presentasi sidang 16 Juli 2025 dengan e orang penguji.pptx

Presentasi Penelitian

1. REKAYASA STABILITAS BUS DC 48V SISTEM FOTOVOLTAIK DENGAN KONVERTER DC-DC DUA ARAH DAN STRATEGI KONTROL PI Oleh : Kiki Jumaida NIM. 2104205010004

2. Latar Belakang Pemanfaatan panel surya (PV) banyak diterapkan untuk elektrifikasi daerah terpencil karena efisien dan ramah lingkungan . Namun , output PV bersifat fluktuatif tergantung cuaca dan waktu , sehingga menyebabkan ketidakstabilan tegangan , terutama pada sistem DC tegangan rendah . Untuk menjaga kestabilan energi , digunakan konverter DC-DC dua arah dan kontrol PI (Proportional-Integral) . Sistem ini memungkinkan proses charging dan discharging baterai secara optimal, walaupun terjadi perubahan beban atau intensitas radiasi matahari . Penelitian ini memodelkan sistem konverter DC-DC dua arah berbasis kontrol PI untuk meningkatkan keandalan dan efisiensi distribusi energi dari PV ke beban melalui baterai .

3. Rumusan Permasalahan Bagaimana karakteristik kestabilan tegangan pada bus DC 48V dalam sistem fotovoltaik yang terhubung dengan beban dan baterai dan strategi kontrol PI dapat diterapkan untuk menjaga kestabilan tegangan bus DC secara optimal? Bagaimanakah kestabilan charging dan discharging Baterai dengan sistem buck boost Converter ketika diberikan perlakuan nilai iradian dan beban yang berubah dalam hal ini nilai iradian dan beban beban direkayasa dalam dua kondisi?

4. Tujuan Penelitian Me modelkan rekayasa kestabilan tegangan bus DC 48V pada sistem fotovoltaik yang terhubung dengan beban dan baterai melalui konverter DC-DC dua arah. Mengembangkan strategi pengendalian berbasis Proportional-Integral (PI) untuk menjaga kestabilan tegangan bus DC pada nilai referensi 48V di bawah kondisi beban dan irradiance yang berubah-ubah Melakukan simulasi sistem secara menyeluruh guna melihat kestabilan tegangan bus DC dengan penerapan strategi kontrol PI dan mengevaluasi kinerja sistem kontrol PI terhadap gangguan sistem seperti perubahan daya beban, variasi input dari PV, dan switching antar mode charge-discharge baterai.

5. METODE PENELITIAN Alat dan Bahan Penelitian Penelitian ini menggunakan beberapa perangkat lunak utama sebagai alat bantu dalam proses pemodelan dan simulasi sistem . MATLAB dan Simulink digunakan sebagai platform utama untuk melakukan pemodelan sistem fotovoltaik , konverter DC-DC dua arah , serta penerapan kontrol PI. Simulink memungkinkan simulasi visual dan numerik terhadap aliran daya , tegangan , serta respon sistem terhadap perubahan beban dan irradiance. Selain itu , LTSpice dan MiKTeX digunakan untuk menyusun laporan dan dokumen ilmiah dalam format LaTeX, sehingga memungkinkan penulisan rumus dan notasi teknis dengan presisi tinggi . Kombinasi dari perangkat lunak ini diharapkan dapat mendukung keakuratan simulasi serta kualitas analisis terhadap kestabilan sistem yang dikembangkan .

6. Tahapan dan Prosedur Penelitian Topologi menunjukkan alur sistem pengaturan tegangan DC 48V pada sistem fotovoltaik menggunakan konverter DC-DC dua arah dan kontrol PI. PV menghasilkan energi berdasarkan irradiance. Energi masuk ke konverter buck-boost untuk disalurkan ke beban atau baterai . PI controller mengatur kestabilan tegangan melalui sinyal PWM . Sistem memungkinkan proses charging dan discharging baterai secara otomatis sesuai kondisi irradiance dan beban .

7. Flowchart ini menggambarkan alur penelitian dimulai dari studi literatur dan referensi yang dilanjutkan dengan pemodelan matematis dan desain simulasi . Parameter masukan seperti irradiance, Kp , Ki, dan beban digunakan untuk menguji performa sistem . Selanjutnya , sistem diuji menggunakan konverter DC-DC dua arah yang bekerja dalam mode buck (charging) atau boost (discharging). Proses dilanjutkan ke tahap Charging dan Discharging baterai hingga energi dapat disalurkan ke beban secara stabil .

