1

SIMULASI MAKSIMUM POWER POINT TRACKING (MPPT) DENGAN DC_DC KONVERTER TIPE CUK MENGGUNAKAN METODE FUZZY LOGIC PADA

SOLAR FOTOVOLTAIK

Proposal Penelitian untuk Tugas Akhir

KETENAGAAN

2

ABSTRAK

Dewasa ini limbah merupakan masalah yang cukup serius, terutama dikota-kota besar. Limbah yang tergolong membahayakan adalah limbah dari hasil upaya medis seperti Puskesmas, Poliklinik, dan Rumah Sakit. Salah satunya adalah limbah jarum suntik bekas. Karena jenis limbah yang dihasilkan termasuk dalam kategori biohazard yaitu jenis limbah yang sangat membahayakan lingkungan, dimana disana banyak terdapat buangan virus, bakteri maupun zat zat yang membahayakan lainnya, sehingga harus dimusnahkan dengan jalan dihancurkan secara mekanis atau dibakar dalam suhu diatas 800 derajat celcius.

Untuk mengatasi masalah ini maka dikembangkan metode pemusnahan limbah jarum suntik bekas dengan memanfaatkan prinsip pemanasan secara induksi. Pada dasarnya proses pemanasan ini memanfaatkan perubahan arus pada kumparan penginduksi yang akan menginduksi jarum yang menyebabkan suhu pada jarum akan naik sampai pada titik leburnya sehingga jarum akan meleleh dan limbah jarum suntik ini akan lebih aman untuk di buang.

Catu daya pemanas induksi yang akan dirancang menggunakan inverter frekuensi tinggi topologi half bridge dengan piranti pensaklaran menggunakan mosfet yang pemicuannya diatur oleh IC TL 494. Alat yang akan dibuat terdiri dari penyearah 1 fasa jembatan penuh yang berfungi untuk menyearahkan tegangan AC dari sumber. Penyearah ini dipilih karena hasil penyearahnya memiliki ripple yang kecil sehingga mudah untuk menghaluskannya. Setelah disearahkan, kemudian tegangan DC ini akan dijadikan AC kembali menggunakan inverter. Pengaturan daya cukup dilakukan dengan mengubah frekuensi dan duty cycle pemicuan sehingga alat dapat lebih ringkas tanpa adanya rangkaian tambahan.

Kata kunci: jarum bekas, pemanas induksi, inverter half bridge.

3

PROPOSAL TUGAS AKHIR

VI. KAJIAN PUSTAKA

2.1 Energi Matahari

Fotovoltaik merupakan sebuah proses untuk mengubah energi cahaya

menjadi energi listrik. Efek fotovoltaik pertama kali berhasil diidentifikasi

oleh seorang ahli Fisika berkebangsaan Prancis Alexandre Edmond Becquerel

pada tahun 1839. Baru pada tahun 1876, William Grylls Adams bersama

muridnya, Richard Evans Day menemukan bahwa material padat selenium

dapat menghasilkan listrik ketika terkena paparan sinar.

Pada tengah hari yang cerah radiasi sinar matahari mampu mencapai

1000 watt permeter persegi. Jika sebuah piranti semikonduktor seluas satu

meter persegi memiliki efisiensi 10 persen, maka modul fotovoltaik ini

mampu memberikan tenaga listrik sebesar 100 watt. Saat ini modul

fotovoltaik komersial memiliki efisiensi berkisar antara 5 hingga 15 persen

tergantung material penyusunnya. Tipe silikon kristal merupakan jenis piranti

fotovoltaik yang memiliki efisiensi tinggi meskipun biaya pembuatannya

relatif lebih mahal dibandingkan jenis fotovoltaik lainnya.

2.2 Energi Surya Photopholtaics (PV)

Teknologi PV telah mengalami kemajuan pesat dalam beberapa tahun

terakhir. Teknologi ini, yang mengubah energi surya langsung menjadi listrik

searah (DC) tanpa suara dan polusi, dapat dipandang sebagai teknologi yang

paling sederhana dan elegant. Sel-sel atau modul (yang merupakan unit yang

lebih besar dan dirakit dari sel-fotovoltaik) dapat disusun untuk membentuk

matriks yang dapat memproduksi listrik dari skala miliwatt sampai megawatt.

Arus searah (DC) yang dihasilkan, jika dikehendaki, dapat dikonversikan ke

bolak-balik (AC) dengan menggunakan konverter statik yang sudah banyak

diproduksi oleh pabrik-pabrik elektronik (Tabor and Harry, 1998).

Sistem PV mudah diinstalasi dan sebagai konsekuensi dari

kesederhanaannya, sangat mudah dipelihara. Ditambah lagi dengan tidak

4

dibutuhkannya catu daya bahan bakar, membuat sistem ini sangat cocok

untuk daerah terpencil yang memerlukan energi listrik skala menengah.

2.3 Potensi Radiasi Energi Surya

Radiasi matahari global (H) dapat diprediksi dari lamanya penyinaran

oleh matahari (n).

Dari hasil penyederhanaan persamaan regresi tipe Angstrom diperoleh

rumusan (Twidell and Weir, 1998):

H = an + b

di mana a dan b adalah konstanta regresi.

Dari hasil studi LSDE – BPPT pada 10 lokasi stasiun pengamatan di

Indonesia diperoleh konstanta rata-rata a = 0.0337 dan b = 2.913. Dengan

demikian besarnya radiasi matahari global (H) dapat ditulis sebagai:

H = 0.0337n + 2.913

di mana H = radiasi matahari global = insolasi harian (kWh/m2.hari) dan n =

prosentase penyinaran (%) Sebagai gambaran, di bawah ini diberikan data

mengenai radiasi surya di wilayah Indonesia (Utami, 1999):

· Wilayah kepulauan timur antara Sulawesi dan Bali Barat dan Papua

Timur, secara umum dapat dikatakan kering dan dengan radiasi surya

tertinggi yang mencapai 6-6.5 kWh/m2.hari.

· Daerah pegunungan di Papua, Sulawesi dan Jawa, yang kadang-

kadang berkabut pada siang hari, beradiasi 4.5-5.5kWh/m2.hari.

· Kawasan dataran rendah, misalnya Kalimantan, Jawa dan Sumatera,

yang merupakan daerah rawa-rawa dan hutan lebat, beradiasi 4-

5kWh/m2.hari.

2.4 Sel Fotovoltaik

Efek fotolistrik ini terjadi pada suatu sel yang dibuat dari bahan semi

konduktor. Karena sifatnya, sel ini kemudian disebut sebagai sel fotovoltaik

(fotovoltaik cell) atau yang sering disebut sebagai fotovoltaik (solar cell). Sel

fotovoltaik merupakan komponen terkecil didalam sistem energi surya

fotovoltaik (SESF). Sinar matahari yang menimpa permukaan sel diubah

5

secara langsung menjadi listrik sebagai akibat terjadinya pergerakan pasangan

electron-hole seperti skema gambar dibawah ini.

Fisik dari fotovoltaik sangat mirip dengan bentuk klasik dioda p-n.

Ketika cahaya diserap oleh junction, energi foton yang yang diserap ditransfer

ke sistem elektron dari materi dioda, menghasilkan penciptaan dari pembawa

muatan yang dipisahkan di junction. Pembawa muatan mungkin saja

sepasang elektron-ion dalam cairan elektrolit, atau sepasang elektron-hole

didalam materi semikonduktor solid.

