RANCANG BANGUN SOLAR CHARGE CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCRONOUS NON-INVERTING BUCK-BOOST CONVERTER PADA PANEL SURYA 50 WATT PEAK (WP) BERBASIS ARDUINO NANO V3.0

RANCANG BANGUN SOLAR CHARGE CONTROLLER MENGGUNAKAN SYNCRONOUS NON-INVERTING BUCK-BOOST CONVERTER PADA PANEL SURYA 50 WATT PEAK (WP) BERBASIS ARDUINO NANO V3.0 Irfan Mahrubi1, Jusuf Bintoro2 dan Wisnu Djatmiko3 1,2,3 Prodi Pendidikan Teknik Elektronika Fakultas Teknik Universitas Negeri Jakarta Email: , , Abstrak— Penelitian ini bertujuan untuk merancang bangun rangkaian synchronous non-inverting buck-boost converter (SNIBBC) untuk solar charge controller guna melakukan manajemen pengisian baterai dan manajemen beban dengan menggunakan Arduino Nano V3.0 ATMega 328. Rancang bangun rangkaian synchronous noninverting buck-boost converter (SNIBBC) menggunakan empat mosfet yang bekerja secara saling singkron dengan dikontrol oleh pulsa PWM dari Timer1 arduino nano V3.0 ATMega 328 dengan frekuensi 10KHz menggunakan ic driver mosfet IR2104. Proses pengisian baterai oleh solar charge controller menggunakan tiga tahap pengisian yaitu bulk charge, absorption charge, dan float charge. Hasil pengujian menunjukan bahwa rangkaian SNIBBC dapat mengisi baterai lead-acid 12V 5Ah dengan tegangan berusaha dijaga mendekati 15V dengan rata-rata tegangan kelaran 14.97V. Pengujian solar charge controller dengan rangkaian inti SNIBBC dan dengan tiga tahap pengisian telah dapat mengisi baterai lead-acid 12V 5Ah dalam waktu 8 jam. Baterai yang digunakan dapat bertahan dengan dibebankan oleh beban inverter dan lampu ac LED 5watt dengan total daya yang diserap beban dan inverter 9.36watt selama 6 jam penggunaan. Solar charge controller yang telah dibuat dapat mengontrol penyambungan dan pemutusan hubungan antara baterai dengan beban berupa inverter dan beban ac dengan bantuan rangkaian saklar elektronik dengan relay. Kata Kunci: Syncronous Non-Inverting Buck-Boost Converter, Solar Charge Controller, Panel Surya, Arduino Nano V3.0 Abstract— This reseach aims to design a synchronous non-inverting buck-boost converter (SNIBBC) for solar charge controller to perform battery charging and load management using Arduino Nano V3.0 ATMega 328. The synchronous non-inverting buck-boost converter (SNIBBC) uses four mosfets that work in sync with each other controlled by PWM pulses from Timer1 arduino nano V3.0 ATMega 328 with a frequency of 10KHz using the IR2104 mosfet driver ic. The process of charging the battery by solar charge controller using three stages of charging the bulk charge, absorption charge, and float charge. The test results show that the circuit of SNIBBC can charge the lead-acid 12V 5Ah battery with the tried voltage closer to 15V with an average voltage of 14.97V. The solar charge controller test with the SNIBBC core circuit and with three charging stages has been able to charge the 5V 5Ah lead-acid battery within 8 hours. The batteries used can withstand the charged by the inverter load and the 5watt LED ac lamp with total loaded power and 9.36watt inverters for 6 hours of use. Solar charge controller that has been made can control the connection and disconnection between the battery with the load of inverter and ac load with the help of electronic switch circuit with relay. Keywords : Syncronous Non-Inverting Buck-Boost Converter, Solar Charge Controller, Solar Panel, Arduino Nano V3.0 I. PENDAHULUAN Pemanfaatan energi non fosil menjadi topik yang sedang hangat dibicarakan dan dikembangkan baik di Indonesia maupun di negara-negara lain. Matahari menjadi salah