8. Parameter PV dan topologi sistem pemodelan Parameter Nilai Maximum power (Pm) 2 35 Wp Maximum Power Current (Ipm) 7,68 A Short Circuit Current (Isc) 8,23 A Maximum Power Voltage (Vpm) 30,6 V Open Circuit Voltac (Voc) 36,72 V Time Constant (τ) 20,83 x 10 -6 s Kapasitor (C) 416,6 x 10 -6 F Induktor (L) 0,48 x 10 -3 H Resistor Beban (Ω) 30Ω Kapasitas Baterai 48V 10Ah Irradian (Solar Global Atlas) 0 – 514 W/m 2 Suhu (STC) 25 C

9. PV Array Penggunaan model PV pada simulasi akan menentukan berapa besarnya tegangan dan arus yang dihasilkan serta bentuk hubungan seri ataupun paralel PV tersebut. Pada desain ini PV yang digunakan adalah A10 Green Technology A10J-M60-235 dengan kapasitas 235 Wp. Tegangan maksimum saat open circuit adalah 36,72 V dan arus maksimum saat short circuit sebesar 8,23 A. Dalam simulasi ini dimodelkan menggunakan 4 buah modul yang sama dan terhubung seri paralel 2 x 2. Sehingga diperoleh besarnya tegangan dan arus luaran dari PV array sebagai berikut :  

10. Kapasitas Baterai Penggunaan baterai dalam simulasi akan memberikan gambaran kondisi charging dan discharging . Kapasitas baterai akan ditentukan oleh besarnya beban yang akan digunakan. Dalam pemodelan ini beban yang digunakan adalah beban dummy berupa resistor. Hal ini dilakukan untuk melihat kondisi discharging seiring dengan kapasitas baterai. Pada pemodelan ini parameter baterai yang digunakan adalah sebagai berikut : Parameter Baterai Nilai Nominal Voltage (V) 48 V Rate Capacity (A) 10 Ah Initial State of charge 90 % Cut off voltage (Discharge) (V) 36 V Fully Charge Voltage (V) 55,87 V Nominal Discharge Current (A) 4,34 A

11. Desain Buck Mode (Step Down) Mode buck digunakan saat tegangan input lebih tinggi dari tegangan output, seperti saat mengisi baterai dari panel surya . Saat S1 ON , induktor menyimpan energi dari input ( fase pengisian ). Saat S1 OFF , induktor melepaskan energi ke baterai ( fase pelepasan ). Proses ini menghasilkan arus pengisian yang halus dan terkendali , mencegah lonjakan arus ke baterai . Efisiensi switching konverter tinggi , sekitar 90–95% , sehingga energi yang hilang minimal . Duty cycle menjadi parameter penting , menentukan lamanya waktu S1 dalam kondisi ON selama satu siklus switching.

12. Duty Cycle Ripple in Inductor Current Inductor   Capacitor  

13. Desain Boost Mode (Step Up) Mode boost digunakan saat tegangan output harus lebih tinggi dari tegangan baterai , yaitu saat proses discharging ke beban . Saat S2 ON, induktor menyimpan energi dari baterai . Saat S2 OFF, induktor melepaskan energi ke beban , menghasilkan tegangan yang lebih tinggi . Proses berjalan dalam dua fase utama : S2 ON → pengisian energi ke inductor S2 OFF → pelepasan energi ke beban Efisiensi sistem tinggi , sekitar 90–95%, tergantung pada kualitas saklar dan desain rangkaian . Duty cycle harus disesuaikan agar rugi-rugi konversi dapat dikompensasi dan output tetap stabil .