Silikon adalah bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan

untuk membuat sel fotovoltaik. Memiliki valensi empat dan struktur kristal

berlian. Perubahan energi fotovoltaik bergantung pada kuantum alami cahaya

yang membawa, energi diberikan pada persamaan dibawah ini : "颇萍= ℜ品晃

Dimana :

h = Konstanta Plank (6,6 � 10能�0) ɂŖȖ̜Ϝ >ϜǴ 圭Ϝ棍轨诡

c = Kecepatan cahaya (3 � 10馁) 怪Ϝ棍ϜǴ >ϜǴ 圭Ϝ棍轨诡)

λ = Panjang gelombang cahaya (m)

Prinsip kerja PV adalah ketika ada sebuah foton atau lebih masuk ke

dalam fotovoltaik yang terdiri dari lapisan semikonduktor seperti pada

gambar, maka akan menghasilkan pembawa muatan bebas berupa electron

dan hole. Foton yang masuk berasal dari radiasi matahari. Jika pembawa

6

muatan dapat mencapai daerah ruang muatan sebelum terjadi rekombinasi,

Elektron akan meninggalkan fotovoltaik dan akan mengalir pada rangkaian

luar sehingga timbul arus listrik. Arus listrik yang dihasilkan oleh fotovoltaik

dapat dimanfaatkan langsung atau disimpan dulu dalam baterai untuk

digunakan kemudian. Prinsip ini di kenal sebagai prinsip photoelectric.

Semua sel fotovoltaik ini juga memiliki medan elektrik yang memaksa

elektron yang lepas karena penyerapan cahaya tersebut untuk mengalir dalam

suatu arah tertentu.

Elektron yang mengalir ini adalah arus listrik, dengan meletakkan

terminal kontak pada bagian atas dan bawah dari sel fotovoltaik ini akan

dapat dilihat dan diukur arus yang mengalir sehingga dapat digunakan untuk

menyuplai perangkat eksternal.

Besarnya pasangan elektron dan hole yang dihasilkan, atau besarnya arus

yang dihasilkan tergantung pada intensitas cahaya maupun panjang

gelombang cahaya yang jatuh pada fotovoltaik. Intensitas cahaya menentukan

jumlah foton, makin besar intensitas cahaya yang mengenai permukaan

fotovoltaik makin besar pula foton yang dimiliki sehingga makin banyak

pasangan elektron dan hole yang dihasilkan yang akan mengakibatkan

besarnya arus yang mengalir. Makin pendek panjang gelombang cahaya maka

makin tinggi energi fotonnya sehingga makin besar energi elektron yang

dihasilkan, dan juga berimplikasi pada makin besarnya arus yang mengalir.

Fotovoltaik dapat tereksitasi karena terbuat dari semikonduktor yang

mengandung unsur silikon. Silikon ini terdiri atas dua jenis lapisan sensitif:

lapisan negatif (tipe-n) dan lapisan positif (tipe-p). Karena fotovoltaik ini

mudah pecah dan berkarat sehingga sel ini dibuat dalam bentuk panel-panel

dengan ukuran tertentu yang dilapisi plastik atau kaca bening yang kedap air.

Secara umum, konstruksi sebuah PV terdiri dari 3 bagian, yaitu

· Lapisan penerima radiasi

· Lapisan tempat terjadinya pemisahan muatan akibat fotoinduksi

· Lapisan kontaktor

Banyak variasi bahan yang digunakan dalam membuat fotovoltaik.

Silikon memiliki indeks bias bahan yang tinggi maka akibatnya pada

7

permukaan terjadi rugi refleksi yang besar (sampai 30%). Oleh karena itu,

untuk meminimalkan rugi tersebut maka pada permukaan dilapisi dengan

lapisan antirefleksi/lapisan AR (Sihana, 2007).

Total pengeluaran listrik (wattage) dari fotovoltaik adalah sebanding

dengan Voltase/tegangan operasi dikalikan dengan arus operasi saat ini.

Fotovoltaik dapat menghasilkan arus dari voltase yang berbeda-beda. Hal ini

berbeda dengan baterai yang menghasilkan arus dari voltase yang relatif

konstan.

Rangakaian ekivalen sel fotovoltaik diberikan pada gambar 2.4. terdiri

dari sumber arus cahaya (photocurrent source) Iph, dioda terbalik (reverse

diode) D, dan dua resistansi kerugian (loss resistance) yaitu resistansi paralel

(shunt) Rsh dan resistansi seri (series) Rs. Ketika terhubung dengan beban luar

Rload, tegangan keluaran dan arus yang bersirkulasi adalah V dan I.

Gambar 2.5 Rangkaian ekivalen sel fotovoltaik atau modul[26]

Karakteristik V-I

8

Karakteristik output dari fotovoltaik dapat dilihat dari kurva performansi,

disebut I-V curve. I-V curve menunjukkan hubungan antara arus dan voltase

(Ouaschning, 2005) .

Gambar di atas menunjukkan tipikal kurva I-V. Voltase (V) adalah

sumbu horizontal. Arus (I) adalah sumbu vertical. Kebanyakan kurva I-V

diberikan dalam standar Test Conditions 1000 watt per meter persegi radiasi

(atau disebut satu matahari puncak/one peak sun hour) dan 25 derajat celcius

suhu solar cell panel.

Kita dapat melihat pada gambar diatas bahwa hubungan antara tegangan

dan arus tidak linier, yang membuat itu lebih sulit untuk menentukan titik

daya maksimum. Titik daya maksimum pada kurva akan muncul ditengah

dari kurva karakteristik V-I. Tetapi, dalam kasus yang tak linier, Daya yang

dihasilkan dapat ditentukan dengan menghitung tegangan dan arus keluaran.

Untuk memperoleh daya maksimum pada panel fotovoltaik, panel fotovoltaik

harus selalu beroperasi sangat dekat dengan kurva daya maksimum, pada titik

puncaknya. Tetapi titik operasi akan berubah secara constans apabila terjadi

perubahan kondisi lingkungan yang konstan. Pada kenyataannya, suhu dan

efek yang lain sperti perubahan radiasi dapat mengubah titik operasi kurva

karakteristik V-I yang dapat menyebabkan penurunan jumlah daya. Oleh

karena itu, kita perlu untuk mencari kurva daya yang konstan dan menjaga

operasi panel fotovoltaik pada jumlah maksimum sehingga daya yang

maksimum dapat dicapai.

2.1.1 Modul Fotovoltaik[2][ 26]

9

Modul fotovoltaik adalah hubungan sel-sel fotovoltaik baik dalam seri

maupun paralel untuk mencapai spesifikasi daya keluaran yang dibutuhkan.

Gambar 2.6 memperlihatkan bagaimana kurva I-V termodifikasi dalam hal

ketika dua sel identik dihubungkan dalam seri atau dalam paralel.

Gambar 2.6 Hubungan sel fotovoltaik identik[26]

Modul merupakan susunan sel fotovoltaik dengan karakteristik sama,

agar mendapatkan nilai daya yang lebih tinggi. Sel dikemas dengan berbagai

macam bahan untuk melindungi sel dan konektor listriknya dari lingkungan.

