Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia p�ISSN:
2541-0849
e-ISSN:
2548-1398
Vol. 7, Special Issue No. 2, Februari 2022
APLIKASI KONTROL LOGIKA FUZZY UNTUK PENSTABIL TEGANGAN PADA RANGKAIAN
PV- CUK KONVERTER DENGAN LOAD SHEDDING
Irwan Mahmudi, Andi Fatmawati,
Lutfiyana A. Anshar, Arwan
Universitas Tadulako, Indonesia
Email: [email protected], andifatmawati[email protected],
[email protected],
[email protected]
Abstrak
Kebutuhan energi
listrik sangat penting bagi kehidupan manusia khususnya kota Palu. Melalui sel
surya, energi matahari dapat diubah langsung menjadi energi listrik. Masalah
dengan panel surya adalah output tegangan yang tidak stabil. Oleh karena itu,
diperlukan suatu penelitian agar tegangan keluaran panel surya stabil. Dalam
penelitian ini, konverter Cuk digunakan untuk menjaga agar tegangan keluaran PV
(Photo Voltage) konstan dalam 24 volt. Sistem close loop konverter Cuk
dikendalikan oleh logika fuzzy. Hasil dari penelitian ini adalah konverter Cuk
mampu menaikkan tegangan keluaran hingga 24 Volt dengan tegangan masukan
sekitar 17 hingga 23 Volt. Dan, dengan kontroler logika fuzzy, sistem close
loop konverter Cuk dapat menjaga konstanta keluaran PV sekitar 24 Volt.
Kontroler logika fuzzy dapat mencapai kondisi mapan atau stabil dalam waktu 2
detik. Meskipun demikian, input dan beban PV berfluktuasi.
Kata Kunci: cuk converter; photovoltaic; fuzzy logic
Abstract
The need for electrical energy is very important for human life,
especially the city of Palu. Through solar cells,
solar energy can be converted directly into electrical energy. The problem with
the solar panel is unstable voltage output. Therefore, a study is needed to
make the voltage output of solar panel is stable. In this study, Cuk converter
is used to maintain how the output voltage of PV (Photo Voltage) is constant in
24 volts. Cuk converter close loop system is controlled by fuzzy logic. Results
of the study is that Cuk converter is able to increase the output voltage until
24 Volts by input voltage around 17 to 23 Volts. And, by fuzzy logic controller,� Cuk
converter close loop system can maintain the PV output constant around 24
Volts. Fuzzy logic controller can achieve the steady state or stable condition
within 2 seconds. Even though, the PV input and load is fluctuation.
Keywords: cuk converter;
photovoltaic; fuzzy logic
Pendahuluan
Kebutuhan energi
listrik merupakan hal yang sangat penting untuk menunjang kehidupan manusia khususnya kota Palu, dengan meningkatnya
jumlah penduduk maka energi listrik
yang dibutuhkan akan semakin meningkat, namun ketersediaan
energi listrik semakin menipis. Salah satu solusi alternatif
untuk mengantisipasi dampak krisis energi
listrik adalah dengan memanfaatkan energi matahari.
Melalui sel
surya maka energi matahari dapat di rubah secara langsung menjadi energi listrik dalam
bentuk tegangan /arus (DC). Sel surya merupakan sumber energi terbarukan
yang ramah lingkungan, serta biaya perawatan
yang rendah. Permasalahan dari panel surya ini adalah tegangan
yang dihasilkan tidak stabil. Hal ini disebabkan oleh intensitas cahaya matahari yang berubah-ubah dan pv juga dapat tertutup oleh daun atau benda
lain yang di kenal dengan istilah load shedding. oleh sebab
itu, melalui tugas akhir ini dibuatlah
suatu penelitian
yang dapat membuat tegangan
dari panel surya menjadi stabil, yang sesuai dengan kondisi
suhu kota Palu.
Cuk Konverter adalah rangkaian elektronika yang mampu menaikkan
atau menurunkan tegangan keluaran terhadap tegangan masukan dari panel surya. Dalam hal ini, cuk converter di rangkai
secara closs loop
dengan logika fuzzy sebagai pengontrolnya. Kondisi tersebut digunakan untuk mempertahankan tegangan agar tetap konstan sesuai
dengan tegangan yang dibutuhkan
oleh beban.