satu sumber energi yang mampu menjadi sumber energi terbarukan untuk menghasilkan listrik. Setelah pulih dari krisis moneter pada tahun 1998, Indonesia mengalami lonjakan hebat dalam konsumsi energi. Dengan keadaan yang seperti ini, diperkirakan kebutuhan listrik indonesia akan terus bertambah sebesar 4.6% setiap tahunnya, hingga diperkirakan mencapai tiga kali lipat pada tahun 2030 (Sutrisna dan Rahardjo, 2016). Di dalam Kongres Ilmu Pengetahuan Nasional (Kipnas) IX tahun 2007 masalah Energi, air bersih dan pangan merupakan hal yang sangat mendesak untuk dijaga kesinambungannya terkait dengan masalah kemakmuran suatu bangsa. Pada aplikasinya Jurnal Pendidikan Vokasional Teknik Elektronika Volume I No.1, April 2018 | 14 pemanfaatan energi surya terbentur pada masalah klasik yaitu besarnya biaya yang diperlukan (Syamsu, 2013: 24). Energi yang dikeluarkan oleh sinar matahari sebenarnya hanya diterima oleh permukaan bumi sebesar 69% dari total energi pancaran matahari. Pada tengah hari yang cerah radiasi sinar matahari mampu mencapai 1000 Watt/m2. Masalah utama penggunaan energi surya untuk PLTS adalah ketersediannya. Energi matahari hanya tersedia di siang hari (Sutrisna dan Rahardjo, 2016). Tegangan yang dapat dihasilkan dari sel surya silikon individu bervariasi antara 0.5 V sampai 0.6 V. Tegangan keluaran sel surya hanya bergantung sedikit pada intensitas cahaya matahari, tetapi arus meningkat dengan intensitas radiasi cahaya matahari (Floyd, 2012: 26). II. METODOLOGI PENELITIAN Berdasarkan diagram alir penelitian seperti yang ditunjukan pada Gambar 1 tahap pertama yang dilakukan dalam penelitian adalah pencarian literature yang dilakukan guna mencari teori-teori yang berkaitan dengan topic penelitian untuk dipelajari. Tahap kedua adalah pembuatan rangkaian solar charge controller dengan SNIBBC pada tahap ini rangkaian SNIBBC yang sudah dibuat diuji untuk mengetahui apakah rangkaian sudah dapat digunakan untuk menaikan atau menurunkan tegangan atau belum, jika sudah maka akan lanjut ke tahap berikutnya dan jika belum maka akan dilakukan pengecekan ulang pada tahap ini. Tahap ketiga adalah pembuatan program pada arduino IDE, jika program pada tahap ini sudah berjalan dengan baik maka akan lanjut ke tahap berikutnya, dan jika tidakmaka akan dilakukan pengecekan ulang pada tahap ini. Tahap keempat adalah perakitan sistem, perakitan sistem terkait instalasi panel, baterai, inverter, dan relay serta LCD semuanya dihubungkan sehingga menjadi sebuah sistem. Tahap kelima adalah uji kerja sistem, pada tahap ini sistem yang sudah saling terhubung diuji dan kemudian berlanjut ke tahap keenam yaitu analisa, setelah hasil kerja sistem dianalisa berlanjut ke tahap ketujuh yaitu kesimpulan dan penelitian selesai. A. Perancangan Syncronous Non-Inverting BuckBoost Converter (SNIBBC) Dalam penelitian ini rangkaian synchronous noninverting buck-boost converter yang dibuat berdasarkan spesifikasi yang ada pada Tabel 1. Perhitungan nilai duty cycle (𝐷) dilakukan untuk dua kondisi, yaitu pada kondisi ketika tegangan masukan minimal dan ketika tegangan masukan maksimal, perhitungan menggunakan (Pers. 3.2) dan (Pers. 3.3) 𝑉𝑜 15 𝐷𝑚𝑎𝑥 = = = 0,750 𝑉𝑜 + 𝑉𝐼𝑚𝑖𝑛 15 + 5 𝑉𝑜 15 𝐷𝑚𝑖𝑛 = = = 0,333 𝑉𝑜 + 𝑉𝐼𝑚𝑎𝑥 15 + 30 Gambar 1. Diagram Alir Penelitian TABEL 1 SPESIFIKASI RANCANGAN SYNCHRONOUS NONINVERTING BUCK-BOOST CONVERTER Parameter Nilai VO 15V min maks 5V 30V VI IOmaks 4A F switching 10KHz Perhitungan nilai induktor (𝐿) dilakukan pada saat tegangan masukan maksimal dengan asumsi ripel arus pada induktor ∆𝐼𝑜 sebesar 8.2% dari arus keluaran mak (...truncated)