Pabrik menyuplai sel fotovoltaik dalam modul, terdiri dari beberapa cabang

paralel, dan tiap-tiap cabang terdapat sel fotovoltaik dalam seri, seperti yang

terlihat pada gambar 2.7.

Tujuan keseluruhan pembuatan modul termasuk melindungi sel

fotovoltaik, memaksimalkan jumlah cahaya matahari, keselamatan pengguna,

dan lainnya.

Gambar 2.7 konstruksi modul fotovoltaik[26]

2.1.2 Array Fotovoltaik[2][26]

10

Array fotovoltaik didefinisikan sebagai rakitan terintegrasi antara

mekanik dan kelistrikan modul fotovoltaik dengan struktur pendukung,

sehingga membentuk unit suplai daya arus searah. Daya keluaran modul

sangat dipengaruhi ketika modul terbayang atau salah satu atau lebih sel

rusak. Masalah ini harus bisa dicegah agar array fotovoltaik tetap bekerja

efisien. Untuk mengurangi permasalahan ini sebuah diode dihubungkan baik

untuk sel tunggal atau modul. Pada prakteknya, sebuah diode bypass

dihubungkan secara paralel dengan modul seperti yang ditunjukkan pada

gambar 2.8. Menurut kecenderungan sudut kemiringan array fotovoltaik,

terdapat beberapa tipe aplikasi saat ini. Diantaranya flat-plate stationary dan

tracking array. Mengenai ukuran array fotovoltaik, tiga hal perlu

diperhatikan: pemilihan modul, jumlah modul, orientasi kemiringan.

Beberapa paket rancangan fotovoltaik sudah ada di pasaran.

Gambar 2.8 Proteksi array fotovoltaik terdiri dari hubungan seri-paralel modul[26]

Efisiensi Fotovoltaik

Dalam menilai suatu PV bekerja dengan baik atau tidak, serta

menentukan kualitasnya adalah tergantung pada efisiensi yang dihasilkan

oleh PV tersebut. Apabila PV memiliki efisiensi yang baik, maka daya yang

11

dihasilkan akan maksimal dan rugi-rugi akan semakin kecil. PV dengan

efisiensi yang tinggi dan rugi-rugi yang kecil inilah yang bisa dikatakan PV

yang baik. Efisiensi pada PV dipengaruhi oleh beberapa hal, antara lain

insolasi matahari (I), Luas kolektor PV (Ac) dan daya kolektor yang dimiliki

PV.

Secara matematis bisa dituliskan sebagai berikut : 颇= (31)fV.3故品

dimana, 颇 = efisiensi PV

(IV)max = daya kolektor maksimum (W)

I = Insolasi matahari (W/a挠)

Ac = luas kolektor PV (a挠)

Daya output yang dihasilkan oleh fotovoltaik bervariasi tergantung pada

energi band gap masing-masing bahan semikonduktornya (Green, 1998).

Tabel III.1 Karakteristik fotovoltaik

Jenis Material Energi

Band Gap

(eV)

�nú Ė �n rgr

Silikon (Si) 1,11 24 8

Indium Phosphide

(InP)

1,25 23 3

Gallium Arsenide

(GaAs)

1,35 24 1

Cadmium Telluride

(CdTe)

1,45 21 7

Gallium Phosphide

(GaP)

2,25 17 1

Cadmium Sulfide

(CdS)

2,40 16 7

Nilai efisiensi sebuah modul surya juga sangat tergantung kepada nilai Peak

Sun Hour (PSH). PSH sangat subyektif tergantung pada karakteristik

12

lingkungan termasuk lamanya penyinaran matahari dan indeks kecerahan di

suatu tempat. Besarnya nilai PSH bisa diperoleh mengikuti rumus berikut : 官管寡= 素 3.伸∆棍/32

Di mana :

Ī adalah intensitas matahari pada jam tertentu pada bulan tertentu

Δt adalah rentang waktu di mana matahari memiliki intensitas rata-rata harian

Ī

IR adalah intensitas matahari untuk pengujian standar PV (1000 W/a挠)

Berdasarkan pada struktur kristalnya, maka sel PV dari bahan silikon dapat

dibedakan menjadi 3 macam :

• Sel monokristalin : efisiensi tinggi (16%), memiliki stabilitas yang bagus

tetapiharganya mahal.

• Sel multikristalin : efisiensi lebih rendah (13%),

• Sel amorf : proses produksi jauh lebih mudah dibanding kedua tipe di atas,

tetapi dengan efisiensi sel PV paling rendah.

Faktor pengoperasian fotovoltaik

Beberapa faktor dari pengoperasian fotovoltaik agar mendapatkan nilai yang

maksimum sangat tergantung pada:

a. Ambient temperature udara

Temperature panel fotovoltaik hanya berperan ketika aturan signifikan dalam

menentukan keluaran panel surya, secara khas, kita akan mengharapkan

panel fotovoltaik untuk beroperasi lebih efisien dengan temperature yang

lebih besar. Tetapi pada gambar dibawah ini digambarkan sebaliknya.

13

Seperti yang digambarkan diatas, keluaran akan meningkat dengan penurunan

temperature. Ada banyak faktor yang menetukan mengapa ini muncul. Alasan

yang besar adalah pergerakan elektron dan lubang pada meterial

semikonduktor. Ketika temperature meningkat, Peningkat elektron dan

lubang didalam pergerakan material akan menurun secara signifikan.

Pergerakan elektron didalam silikon semikonduktor panel surya akan

menurun dari 1700 规a挠/ 6Ŗ̜棍 sec pada 27 °C hingga 440 规a挠/ 6Ŗ̜棍 sec

pada 227 °C dimana pergerakan lubang menurun dari 600 规a挠/ 6Ŗ̜棍 sec

pada 27 °C hingga 200 规a挠/ 6Ŗ̜棍 sec pada 227 °C. Pengujian temperature

ini tidak sesuai dengan kondisi operasi tetapi dilakukan untuk memperoleh

titik yang tepat bahwa pergerakan elektron dan lubang menurun ketika

temperature meningkat. Temperature juga menyebabkan pita celah energi

material semikonduktor meningkat. Foton dari matahari menghasilkan

elektron dalam pita valensi semikonduktor dengan energi melompati celah

energi didalam material semikonduktor. Dengan lebih besar celah ergy,

electron akan membutuhkan energi lebih dari foton didalam matahari untuk

mencapai pita konduksi.

Sebuah fotovoltaik dapat beroperasi secara maksimum jika temperature sel

tetap normal pada 25 derajat Celsius. Kenaikan temperature lebih tinggi dari

temperature normal pada fotovoltaik akan melemahkan tegangan Voc.

Gambar 2.9 menunjukan setiap kenaikan temperature fotovoltaik 10 derajat

celcius dari 25 derajat celsius akan berkurang sekitar 0,4 % pada total tenaga

yang di hasilkan atau akan melemah dua kali lipat untuk kenaikan

temperature sel per 10 derajat Celsius.

14

Radiasi matahari

Radiasi matahari di bumi pada lokasi yang berbeda akan bervariable dan

sangat tergantung dengan keadaan sepektrum matahari ke bumi. Insolasion

matahari akan banyak berpengaruh terhadap arus (I) dan sedikit terhadap

tegangan (v).

Radiasi matahari atau yang sering disebut irradiation merupakan karakteristik

yang berhubungan dengan jumlah energi yang mencapai ke permukaan tanah.