Metode Penelitian
1.
Panel Surya
Panel Surya adalah alat konversi
energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Untuk memanfaatkan potensi energi surya ada dua
macam teknologi yang sudah diterapkan, yaitu energi surya
fotovoltaik dan energi surya termal.
(a)
Sel Surya� Mono-crystalline
Merupakan panel yang paling efisien yang dihasilkan dengan teknologi �terkini
& menghasilkan daya listrik persatuan luas yang paling tinggi. Monokristal dirancang untuk penggunaan yang memerlukan konsumsi listrik besar pada tempat-tempat yang beriklim ekstrim dan dengan kondisi alam yang sangat ganas. Memiliki efisiensi sampai dengan 15%. Kelemahan dari panel jenis ini adalah tidak
akan berfungsi baik ditempat yang cahaya mataharinya kurang (teduh), efisiensinya akan turun drastis dalam
cuaca berawan. (Purwoto, Jatmiko, Fadilah, & Huda, 2018)
Bentuk Panel Surya yang digunakan
dapat dilihat seperti yang tampak pada Gambar
1.
Gambar 1
Panel Surya Mono-crystalline
(b) Karakteristik Sel Surya
Sel surya
adalah sebuah alat non-linear, sehingga untuk memahami karakteristiknya digunakan suatu grafik. Sifat elektrik dari sel
surya dalam menghasilkan energi
listrik dapat diamati dari karakteristik
sel tersebut, yaitu berdasarkan arus
dan tegangan yang dihasilkan
sel surya pada kondisi cahaya dan beban yang berbeda-beda. Karakteristik panel surya terdiri dari kurva
arus tegangan dan kurva daya-tegangan (Aditiyan, 2018).
Gambar 2
Kurva Arus-Tegangan
Sebelum menentukan
parameter untuk converter, maka
kita perlu mengetahui karakteristik dari PV yang digunakan. Pengambilan data PV diakukan dengan memperhatikan waktu, suhu, intensitas
cahaya, Voc, Isc dan daya. Data yang sudah di peroleh kemudian di plot untuk dapat kurva daya
terhadap tegangan. Dari kurva tersebut dapat diketahui rentang nilai tegangan
yang dapat menghasilkan daya puncak. Gambar 3 menunjukkan plot daya dan tegangan PV.
Gambar 3
Kurva daya (P) terhadap Tegangan (V) PV
2.
Cuk Konverter
Konverter Cuk adalah
jenis konverter step-down /
step-up berdasarkan topologi
switching buckboost. Pada dasarnya,
konverter ini terdiri dari dua
bagian, tahap input dan tahap output (Thiagarajan, Y., S. Ashok Kumar, 2016).
Gambar4
Rangkaian Cuk Konverter
Rangkaian cuk converter yang ditunjukkan pada gambar 3 tersusun dari induktor� (L1), induktor
(L2), kapasitor (C1), kapasitor
(C2), diode (D1), MOSFET dan beban (R).� Parameter yang digunakan
ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel 1
Parameter awal Cuk
Converter
|
parameter |
nilai |
|
Vin
max |
17
V |
|
Vin
Min |
23
V |
|
Iout |
3,33
A |
|
Vout |
24
V |
|
R |
|
|
Frekwensi |
47.058
KHz |
Adapun hasil perhitungan nilai komponen yang akan digunakan adalah sebagai berikut :
a) Perhitungan Nilai Duty Cycle
b) Perhitungan nilai
L dan C
∆IL1 = 10� %� X� 3.33
A = 0.333 A
∆IL2 = 10 %� X� 3.33 A = 0.333 A
∆VC1 = 5 %� X� 24� V =
1.2 V
∆VC2 = 1 %� X� 24V = 0.24 V
1. Perhitungan Nilai Induktor L1
2. Perhitungan Nilai Induktor L2
3. Perhitungan Nilai Kapasitor C1
4. Perhitungan Nilai Kapasitor C2
3. Logika Fuzzy
Konsep tentang logika fuzzy diperkenalkan oleh Prof. Lotfi
Astor Zadeh pada 1962. Fuzzy secara bahasa diartikan sebagai kabur atau
samar yang artinya suatu nilai dapatbernilai
benar atau salah secara bersamaan. Proses logika fuzzy merupakan suatu logika yang memiliki nilai kekaburan atau kesamaran antara benar atau salah. Logika fuzzy secara umum ditunjukkan pada gambar 5.
