 2 ).
n G =     iradiasi nominal (W/m 2 ).
Koefisien  arus  K I dan  tegangan  K V dimasukkan sebagaimana  yang  ditunjukkan  dalam  persamaan  (3) untuk  mendapatkan  arus  saturasi  I o yang  dipengaruhi langsung  oleh  temperatur.Tarek,  B.,  Said,  D.,  & Benbouzid, M.E.H. (2013)
1 , ,             t T V n oc aV K V T I n sc o e
K I I ............................................... (3)
Keterangan:
o I =   arus saturasi (A) n sc I , =   arus hubung singkat (A) n oc V , =   tegangan hubung terbuka (V) I K =   koefisien arus.
V K =   koefisien tegangan.
T  = n T T 
T =   temperatur aktual (K).
n T =   temperatur nominal (K). T V = q kT N S /

## B.  Konverter Cuk
Konverter Cuk
adalah converter DC-DC pengembangan  dari  converter  BuckBoost.  Konverter  ini dapat  menghasilkan  tegangan  keluaran  yang  lebih  besar maupun  lebih  kecil  dari  tegangan  masukkan  dengan polaritas  terbalik  serta  mempunyai  arus  masukkan  dan keluaran yang kontinu. Mayssa, F. & Sbita, L. (2012).
Gambar 2. Rangkaian Konverter Cuk
Konverter  cuk  digunakan  untuk  menaikkan  tegangan PV  dan  menyalurkan  daya  maksimum.  Hubungan  antara tegangan masukkan dan tegangan keluaran diberikan pada
persamaan (4). Mayssa, F. & Sbita, L. (2012).
𝑉 𝑜 = − 𝐷 1−𝐷 𝑉 𝑖𝑛 ............................................................... (4)
D  adalah  duty  cycle  yang  bernilai  antara  0  sampai  1. Duty  cycle  yang  bernilai  0  -  0,49  akan  menghasilkan tegangan  keluaran  yang  lebih  kecil  dari  tegangan masukkan.  Duty  cycle  yang  bernilai  0,5  -  1  akan menghasilkan  tegangan  yang  lebih  besar  dari  tegangan masukkan.

## C. ANFIS
Metode  ANFIS  memiliki  struktur  yang  terdiri  dari  5 layer  yang  masing-masing  layernya  mempunyai  fungsi yang berbeda-beda seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. berikut:

## Gambar 3. Struktur ANFIS
Lapisan  1:  Setiap  simpul  pada  lapisan  ini  adalah  simpul adaptif  (parameter  yang  dapat  berubah)  dengan  fungsi simpul:
𝑂 1,𝑖 = 𝜇 𝐴𝑖 _(𝑥), i = 1, 2 atau ........................ (5)
𝑂 1,𝑖 = 𝜇 𝐵𝑖−2 (𝑦), i = 3, 4 ............................... (6) Lapisan  2:  Setiap  simpul  pada  lapisan  ini  adalah nonadaptif  (parameter  tetap).  Fungsi  simpul  ini  adalah mengalikan  setiap  sinyal  masukan  yang  datang.  Fungsi simpul:
𝑂 2,𝑖 = 𝑤 𝑖 = 𝜇 𝐴𝑖 (𝑥)𝜇 𝐵𝑖 (𝑦), i = 1, 2 ............. (7) Lapisan  3:  Setiap  simpul  pada  lapisan  ini  adalah  simpul nonadaptif  yang  menampilkan  fungsi  derajat  pengaktifan ternormalisasi (normalized  firing  strength) yaitu  rasio output  simpul  ke-i  pada  lapisan  sebelumnya  terhadap seluruh output lapisan  sebelumnya, dengan bentuk  fungsi simpul:
𝑂 3,𝑖 = 𝑤 𝑖 ̅̅̅ = 𝑤𝑖 𝑤1+𝑤2 , i = 1, 2 .............................. (8)
Lapisan  4:  Setiap  simpul  pada  lapisan  ini  adalah simpul adaptif dengan fungsi simpul:
𝑂 4,𝑖 = 𝑤 𝑖 ̅̅̅𝑓 𝑖 = 𝑤 𝑖 ̅̅̅(𝑝 𝑖 𝑥 + 𝑞 𝑖 𝑦 + 𝑟 𝑖 ) i = 1, 2 ...... (9 ) Lapisan  5:  Pada  lapisan  ini  hanya  ada  satu  simpul  tetap yang  fungsinya  untuk  menjumlahkan  semua  masukan. Fungsi simpul:
𝑂 5,1 = ∑ 𝑤 𝑖 ̅̅̅𝑓 𝑖 = ∑ 𝑤𝑖𝑓𝑖 ∑ 𝑤𝑖 ........................................ (10)