Radiasi yang mencapai permukaan bumi pada kondisi kondisi ideal adalah

1000 W/a挠. Tetapi, nilai ini dapat berubah secara signifikan tergantung

dimana letak geografis suatu daerah, sudut matahari dan jumlah awan yang

mencegah seluruh energi matahari untuk mencapai permukaan bumi. Karena

panel fotovoltaik sangat dipengaruhi oleh jumlah energi yang dipancarkan

dari matahari, keluaran fotovoltaik dipengaruhi oleh perubahan radiasi.

15

Kita dapat melihat pada gambar, radiasi atau intensitas cahaya yang diberikan

maka keluaran panel fotovoltaik akan semakin kecil pula. Tetapi hanya arus

keluaran. Hal ini karena pembangkitan arus sebanding dengan fluks foton.

Jika cahaya berkurang pada panel fotovoltaik, maka fluks foton akan lebih

rendah dibanding cahaya matahari yang lebih kuat mengasilkan pengurangan

arus yang dibangkitkan.

Disisi lain tegangan sangat sulit dipengaruhi oleh perubahan radiasi.

Kenyataannya, Perubahan sangat kecil yang didalam perubahan tegangan

diabaikan dan tidak diperhitungkan secara lebih pada aplikasi praktisnya.

Tegangan hubung terbuka adalah level tegangan pada titik dimana tidak ada

arus yang mengalir. Oleh karena itu, tegangan apapun tidak tergantung dari

perubahan fluks foton yang menghasilkan tegangan yang sedikit lebih rendah

dari tegangan hubung terbuka. Radiasi matahari sangat penting sebagai faktor

prediksi kurva karakteristik V-I tetapi suhu panel juga berperan sangat

penting pada pengaturan prediksi kurva karakteristik V-I.

c. Kecepatan angin bertiup

Kecepatan tiupan angin disekitar lokasi fotovoltaik akan sangat membantu

terhadap pendinginan temperature permukaan fotovoltaik sehingga

temperature dapat terjaga dikisaran 25 derajat Celsius.

Keadaan atmosfir bumi

Keadaan atmosfir bumi berawan, mendung, jenis partikel debu udara, asap,

uap air udara, kabut dan polusi sangat menentukan hasil maksimum arus

listrik dari fotovoltaik.

e. Orientasi panel kearah matahari secara optimum

Orintasi dari rangkaian panel kearah matahari secara optimum adalah sangat

penting untuk menghasilkan energi yang maksimum. Selain arah orientasi

sudut orientasi ( tilt engle ) dari panel juga sangat mempengaruhi hasil energi

yang maksimum. Untuk lokasi yang terletak di belahan utara latitude, maka

16

panel sebaiknya diorientasikan ke selatan. Begitu juga yang letaknya di

belahan selatan latitude, maka panel sebaiknya diorientasikan ke utara.

Walaupun panel diorientasikan ke barat atau ke timur akan tetap

menghasilkan energi, tetapi tidak akan menghasilkan energi yang maksimum.

Posisi letak fotovoltaik terhadap matahari (tilt engle)

Mempertahankan sinar matahari jatuh ke sebuah permukaan modul surya

secara tegak lurus akan mendapatkan energi maksimum ± 1000 w/m2 atau 1

kw/m2. Untuk mempertahankan ke tegak lurusan antara sinar matahari

terhadap panel surya dibutuhkan pengaturan posisi modul surya, karena sun

altitude akan berubah setiap jam dalam sehari.

Maksimum Power Point Tracking (MPPT)

Maximum Power Point Tracker (MPPT) adalah suatu sistem yang

digunakan untuk mencari titik maksimum dari tegangan dan arus keluaran

didapat daya keluaran yang maksimal pada panel fotovoltaik.[] Daya keluaran

yang maksimal ini akan menghasilkan rasio daya yang tinggi dan mengurangi

rugi-rugi suatu fotovoltaik.

Adapun prinsip kerja dari MPPT adalah dengan mengubah titik operasi pada

kurva karakteristik P-V dari panel surya dengan menaikkan dan menurunkan

tegangan kerja fotovoltaik. Apabila dalam suatu sistem fotovoltaik, tegangan

kerja fotovoltaik jatuh pada daerah disebelah kiri Vmp (tegangan kerja lebih

kecil daripada tegangan Vmp), maka tegangan kerja fotovoltaik akan

dinaikkan sampai mencapai Vmp, begitu juga sebaliknya apabila tegangan

kerja fotovoltaik lebih besar daripada Vmp (tegangan kerja lebih besar

daripada Vmp), maka tegangan kerja fotovoltaik akan diturunkan sampai

17

mencapai Vmp. Setelah mencapai tegangan maximum point, secara otomatis

daya keluaran pada fotovoltaik juga akan menjadi maksimal.

Sistem Maksimum Power Point Tracking (MPPT) sepenuhnya adalah

sebuah devais elektronik yang dapat mengubah-ubah titik operasi dari panel

surya. Menginagat perubahan level radiasi fotovoltaik berubah-ubah setiap

waktu diharap MPPT dapat bekerja secara dinamis dalam mencari titik daya

maksimum. Adapun yang bertugas untuk menaikkan dan menurunkan

tegangan adalah DC/DC konverter, dengan mengatur duty ratio/duty cycle

(D) yang digunakan untuk switching pada konverter DC/DC. Sehingga

dengan mengatur nilai D diharapkan dapat menemukan titik daya maksimum

dari panel surya.

Sistem Pendukung PV

DC-DC Konverter Tipe Cuk

Salah satu aplikasi elektronika daya adalah konverter DC-DC atau

yang lazim di sebut DC Chopper.[15] Konverter DC-DC berfungsi untuk

mengkonversi tegangan masukan searah konstan menjadi tegangan keluaran

searah yang dapat divariasikan berdasarkan perubahan duty cycle rangkaian

kontrol chopper-nya.

Dc chopper digunakan untuk mengubah sumber tegangan dc yang tetap

menjadi tegangan dc yang variabel dengan mengatur kondisi on-off (duty

cycle) rangkaian dc chopper melalui rangkaian kontrol PWM, komponen

yang digunakan untuk menjalankan fungsi penghubung tersebut tidak lain

adalah switch (solid state electronic switch) seperti misalnya Thyristor,

MOSFET, IGBT, GTO.

18

Sumber tegangan dc dapat diperoleh dari baterai, atau dengan menyearahkan

sumber tegangan ac yang kemudian dihaluskan dengan filter kapasitor untuk

mengurangi riak.

Kelebihannya terutama pada pengubah daya secara jauh lebih efisien dan

pemakaian komponen yang ukurannya lebih kecil.

Blok diagram dc chopper dapat dilihat pada gambar 2.1 dibawah ini.

Gambar 2.1 Blok diagram sistem dc chopper[10]

Baterai

Baterai adalah alat untuk menyimpan energi listrik, prinsip kerjanya

mengubah energi listrik menjadi energi kimia pada saat menyimpan, dan

mengubah energi kimia menjadi energi listrik pada saat digunakan. Baterai

yang paling umum digunakan dalam sistem fotovoltaik adalah tipe lead acid

(asam timbal), termasuk dalam baterai sekunder yang bisa diisi ulang.