Gambar 5
Proses Logika Fuzzy
Pada fuzzifikasi,
referensi input yang masuk diubah ke nilai
derajat keanggotaan fuzzy. derajat keanggotaan mempunyai rentang 0 (nol)hingga 1 (satu)
dan logika fuzzy menunjukkan
sejauh mana suatu nilai benar dan sejauh mana suatu nilai itu salah (Komariyah,
Yunus, & Rodiyansyah, 2016).
Pada penelitian
ini parameter input, yaitu eror, delta eror dan delta duty. Fungsi derajat keanggotaan dari eror dan delta eror ditunjukkan pada gambar 5.
Gambar 6
Fungsi keanggotaan
eror dan delta eror
Nilai derajat keanggotaan didapat dengan fungsi sebagai berikut:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Fungsi derajat
keanggotaan dari delta duty
ditunjukkan pada gambar 6.
Serta nilai keanggotannya
di dapatkan dengan fungsi dan cara yang sama dengan nilai
fungsi keanggotaan eror.
Gambar 7
Fungsi keanggotaan delta eror
Dari
fungsi keanggotaan yang telah dibuat, fungsi keanggotaan yang digunakan pada
input eror ada 7 anggota yang terdiri dari NB (Negatif Besar), NS (Negatif Sedang), NK (Negatif Kecil), NOL, PK (Positif kecil), PS (Positif Sedang), PB (Positif Besar), dengan input delta eror juga terdiri dari 7 anggota juga. Sehingga pada penelitian ini� terdapat
49 rule base fuzzy logic yang akan digunakan untuk mengatur besar nilai delta duty. Tabel 2. berikut menunjukan rule base pada
penelitian ini.
Tabel 2
Rule
Base Fuzzy Logic Controller
Hasil dan Pembahasan
Pengujian yang dilakukan
ini dimaksudkan untuk mengetahui kinerja dari alat
cuk konverter yang telah selesai dibuat.
Gambar 7 merupakan bentuk fisik alat Cuk converter yang sudah dibuat.
Gambar 8
Bentuk Fisik Alat
Pada pengujian ini perubahan
tegangan output yang dihasilkan
oleh PV dapat divariasikan dengan cara memberi
kondisi partial shading pada permukaan
PV, pada gambar 8 berikut
adalah contoh pembuatan partial shading yang telah
dilakukan untuk dapat memvariasikan tegangan output PV.
(a)
�����������������������������(b)
Gambar 9
(a). Phartial Shading 3 Ranting,
(b). Phartial Shading 4 Ranting
Gambar 10
Perubahan Vout Terhadap Perubahan
Tegangan Input
Pengujian pertama dilakukan dengan melihat perubahan Vout terhadap variasi
tegangan input dengan beban konstan 90Ω. Gambar 9 adalah hasil pengujian
perubahan tegangan output cuk konverter terhadap
perubahan tegangan� input dengan sumber PV. Pada gambar kurva diatas
kendali logika fuzzy
dapat mempertahankan tegangan output yang dihasilkan
oleh cuk konverter tetap konstan berada
pada tegangan 24 Volt, meskipun
nilai tegangan output yang dihasilkan oleh PV� berubah � ubah.
Gambar
11
Perubahan Vout
terhadap perubahan beban
Pengujian ke
2 dilakukan dengan melihat perubahan tegangan output terhadap perubahan beban. Pada gambar 10 menunjukan perubahan Vout yang dihasilkan oleh cuk konverter
dengan sumber PV� berdasaarkan perubahan beban yang diberikan pada konverter.� Pada pengujian ini logika� fuzzy� mampu mempertahankan tegangan output
yang dihasilkan cuk konverter tetap konstan berada pada tegangan 24 Volt meski dibebani sampai pada beban maksimum 20Ω.