## III. M ETODE P ENELITIAN
Sistem  terdiri  dari  PV,  konverter  cuk  dan  kontrol MPPT.
Gambar 4. Pemodelan Sistem
Tabel I Parameter PV KC200GT No. Parameter Nilai 1. Impp 7,7 A 2. Vmpp 25,98 V 3. Pmax 200 W 4. Isc 8,21 A 5. Voc 32,9 V 6. Rp 415,405 Ω 7. Rs 0,00684 Ω Tabel II Parameter Konverter Cuk No. Parameter Nilai 1. Vi 25,98  V 2. Vo -220  V 3. L1 0,003  H 4. L2 0,026  H 5. C1 3,695 𝜇 F 6. C2 0,026 𝜇 F

## Kontrol MPPT ANFIS
MPPT  adalah  metode  menjejak  titik  daya  maksimum disetiap  kondisi  iradiasi  matahari  dan  temperatur. Keluaran  ANFIS  adalah  arus  referensi  Impp  ( maximum power  point )  yang  merupakan  arus  pada  titik  daya maksimum.  Impp  akan  dieksekusi  oleh  cuk  converter untuk  memastikan  PV  membangkitkan  arus  yang  sama dengan  arus  referensi  yang  dihasilkan  oleh  ANFIS.  Jika PV  membangkitkan  arus  di  Impp,  maka  PV  akan menghasilkan daya maksimum.
Masukkan  ANFIS  adalah  iradiasi  matahari  dan temperatur.  Keluaran  adalah  arus  referensi  berupa Impp.Stuktur  ANFIS  terdiri  dari  dua  masukkan  dengan  7 fungsi keanggotaan segitiga, 49 rule dan 1 keluaran.
Gambar 6.. Struktur ANFIS
Gambar 7. Fungsi Keanggotaan Iradiasi Matahari
Gambar 8. Fungsi Keanggotaan Temperatur

## IV. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Pemodelan  sistem  seperti  gambar  4.  telah  dicoba. Input  PV  dicoba  dalam  kondisi  statis  dengan  variasi iradiasi  dan  temperatur.  Kondisi  variasi  iradiasi  dimulai dari  1000  W/m 2 ,  800  W/m 2 ,  600  W/m 2 ,  sampai  dengan 400 W/m 2 . Kondisi variasi Temperatur dimulai dari 10 o C, 25 o C, sampai dengan 40 o C.