Baterai ini tersusun atas beberapa sel elektrokimia, tiap sel memiliki

tegangan nominal sekitar 2 volt, jadi pada baterai dengan tegangan nominal

12 volt tersusun atas 6 sel yang dihubungkan secara seri. Sel terdiri atas plat

positif yang terbuat dari lead dioxide (PbO2), dan plat negatif yang terbuat

dari metallic sponge lead (Pb), keduanya merupakan material aktif, plat

sering disebut juga dengan elektroda. Plat dipisahkan oleh separator yang

merupakan sekat pemisah, digunakan untuk menjaga plat dari kontak listrik

19

dan hubung singkat. Plat dibenamkan di suatu wadah tertutup dengan larutan

elektrolit sebagai media penghantar yang memungkinkan aliran arus melalui

perpindahan ionik, atau perpindahan elektron diantara plat, elektrolitnya

berupa larutan asam sulfat (H2SO4) dan air (H2O). Susunan baterai lead acid

secara umum ditunjukkan pada gambar 2.9.

Gambar 2.9 Susunan sel baterai[3]

Pada waktu pengisian baterai (charge), PbO2 akan berkumpul pada

anoda, Pb berkumpul pada katoda dan mengakibatkan jumlah dari asam sulfat

relatif bertambah sehingga bila diukur berat jenisnya (spesific grafity) akan

lebih besar dari satu. Ketika terjadi pengisian berlebih, pada baterai akan

terbentuk gas hidrogen dan gas oksigen yang cukup berbahaya. Pada saat

proses pengosongan (discharge) akan terbentuk PbSO4 yang berkumpul di

anoda dan di katoda (Gambar 2.10) , sehingga jumlah asam sulfat berkurang

sedangkan jumlah air dalam elektrolit bertambah dan bila diukur harga SG

(spesific grafity) akan mendekati satu. Persamaan kimia yang terjadi dalam

baterai ketika terjadi pengisian dan pengosongan muatan listrik adalah

sebagai berikut:

Gambar 2.1

Karakteristik unjuk kerja baterai dapat ditentukan dengan beberapa

parameter. Kapasitas baterai adalah b

dikeluarkan oleh baterai. Kapasitas energi suatu baterai diukur dalam ampere

jam (Ah), didapatkan dengan mengalikan arus pengosongan dalam ampere

pada perioda waktu tertentu

artinya secara ideal arus yang dapat dikeluarkan sebesa

jam pemakaian. Pada pemakaian sehari

dicapai akibat pengaruh temperatur, SG elektrolit, serta usia pakai dari

baterai. Tegangan cut

diijinkan untuk beroperasi.

nominal baterai untuk pengisian atau pengosongan terhadap perioda waktu

dalam jam. Contohnya, pengosongan 4 ampere untuk nominal baterai 100 Ah

disebut juga C/20.

Gambar 2.10 Proses charger dan discharge pada baterai[1][ 19]

Karakteristik unjuk kerja baterai dapat ditentukan dengan beberapa

parameter. Kapasitas baterai adalah besarnya energi yang dapat disimpan dan

baterai. Kapasitas energi suatu baterai diukur dalam ampere

, didapatkan dengan mengalikan arus pengosongan dalam ampere

pada perioda waktu tertentu. Misalkan, kapasitas baterai 100 Ah 12 Volt

artinya secara ideal arus yang dapat dikeluarkan sebesar 5 Ampere selama 20

jam pemakaian. Pada pemakaian sehari-hari kondisi tersebut tidak dapat

dicapai akibat pengaruh temperatur, SG elektrolit, serta usia pakai dari

cut-off adalah tegangan paling rendah dimana baterai

perasi. Rate of charge/discharge adalah rasio kapasitas

nominal baterai untuk pengisian atau pengosongan terhadap perioda waktu

dalam jam. Contohnya, pengosongan 4 ampere untuk nominal baterai 100 Ah

20

Karakteristik unjuk kerja baterai dapat ditentukan dengan beberapa

esarnya energi yang dapat disimpan dan

baterai. Kapasitas energi suatu baterai diukur dalam ampere

, didapatkan dengan mengalikan arus pengosongan dalam ampere

. Misalkan, kapasitas baterai 100 Ah 12 Volt

r 5 Ampere selama 20

hari kondisi tersebut tidak dapat

dicapai akibat pengaruh temperatur, SG elektrolit, serta usia pakai dari

adalah tegangan paling rendah dimana baterai

adalah rasio kapasitas

nominal baterai untuk pengisian atau pengosongan terhadap perioda waktu

dalam jam. Contohnya, pengosongan 4 ampere untuk nominal baterai 100 Ah

21

Ukuran baterai terlalu kecil dapat mengakibatkan tidak tertampungnya daya

yang lebih. Baterai tersebut mengalami proses siklus menyimpan dan

mengeluarkan, tergantung pada ada atau tidak adanya sinar matahari. Selama

waktu adanya matahari, array panel menghasilkan daya listrik. Daya yang

tidak digunakan dengan segera dipergunakan untuk mengisi baterai. Selama

waktu tidak adanya matahari, permintaan daya listrik disediakan oleh baterai.

Untuk mengetahui baterai dengan kapasitas berapa yang dibutuhkan, dapat

dilakukan penghitungan menggunakan persamaan 乖d>= 顾棍 � 柜雇关雇 � 1瑰d棍 Dimana :

Kap = kapasitas Baterai (Ah pada Vker)

Bt = total konsumsi energi (Watt-jam/hari)

n = jumlah hari dapat menyimpan energi

DOD = depth of discharge, jumlah muatan relatif yang dapat disalurkan

Baterai

Vbat = tegangan kerja baterai

Beberapa hal perlu menjadi pertimbangan saat melakukan pemilihan baterai

yang akan digunakan. Hal tersebut termasuk efisiensi pengisian baterai, SOC

(State of Charge-jumlah muatan relatif baterai yang tersedia 0-100 %), Dept

of Discharge (DOD-jumlah muatan yang disalurkan baterai saat terisi penuh),

dan umur siklus baterai. Umur siklus baterai dibedakan menjadi 2, yaitu

baterai siklus dangkal dan baterai siklus dalam. Baterai siklus dangkal

didesain untuk kebutuhan 15% DOD harian. Sedangkan baterai siklus dalam

didesain untukn kebutuhan 80% DOD harian. Disarankan menggunakan

“Deep Discharge Battery”, pilih juga baterai yang memilki DOD reguler 40%

dan dapat memasok energi selama 3-4 hari ketika tidak ada matahari dengan

DOD maksimum 80-90 % (Djojodihardjo, 2001).

State of charge (SOC) menyatakan perbandingan antara sisa muatan yang

masih dapat dipergunakan dengan muatan pada kapasitas penuh. SOC

biasanya dinyatakan dalam persen. 100 % menunjukkan muatan baterai

penuh, 50 % untuk setengah penuh, 0 % muatan habis (complete discharge).

22

Urutan dari discharging kembali sampai pada SOC semula disebut sebagai

satu cycle. Depth of discharge (DOD) dalam satu cycle tergantung keperluan

penggunaan baterai. DOD merupakan suatu batas maksimal pelepasan

muatan dari baterai dan jika dalam keadaan ini baterai masih beroperasi maka

akan terjadi kerusakan pada baterai.