14. Duty Cycle Ripple in Inductor Current Inductor   Capacitor  

15. Trial-and-Error Tuning PI untuk Buck Converter Uji Kp Ki Rise Time Overshoot Settling Time Steady-State Error Keterangan 1 0.001 2.0 Lambat Rendah Lama Ada Respon terlalu lambat, belum akurat 2 0.002 4.474 Sedang Sedikit Stabil Hampir nol Nilai referensi awal, performa cukup baik 3 0.003 4.474 Cepat Sedang Lebih cepat Nol Respons meningkat tanpa banyak overshoot 4 0.004 4.474 Sangat cepat Tinggi Lama Nol Overshoot meningkat, perlu pembatasan output 5 0.002 6.0 Sedang Tinggi Tidak stabil Tidak nol Ki terlalu besar, menyebabkan osilasi 6 0.002 3.0 Sedang Sangat kecil Stabil Ada sedikit Respons halus tapi error tetap muncul sedikit

16. Trial-and-Error Tuning PI untuk Boost Converter Uji Kp Ki Rise Time Overshoot Settling Time Steady-State Error Keterangan 1 0.01 0.5 Lambat Rendah Lama Ada Sistem terlalu lambat 2 0.03 1.0 Sedang Sedikit Cukup cepat Hampir 0 Mulai stabil 3 0.03 2.0 Sedang Sedang Cukup cepat Rekomendasi awal (stabil & cepat) 4 0.05 2.0 Cepat Tinggi Lambat Cepat tapi overshoot tinggi 5 0.05 3.0 Cepat Sangat tinggi Tidak stabil Tidak 0 Sistem osilasi/instabil 6 0.02 3.0 Sedang Sedikit Lama Stabil tapi lambat

17. Hubungan Konstanta Kontrol PI dengan Nilai Kompleks Bagian ini untuk melakukan pengaturan PI Controller untuk Reduksi Osilasi Pengontrol PI digunakan untuk mengurangi osilasi transien pada mode buck dan boost akibat komponen induktor & kapasitor.Osilasi muncul karena sifat non-linear dan penyimpanan energi dalam sistem buck- boost.Jika Kp & Ki tidak diatur , dapat terjadi overshoot, underdamped, bahkan instabilitas.Proses tuning dilakukan dengan metode trial and error:Awalnya Ki = 0, lalu Kp ditingkatkan bertahap.Nilai Ki disesuaikan untuk menghindari resonansi antara L dan C.Hasil terbaik diperoleh pada:Mode Buck: Kp = 0,002, Ki = 4,474Mode Boost: Kp = 0,03, Ki = 2

18. Pengujian step response Kontrol PI mode buck pada nilai Kp = 0,002 dan Ki = 4,474 dan PI mode boost pada nilai Kp = 0,03 dan Ki = 2

19. Skenario Charging State of Charge (SoC) merupakan parameter penting dalam sistem manajemen baterai untuk menunjukkan persentase kapasitas energi yang tersisa dalam baterai dibandingkan dengan kapasitas totalnya. SoC digunakan untuk memantau dan mengatur pengisian dan pengosongan baterai agar tidak terjadi overcharge atau overdischarge, yang dapat merusak baterai atau memperpendek umur pakai. Dalam pemodelan ini jika SoC diatur sebesar 20% maka dapat dijabarkan sebagai berikut: Kapasitas penuh baterai = 10 Ah , Tegangan nominal = 48 V , SoC target = 20% dari kapasitas penuh , Maka nilai energi total adalah : Sedangkan energi tersisa pada SoC 20% adalah : Artinya, saat SoC mencapai 20%, energi yang masih tersedia di baterai adalah sekitar 96 Wh. Kapasitas arus tersisa adalah :  

20. Dari gambar tegangan dan arus charging dapat dilihat terjadi osilasi pada saat kondisi transien. Hal ini disebabkan buck boost coverter merupakan sistem non-linear dan memiliki komponen penyimpan energi seperti induktor dan kapasitor. Untu mengurangi osilasi ini digunakan Kontrol PI dengan mengatur nilai Kp dan Ki selain memberikan batas pengontrolan arus dan tegangan keluaran.

21. Skenario Discharging Dalam sistem penyimpanan energi berbasis baterai, proses discharging adalah saat energi listrik dilepaskan dari baterai untuk memberi daya ke beban. Discharging perlu diatur secara hati-hati untuk menjaga efisiensi, mencegah kerusakan sel baterai, dan mempertahankan SoC dalam rentang aman. Pada skenario discharging dalam pemodelan ini digunakan beban dummy berupa resistor sebesar 5 Ω dan 30 Ω. Sementara tegangan beban adalah 70 V dengan SoC awal baterai 90%. Perhitungan energi yang tersedia pada SoC 90% adalah : Sedangkan arus beban (Output Current) dan Daya Output adalah : Artinya, beban akan menggunakan daya sebesar 980 W dari converter. Sedangkan estimasi lama waktu discharging dengan asumsi efisiensi converter ideal (100%) adalah :  