Gambar
12
Perubahan efisiensi
terhadap gangguan partial
shading
Pengujian ke 3 dilakukan
dengan memperhatikan perubahan Efisiensi Terhadap Perubahan Tegangan Input dengan adanya gangguan phartial shading pada permukaan PV . beban yang digunakan tetap 90Ω. Gambar 11 adalah kurva perubahan
efisiensi cuk konverter terhadap perubahan tegangan output PV
dengan gangguan partial
shading. Dari gambar 4.28 dapat
dilihat bahwa kendali logika fuzzy dapat mempertahankan efisiensi cuk konverter
tetap berada pada efisien terbaik yaitu pada efisiensi rata-rata
87,77%, meski tegangan
input bervariasi.
Gambar 13
Sinyal steady state terhadap perubahan
partial shading
Pengujian yang ke 4 dilakukan shading pada
permukaan PV dan beban tetap konstan 90Ω. �Pengujian kali ini difokuskan untuk mengetahui kecepatan respon dari fuzzy untuk mengembalikan nilai tegangan output ke nilai yang sudah ditentukan. Gambar 12 adalah bentuk sinyal steady state hasil pengujian berdasarkan perubahan� partial shading dengan
sumber PV, pada pengujian
ini logika fuzzy dapat mengembalikan sinyal output cuk konverter kembali steady state
dalam waktu 2 second.
Gambar 14
Perubahan sinyal steady state
terhadap perubahan beban
Seperti halnya pengujian ke 4, pada pengujian ke 5 juga di fokuskan pada sinyal steady state� namun variable yang diubah
adalah nilai beban. Gambar 12� adalah bentuk sinyal steady state
hasil pengujian berdasarkan perubahan� beban tanpa ada gangguan
partial shading dengan sumber
PV, logika fuzzy pada pengujian ini dapat
mengembalikan sinyal output
kembali steady state dalam
waktu 2 second.
Kesimpulan
1. Hasil pengujian hardware membuktikan
DC-DC Cuk konverter dapat menaikan tegangan menjadi 24 Volt dengan sumber input minimum 17 Volt.
2. Penggunaan logika Fuzzy pada pengendali Cuk konverter dapat mempertahankan tegangan output� PV� tetap konstan pada tegangan rata-rata
24 Volt,� meski
tegangan input dan beban bervariasi.
3. Logika� Fuzzy dapat mengembalikan tegangan output� Konverter� kembali steady state dalam
waktu 2 Secon, meski tegangan input PV� dan beban mengalami perubahan.
Aditiyan, Nora. t. .. (2018). �Karakterisasi
Panel Surya Model Sr-156p-100 Berdasarkan Intensitas Cahaya Matahari.� (p.
71). p. 71.
Komariyah, Siti, Yunus, Riza M., &
Rodiyansyah, Sandi Fajar. (2016). Logika Fuzzy dalam Sistem Pengambilan
Keputusan Penerimaan Beasiswa. Jurusan Teknik Informatika Fakultas Teknik
Universitas Majalengka, 61�69. Google Scholar
Purwoto, Bambang Hari, Jatmiko, Jatmiko,
Fadilah, Muhamad Alimul, & Huda, Ilham Fahmi. (2018). Efisiensi Penggunaan
Panel Surya Sebagai Sumber Energi Alternatif. Emitor: Jurnal Teknik Elektro,
18(1), 10�14. Google Scholar
Thiagarajan, Y., S. Ashok Kumar, dan V. S.
Arulmurugan. (2016). �Performance Analysis of Conventional Controller for
DC-DC Cuk Converter Operating in Buck Mode.� 6.
Wibowo, Setyoningsih. (2015). Penerapan
logika fuzzy dalam penjadwalan waktu kuliah. Jurnal Informatika UPGRIS, 1(1
Juni). Google Scholar
|
Copyright holder: Irwan Mahmudi,
Andi Fatmawati, Lutfiyana
A. Anshar, Arwan (2022) |
|
First publication right: Syntax Literate: Jurnal Ilmiah
Indonesia |
|
This article is licensed
under: |