2.2 Battery Charger Regulator (BCR)[3]

Fungsi utama dari BCR adalah mengatur proses pengisian dan

pengosongan baterai agar baterai terhindar dari kerusakan. Pengaturan ini

dilakukan dengan cara memutuskan hubungan sumber (modul fotovoltaik) ke

baterai ketika tegangan baterai telah mencapai titik mati tegangan atas (High

Voltage Disconect). Jika pada tegangan titik mati atas (HVD) baterai tetap

terhubung dengan sumber, maka akan dapat mengakibatkan air baterai (accu

zuur) menjadi panas dan menguap sehingga jika dibiarkan akan berkurang

dan habis yang akan menurunkan tegangan dan merusak sel-sel elektrokimia

dalam baterai.

Pengaturan juga dilakukan dengan memutuskan hubungan baterai

dengan beban ketika tegangan baterai telah mencapai titik mati tegangan

bawah (Low Voltage Disconect). Hal ini dilakukan agar State Of Charge

(SOC) baterai tidak berkurang melebihi daerah yang direkomendasikan

dengan mengacu pada adanya variasi besar dan waktu pengisian energi dari

matahari. Rangkaian untuk batteray charger regulator dapat dilihat pada

gambar 2.11.

Gambar 2.11 Rangkaian BCR.[3]

23

Sebagian besar sistem fotovoltaik membutuhkan suatu BCR. Akan tetapi

terdapat suatu keadaan khusus ketika BCR tidak dibutuhkan. Perancangan

sistem untuk operasi tanpa BCR harus benar-benar dipahami sebab sangat

beresiko terhadap pengisian berlebih dan pengosongan berlebih pada baterai.

Terdapat 2 keadaan yang memungkinkan tidak diperlukannya pengatur

pengisian pemuatan baterai, yaitu :

1. Ketika digunakannya “ modul self-regulating” bertegangan rendah pada

iklim yang biasa.

2. Ketika kapasitas baterai sangat besar dibandingkan kapasitas array

fotovoltaik.

Battery Charge Regulator (BCR) yang dipilih haruslah memenuhi

persyaratan persyaratan teknik antara lain :

• Kapasitas maksimum input dan output

• Mempunyai tegangan maksimal dan minimum untuk pemutusan hubungan

• Konsumsi daya yang rendah

• Mempunyai proteksi terhadap adanya hubungan singkat dan beban

berlebih

• Mempunyai blocking diode dan sesuai dengan kapasitas maksimum

Logika Fuzzy

2.2.5.1 Pengertian Logika Fuzzy

Fuzzy secara bahasa diartikan sebagai kabur atau samar-samar. Suatu

nilai dapat bernilai besar atau salah secara bersamaan. Dalam Fuzzy dikenal

derajat keanggotaan yang memiliki rentang nilai 0 (nol) hingga 1(satu).

Berbeda dengan himpunan tegas yang memiliki nilai 1 atau 0 (ya atau tidak).

Dalam teori logika fuzzy suatu nilai bias bernilai benar atau salah

secara bersama. Namun berapa besar keberadaan dan kesalahan suatu

tergantung pada bobot keanggotaan yang dimilikinya. Logika Fuzzy memiliki

derajat keanggotaan dalam rentang 0 hingga 1. Berbeda dengan logika digital

24

yang hanya memiliki dua nilai 1 atau 0. Logika Fuzzy digunakan untuk

menterjemahkan suatu besaran yang diekspresikan menggunakan bahasa

(linguistic), misalkan besaran kecepatan laju kendaraan yang diekspresikan

dengan pelan, agak cepat, cepat, dan sangat cepat. Dan Logika Fuzzy

menunjukan sejauh mana suatu nilai itu benar dan sejauh mana suatu nilai itu

salah. Tidak seperti Logika klasik crisp/tegas, suatu nilai hanya mempunyai 2

kemungkinan yaitu merupakan suatu anggota himpunan atau tidak. Derajat

keanggotaan 0 (nol) artinya nilai bukan merupakan anggota himpunan dan 1

(satu) berarti nilai tersebut adalah anggota himpunan.

Logika Fuzzy adalah suatu cara yang tepat untuk memetakan suatu

ruang input kedalam suatu ruang output, mempunyai nilai kontinyu. Fuzzy

dinyatakan dalam derajat dari suatu keanggotaan dan derajat dari kebenaran.

Oleh sebab itu sesuatu dapat dikatakan sebagian benar dan sebagian salah

pada waktu yang sama (Kusumadewi. 2010). Logika Fuzzy memungkinkan

nilai keanggotaan antara 0 dan 1, tingkat keabuan dan juga hitam dan putih,

dan dalam bentuk linguistik, konsep tidak pasti seperti "sedikit", "lumayan"

dan "sangat" (Zadeh 1965). Kelebihan dari teori logika fuzzy adalah

kemampuan dalam proses penalaran secara bahasa (linguistic reasoning).

Sehingga dalam perancangannya tidak memerlukan persamaan matematik

dari objek yang akan dikendalikan.

Himpunan Fuzzy

Dalam teori logika Fuzzy dikenal himpunan Fuzzy (Fuzzy set) yang

merupakan pengelompokan sesuatu berdasarkan variabel bahasa (linguistic

variable), yang dinyatakan dalam fungsi keanggotaan. Didalam semesta

pembicaraan (universe of discourse) U, fungsi keanggotaan dari suatu

himpunan Fuzzy tersebut bernilai 0 sampai dengan 1.

Himpunan fuzzy (fuzzy set) adalah sekumpulan obyek x dimana

masing masing obyek memiliki nilai keanggotaan (membership function) “µ”

atau disebut juga dengan nilai kebenaran. Jika X adalah sekumpulan obyek

dan anggotanya dinyatakan dengan x maka himpunan fuzzy dari A di dalam X

adalah himpunan dengan sepasang anggota atau dapat dinyatakan dengan

25

故 = {µA(�) | �∶ �∈X,故(�)∈[0,1]∈ℜ}

(2.33)

Contoh, jika A = “bilangan yang mendekati 10” dimana:

A= {(x, µA(�)) | µA(�) = (1+(x-102)-1}

A= {(0,0.01),....,(5,0.004),....,(10,1),....,(15,0.04),...}

Maka grafik yang mewakili nilai µA(�) adalah

Gambar 2.17 Grafik himpunan fuzzy untuk bilangan yang mendekati 10

Himpunan fuzzy memiliki 2 atribut, yaitu :

1. Linguistik, yaitu penamaan suatu grup yang memiliki suatu keadaan atau

kondisi tertentu dengan menggunakan bahasa alami, seperti : MUDA,

PAROBAYA, TUA.

2. Numeris, yaitu suatu nilai (angka) yang menunjukkan ukuran dari suatu

variabel seperti : 5, 10, 15 dan sebagainya.

Ada beberapa hal yang perlu diketahui dalam memahami sistem fuzzy,

yaitu :

1. Variabel fuzzy

Variabel fuzzy merupakan variabel yang hendak dibahas dalam suatu sistem

fuzzy. Contoh: umur, temperatur, permintaan, dan lain-lain.

2. Himpunan fuzzy

Himpunan fuzzy merupakan suatu grup yang memiliki suatu kondisi atau

keadaan tertentu dalam suatu variabel fuzzy. Contoh: Variabel temperatur

terbagi menjadi 5 himpunan fuzzy, yaitu: DINGIN, SEJUK, NORMAL,

HANGAT dan PANAS.