22. fff

23. Jika dilihat pada perhitunga arus beban sebesar 14 A dengan beban resistor 5 Ω, pada grafik arus beban yang terlihat adalah 10,3 A. Hal ini terjadi akibat adanya lost pada boost converter yang disebabkan oleh leakage current (arus bocor). Hal ini dapat dilihat perbedaan arus beban dengan perhitungan sebagai berikut : Terjadi penurunan arus sebesar 3.7 A, yang tidak sesuai dengan perhitungan ideal berdasarkan hukum Ohm. Hal ini menunjukkan adanya kerugian sistem, salah satunya berasal dari leakage current dan losses internal konverter. Jika dilihat dari power loss maka diperoleh : Ini adalah kerugian daya total estimasi, termasuk leakage current dan semua losses konversi. Selanjutnya perlu dihitung efisiensi boost converter yang digunakan dengan menentukan daya output terukur terlebih dahulu sebagai berikut : Kemudian bisa diperoleh besarnya efisiensi boost controller berdasarkan perhitungan berikut : Hasil perhitungan menunjukkan bahwa arus beban aktual sebesar 10,3 A pada tegangan 70 V menghasilkan daya keluaran sebesar 721 W, sedangkan secara teoritis beban seharusnya menarik daya hingga 980 W. Perbedaan sebesar 259 W ini merupakan bentuk kerugian sistem, sebagian besar disebabkan oleh arus bocor, switching loss, dan resistansi internal komponen. Efisiensi boost converter dalam kasus ini diperkirakan sebesar 73,5%, yang masih dapat ditingkatkan melalui optimalisasi pemilihan komponen dan desain rangkaian.  

24. Grafik pertama menunjukkan bahwa efisiensi boost converter meningkat seiring dengan naiknya SoC baterai . Saat SoC rendah (20%), efisiensi hanya sekitar 68%, namun meningkat hingga 79% pada SoC 100%. Hal ini disebabkan oleh tegangan baterai yang lebih stabil , resistansi internal yang lebih rendah , serta komponen switching yang bekerja lebih optimal pada kondisi SoC tinggi . Sementara itu , grafik kedua menunjukkan respons arus discharging untuk beban 30 ohm. Terlihat adanya lonjakan arus yang besar di awal , diikuti oleh osilasi yang cukup signifikan sebelum arus stabil di sekitar 3–4 Ampere. Osilasi ini terjadi karena semakin besar nilai resistansi beban , semakin sensitif sistem terhadap arus bocor dan rugi-rugi konversi , meskipun daya total yang disalurkan lebih kecil dibanding beban 5 ohm. Secara keseluruhan , performa sistem lebih efisien dan stabil pada kondisi SoC tinggi serta beban yang sesuai .

25. KESIMPULAN Kesimpulan dari penelitian ini menunjukkan bahwa penggunaan konverter DC-DC dua arah (buck dan boost) dengan tegangan sistem 48V sangat penting dalam menjaga kestabilan tegangan dan efisiensi aliran daya pada sistem penyimpanan energi yang terhubung dengan sumber fotovoltaik (PV). Pada mode charging, buck converter digunakan untuk menurunkan tegangan dari PV (73,44V) menjadi 48V sesuai tegangan baterai , dan pengaturan PI controller dengan parameter Kp = 0.002 dan Ki = 4.474 memberikan hasil terbaik dalam menjaga kestabilan pengisian meskipun terjadi fluktuasi iradian . Sementara itu , pada mode discharging, boost converter menaikkan tegangan dari baterai ke 70V untuk memenuhi kebutuhan beban . PI controller dengan Kp = 0.03 dan Ki = 2 terbukti paling efektif menjaga kestabilan tegangan meskipun beban berubah dari 30 ohm menjadi 5 ohm. Secara keseluruhan , tuning parameter PI yang tepat membuat sistem mampu beradaptasi dengan perubahan kondisi input dan output, meminimalkan rugi daya , menjaga kualitas daya , dan memperpanjang umur baterai dalam sistem energi terbarukan .

26. TERIMA KASIH جَزَاكُمُ ٱللَّهُ خَيْرًا