## Kondisi Statis variasi Iradiasi temperatur 25°C
Gambar  9.  menunjukkan  bahwa  daya  yang  dihasilkan oleh  PV  (Ppv)  ketika  iradiasi  1000  W/m 2 sebesar  200 Watt. Daya maksimum ketika iradiasi 1000 W/m 2 sebesar 200  Watt.  Hal  ini  berarti  kontrol  MPPT  ANFIS  mampu menjejak titik daya maksimum.
Gambar 10. menunjukkan bahwa daya yang dihasilkan oleh PV (Ppv) ketika iradiasi 800 W/m 2 sebesar 161 Watt. Daya  maksimum  ketika  iradiasi  800  W/m 2 sebesar  159,7 Watt.  Hal  ini  berarti  kontrol  MPPT  ANFIS  mampu menjejak titik daya maksimum.
Gambar 11. menunjukkan bahwa daya yang dihasilkan oleh PV (Ppv) ketika iradiasi 600 W/m 2 sebesar 121 Watt. Daya  maksimum  ketika  iradiasi  600  W/m 2 sebesar  121
Watt.  Hal  ini  berarti  kontrol  MPPT  ANFIS  mampu menjejak titik daya maksimum.
Gambar 12. menunjukkan bahwa daya yang dihasilkan oleh PV (Ppv) ketika iradiasi 400 W/m 2 sebesar 80 Watt. Daya  maksimum  ketika  iradiasi  400  W/m 2 sebesar  79 Watt.  Hal  ini  berarti  kontrol  MPPT  ANFIS  mampu menjejak titik daya maksimum.
Gambar 9. Daya PV iradiasi 1000 W/m 2
Gambar 10. Daya PV iradiasi 800 W/m 2
Gambar 11. Daya PV iradiasi 600 W/m 2
Gambar 12. Daya PV iradiasi 400 W/m 2
Gambar  9.  sampai  12.  menunjukkan  bahwa  daya  yang dihasilkan  oleh  PV  (Ppv)  mendekati  daya  maksimum (Pmax).  Hal  ini  berarti  kontrol  MPPT  ANFIS  memiliki respon  yang  baik  dalam  menjejak  titik  daya  maksimum diberbagai kondisi iradiasi yang berbeda-beda.
Kondisi Statis Iradiasi 1000 W/m 2 variasi temperatur
Gambar 13. Daya PV Temperatur 40°C
Gambar 14. Daya PV Temperatur 10°C
Gambar 13 menunjukkan bahwa daya yang dihasilkan oleh  PV  (Ppv)  ketika  temperatur  40°C  sebesar  189  Watt. Daya  maksimum  ketika  iradiasi  40°C  sebesar  189  Watt. Hal  ini  berarti  kontrol  MPPT  ANFIS  mampu  menjejak titik daya maksimum.
Gambar 14 menunjukkan bahwa daya yang dihasilkan oleh  PV  (Ppv)  ketika  temperatur  10°C  sebesar  210  Watt. Daya  maksimum  ketika  iradiasi  10°C  sebesar  209  Watt. Hal  ini  berarti  kontrol  MPPT  ANFIS  mampu  menjejak titik daya maksimum.
Gambar 13 sampai 14 menunjukkan bahwa daya yang dihasilkan  oleh  PV  (Ppv)  mendekati  daya  maksimum (Pmax).  Hal  ini  berarti  kontrol  MPPT  ANFIS  memiliki respon  yang  baik  dalam  menjejak  titik  daya  maksimum diberbagai kondisi temperatur yang berbeda-beda.

## V. K ESIMPULAN
Berdasarkan hasil analisis dan simulasi, maka diambil beberapa  kesimpulan  diantaranya  PV  menghasilkan  daya maksimum dengan variasi iradiasi. PV menghasilkan daya maksimum  dengan  variasi  temperatur.  ANFIS  mampu bekerja  sebagai  MPPT.  Kontrol  MPPT  ANFIS  memiliki respon  yang  baik  dalam  menjejak  titik  daya  maksimum diberbagai kondisi iradiasi dan temperatur.

## R EFERENSI
[1] Sankarganesh,  R.  &  Thangvel,  S.  2012, Maximum  Power Point Tracking in PV System using Intelligence based P&O Technique  and  Hybrid Cuk Converter ,  2012-International Conference  on  Emerging  Trends  in  Science,  Engineering and Technology. pp. 429-436.
[2]  Soedibyo,  Priananda,  C.  W.  &  Haikal,  M.  A., Maximum Power  Point  Tracking  Using  Root  Finding  Modified Bisection Algorithm , International
Conference on Information Technology, Computer and Electrical Engineering (ICITACEE), pp. 394-399.
[3]  Devi,  M.  L.  &  Chilambarasan,  M.  2013, Design  and Simulation  of  Incremental  Conductance  MPPT  Using  Self
Lift Cuk Converter ,  2013  International  Conference  on Renewable Energy and Sustainable Energy [ICRESE’ 13]. [4]  Sahu,  T.  P.  &  Dixit,  T.V.  2012, Modelling  and  Analysis  of Peturb  &  Observe  and  Incremental  Conductance  MPPT Algorithm  for  PV  Array  Using Cuk Converter ,  2012  IEEE Student’s  Conference  on  Electrical,  Electronics  and Computer Science. pp. 1-6.
[5]  Tarek,  B.,  Said,  D.,  &  Benbouzid,  M.E.H.  2013, Maximum Power Point Tracker Control for Photovoltaic System Using Adaptive  Neuro-Fuzzy  “ANFIS” ,  2013  Eighth  International Conference  and  Exhibition  on  Ecological  Vehicles  and Renewable Energies (EVER), IEEE.