26

Gambar 2.18 Himpunan fuzzy pada variabel temperatur

3. Semesta Pembicaraan

Semesta pembicaraan adalah keseluruhan nilai yang diperbolehkan untuk

dioperasikan dalam suatu variabel fuzzy. Semesta pembicaraan merupakan

himpunan bilangan real yang senantiasa naik (bertambah) secara monoton

dari kiri ke kanan atau sebaliknya. Nilai semesta pembicaraan dapat berupa

bilangan positif maupun negatif. Contoh semesta pembicaraan:

a. Semesta pembicaraan untuk variabel umur: [0 +∞]

b. Semesta pembicaraan untuk variabel temperatur: [0 40]

4. Domain

Domain himpunan fuzzy adalah keseluruhan nilai yang diizinkan dan boleh

dioperasikan dalam suatu himpunan fuzzy. Semesti halnya semesta

pembicaraan, domain merupakan himpunan bilangan real yang senantiasa

naik (bertambah) secara monoton dari kiri ke kanan. Nilai domain dapat

berupa bilangan positif maupun negatif. Contoh domain himpunan fuzzy:

a. DINGIN = [0, 20]

b. SEJUK = [15, 25]

c. NORMAL = [20, 30]

d. HANGAT = [25, 35]

e. PANAS = [30, 40]

Operator Dasar Zadeh untuk Operasi Himpunan Fuzzy[6,12]

Seperti halnya himpunan konvensional, ada beberapa operasi yang

didefinisikan secara khusus untuk mengkombinasi dan memodifikasi

himpunan fuzzy. Nilai keanggotaan sebagai hasil dari operasi 2 himpunan

sering dikenal dengan nama fire strength atau �-predikat. Ada 3 operator

dasar yang diciptakan oleh Zadeh, yaitu AND, OR dan NOT

(Kusumadewi,2010).

Misalkan himpunan A dan B merupakan dua himpunan fuzzy pada

semesta pembicaraan U dengan fungsi keangotaan µA(x) dan µB(x) untuk

27

setiap x Є X. Nilai keanggotaan sebagai hasil dari operasi himpunan A dan B

disebut juga sebagai fire strength atau α-predikat.

Adapun operasi-operasi dasar himpunan fuzzy terdiri dari :

1. Operator ini berhubungan dengan operasi interseksi pada himpunan. �–

predikat sebagai hasil operasi dengan operator AND diperoleh dengan

mengambil nilai keanggotaan terkecil antar elemen pada himpunanhimpunan

yang bersangkutan.

Gabungan (union) dari dua himpunan fuzzy A dan B adalah himpunan fuzzy

dengan derajat keanggotaan elemenya diberikan sebagai berikut

( ) ( ( ), ( ))A B A Bu Max u um m mÈ = (2.38)

Gambar 2.24 Operasi Union Himpunan Bagian A dan B

2. Irisan dari dua himpunan fuzzy A dan B adalah himpunan fuzzy dengan

derajat keanggotaan elemnnya diberikan sebagai berikut

( ) ( ( ), ( ))A B A Bu Min u um m mÇ = (2.39)

Gambar 2.25 Operasi Irisan Himpunan Bagian A dan B

3. Komplemen dari himpunan fuzzy A dengan derajat keanggotaan Am (u)

didefinisikan sebagai himpunan fuzzy yang terletak pada semesta yang sama

dengan derajat keanggotaan.

( ) 1 ( )A Au um m= -

Operator-operator Alternatif

28

Pada dasarnya, ada 2 tipe operator alternatif, yaitu operator alternatif

yang didasarkan pada transformasi aritmatika, seperti : mean, product, dan

bounded suml; dan operator alternatif yang didasarkan pada transformasi

fungsi yang lebih kompleks, seperti : Kelas Yager dan Sugeno.

Fuzzy Reasoning[6,12]

Dalam membuat suatu keputusan logika fuzzy akan selalu didasarkan

dari aturan-aturan yang telah ditentukan sebelumnya. Fuzzy reasoning

biasanya dilakukan menggunakan aturan if-then. Aturan-aturan fuzzy

mendefinisikan hubungan antara variable masukan dan keluaran linguistik

fuzzy. Aturan terdiri dari dua bagian anteceden dan konsquen, sebuah aturan

yang umum misalnya

Pada aturan fuzzy diatas input1, input2, dan output adalah variabel fuzzy,

sedang kecil, negatif_besar, dan nol adalah variabel linguistik. AND adalah

operasi hubungan, operasi ini menyatukan hasil dalam bagian premis.

Hubungan umum yang lainnya adalah union OR dan komplemen NOT.

Sistem Inferensi Fuzzy

Sistem inferensi fuzzy adalah sebuah kerangka kerja perhitungan yang

berdasar pada konsep teori himpunan fuzzy, aturan fuzzy If-Then, dan

pemikiran fuzzy. Sistem inferensi fuzzy ini telah berhasil di aplikasikan pada

berbagai bidang, seperti kontrol otomatis, klasifikasi data, analisis keputusan,

sistem pakar, prediksi time series, robotika dan pengenalan pola. Sistem

inferensi fuzzy juga dikenal dengan berbagai nama seperti fuzzy rule based

system (sistem berbasis aturan fuzzy), fuzzy expert system (sistem pakar

fuzzy), fuzzy model, fuzzy associative memory, fuzzy logic controler

(pengendali logika fuzzy) dan sistem fuzzy sederhana. Struktur dasar dari

sistem inferensi fuzzy berisi tiga komponen konseptual:

29

1. Dasar aturan yang mana berisi sebuah pemilihan aturan fuzzy.

2. Database yang mendefinisikan fungsi keanggotaan yang digunakan dalam

aturan fuzzy.

3. Mekanisme pemikiran yang mengerjakan prosedur inferensi terhadap aturan

dan kenyataan yang diketahui untuk menurunkan output atau kesimpulan

yang masuk akal.

Sistem inferensi fuzzy dapat mengambil input fuzzy ataupun crisp, tetapi

outputnya hampir selalu menghasilkan himpunan fuzzy. Oleh karena itu,

diperlukan suatu metode defuzzifikasi untuk mendapatkan nilai crisp.

Metode Sugeno

Penalaran dengan metode SUGENO (konsekuen) sistem tidak berupa

himpunan fuzzy, melainkan berupa konstanta atau persamaan linear. Metode

ini diperkenalkan oleh Takagi- Sugeno Kang pada tahun 1985.

a. Model Fuzzy Sugeno Orde-Nol

Secara umum bentuk model fuzzy SUGENO Orde-Nol adalah:

IF (x1 is A1) · (x2 is A2) · (x3 is A3) · ...... · (xN is AN) THEN z=k

dengan Ai adalah himpunan fuzzy ke-i sebagai anteseden, dan k

adalah suatu konstanta (tegas) sebagai konsekuen.

b. Model Fuzzy Sugeno Orde-Satu

Secara umum bentuk model fuzzy SUGENO Orde-Satu adalah:

IF (x1 is A1) · ...... · (xN is AN) THEN z = p1*x1 + … + pN*xN + q

30

dengan Ai adalah himpunan fuzzy ke-i sebagai anteseden, dan pi adalah

suatu konstanta (tegas) ke-i dan q juga merupakan konstanta dalam

konsekuen. Apabila komposisi aturan menggunakan metode SUGENO, maka

deffuzifikasi dilakukan dengan cara mencari nilai rata-ratanya.

Pembuatan Aturan-Aturan Fuzzy[6,12]

Aturan-aturan fuzzy merupakan sekumpulan pernyataan linguistik

yang menggambarkan bagaimana FIS tersebut membuat keputusan

berdasarakan pengklasifasian masukan atau pengontrolan keluaran. Aturan-

aturan fuzzy selalu ditulis pada bentuk berikut

if (input1 adalah fungsi keanggotaan 1) and/or (input2 adalah fungsi 2)

and/or ... then(outputn adalah fungsi keanggotaan keluaran)

2.4.7.2 Fuzzifikasi[6,12]

Tujuan utama dari fuzifikasi adalah untuk memetakan masukan-

masukan dari sensor-sensor atau fitur-fitur pada nilai dari 0 sampai 1

menggunakan sebuah himpunan fungsi keanggotaan. Pada contoh gambar

2.13 terdapat 2 masukan, x0 dan y0. Masukan masukan ini dipetakan menjadi

angka-angka fuzzy dengan menggambarkan sebuah garis dari masukan

menuju fungsi keanggotaan diatasnya dan menandakan titik irisannya.

Fungsi keanggotaan masukan-masukan ini dapat merepresentasikan

konsep fuzzy seperti “besar”, “kecil, “panas”, “dingin” dan sebagainya.

Contohnya x0 dapat berupa energi EMG yang datang dari depan telapak

tangan dan y0 dapat berupa energi EMG yang datang dari belakang telapak

tangan. Fungsi-fungsi keanggotaan dapat merepresentasikan besarnya jumlah

tensi yang datang dari otot atau dapat pula kecilnya jumlah. Ketika memilih

fungsi keanggotaan, definisi besar atau kecil dapat berbeda untuk tiap

masukan.

2.4.7.3 Konsequen

Konsequen dari aturan fuzzy dapat dihitung menggunakan 2 langkah:

31

1. Menghitung rule strength dengan mengkombinasikan masukan yang telah

terfuzifikasi menggunakan proses-proses kombinasi.

2. Memotong fungsi anggota keluaran pada rule strength.

2.4.7.4 Mengkombinasikan Keluaran-Keluaran Menjadi sebuah Distribusi

Keluaran

Keluaran dari seluruh aturan-aturan fuzzy harus dikombinasikan

untuk mendapatkan satu distribusi keluaran fuzzy. Biasanya, tapi tidak selalu,

diselesaikan dengan menggunakan fuzzy “OR”. Gambar 2.13 dan 2.14

merupakan contoh penggunaan operator OR ini. Fungsi keanggotaan keluaran

yang berada pada sisi kanan dari gambar dikombinasikan menggunakan fuzzy

OR dan menghasilkan satu distribusi keluaran seperti ditunjukkan pada

gambar dibawahnya.

2.4.7.5 Defuzifikasi[6,12]

Lazimnya banyak kasus yang mengharapkan keluaran dari FIS

Mamdani berupa sebuah nilai tegas. Misalnya, ketika seseorang ingin

mengklasifikasikan sebuah huruf yang digambarkan dengan tangan pada

sebuah tablet gambar, FIS tentunya harus memberikan keluaran tegas untuk

memberitahukan komputer huruf apa yang telah digambarkan tersebut. Ada 2

teknik umum yang sering digunakan pada proses Defuzifikasi di FIS

Mamdani:

1. Pusat Massa (Center of Mass). Teknik ini menggunakan fungsi 2.41 untuk

mendapatkan nilai tegas dari suatu distribusi keluaran

1

1

( )

( )

q

j c jjq

c jj

Z u Zz

u Z

=

=

=åå

(2.41)

Dimana z adalah pusat massa dan uc adalah anggota di kelas c dengan

nilai zj. Contoh keluaran dari perhitungan ini ditunjukkan pada gambar

berikut

32

Gambar 2.27 contoh penggunaan defuzifikasi dengan pusat massa

2. Rerata Maksimum(Mean of Maximum). Teknik ini menggunakan fungsi 2.42

untuk mendapatkan nilai tegas dari suatu distribusi keluaran

1

lj

j

zz

l=

= å (2.42)

Dimana z merupakan rerata maksimum, zj adalah titik dimana fungsi

keanggotaan bernilai maksimum, dan l adalah banyaknya distribusi keluaran

yang sampai pada tingkat maksimum. Contoh keluaran dari perhitungan ini

ditunjukkan pada gambar berikut

Gambar 2.28 Contoh penggunaan defuzifikasi rerata maksimum

6.3 Gambaran Blok Perancangan Alat

Pada dasarnya teknologi yang diterapkan pada simulasi Maksimum

Power Point Tracking ini menggunakan teknologi pengaturan dc-dc chopper

untuk menaikkan dan menurunkan tegangan dan arus keluaran fotovoltaik

untuk mencari titik daya keluaran maksimum dari fotovoltaik. Phothovoltaic

memiliki karakteristik hubungan arus dan tegangan yang tak linier, dimana

perbandingan antara arus dan tegangan berbanding terbalik. Sehingga

diperlukan suatu peralatan yang mampu mengatur tegangan dan arus keluaran

33

fotovoltaik pada titik perkalian maksimum atau pada titik Vmp dan Imp. Hal

ini dapat dilakukan dengan menggatur duty cycle pada peralatan dc-dc

konverter dengan menggunakan suatu algoritma.

Algoritma yang digunakan pada tugas akhir ini adalah algoritma fuzzy

sugeno orde 0. Referensi yang digunakan pada algoritma ini menggunakan

tegangan dan arus referensi keluaran dari chopper. Perancangan simulasi ini

dapat diliat apa gambar berikut :

Gambar 7 Blok Diagram Rangkaian Maksimum Power Point Tracking

34

X. Daftar Pustaka

1. Balogh Laszlo, Design And Application Guide For High Speed MOSFET

Gate Drive Circuits.

2. Callebaut Jean, Power Quality and Utilisation Guide, www.leonardo-

energi.org, 2007

3. Jung-gi Lee, Sun-kyoung Lim, Kwang-hee Nam, Dong-ik Choi, Design

Method of an Optimal Induction Heater Capasitance for Maximum Power

Dissipation and Minimum Power Loss Caused by ESR.

4. Kang C.H., Sakamoto H., Harada K, A Half-Bridge Converter using

Series-Resonant Technology and Saturable Inductor Commutation, Energi

Electronic Laboratory Sojo University, Japan, 2001.

5. Kazimierczuk Marian K, Czarkowski Darius, Resonant Power Converter,

John Wiley and Sons, Inc.

6. Lister, Rangkaian dan Mesin Listrik, Penerbit Erlangga,Jakarta,1993.

7. M. Rashid, Power Electronics Circuit, Device, and Aplication 2nd,

Prentice-Hall International Inc, 1988.

8. Rudnev Valery, Loveless Don, Cook Raymond, Handbook of Induction

Heating, Marcel Decker, Inc, New York, 2003.

9. Sippola Mika, Developments for the High Frequency Power Transformer

Design and Implementation .

10. Wildi Toldore. Electrical Machine, Driver, and Power Systems, Prentice-

Hall International Inc, 1981.