Fungsi dan Cara Kerja MPPT (Maximum Power Point Tracking)

Maksimalkan Efisiensi Panel Surya dengan Teknologi MPPT

Dalam beberapa tahun terakhir, permintaan terhadap sumber energi terbarukan meningkat pesat karena kita berupaya mengurangi ketergantungan kita pada bahan bakar fosil dan memitigasi perubahan iklim. Energi surya, khususnya, muncul sebagai solusi yang layak dan berkelanjutan. Panel surya memanfaatkan sinar matahari dan mengubahnya menjadi listrik, memberikan sumber daya yang melimpah dan bersih. Untuk memaksimalkan efisiensi panel surya, teknologi penting yang disebut MPPT (Maximum Power Point Tracking) telah dikembangkan.

Apa itu MPPT

MPPT merupakan singkatan dari Maximum Power Point Tracking, yang dalam bahasa indonesia berarti Pelacakan Titik Daya Maksimum. Ini adalah teknologi yang digunakan dalam sistem pengecasan baterai untuk mengekstrak daya maksimum dari panel surya. Dalam kondisi tertentu, panel surya tidak dapat menghasilkan daya maksimum karena adanya variasi suhu, intensitas cahaya, dan resistansi internal panel. MPPT berfungsi untuk menemukan titik kerja terbaik panel surya di mana daya yang dihasilkan adalah maksimum.

Komponen MPPT

( Sumber )

Berikut adalah beberapa komponen yang umumnya ditemukan dalam MPPT charge controller:

• Microcontroller: Merupakan otak dari MPPT charge controller. Microcontroller memproses data dari sensor dan mengendalikan operasi MPPT. Itu juga dapat memonitor dan mengontrol operasi keseluruhan sistem panel surya.
• Sensor Cahaya: Digunakan untuk mengukur intensitas cahaya yang diterima oleh panel surya. Sensor ini memberikan informasi kepada microcontroller tentang tingkat cahaya saat ini, yang digunakan untuk mengoptimalkan operasi MPPT.
• Konverter DC-DC: Komponen ini bertanggung jawab untuk mengubah tegangan dan arus input dari panel surya menjadi nilai yang diinginkan. Konverter ini dapat berupa boost converter (untuk meningkatkan tegangan) atau buck converter (untuk menurunkan tegangan), tergantung pada kondisi panel surya.
• Transistor: Transistor digunakan sebagai saklar dalam konversi DC-DC. Transistor ini mengendalikan aliran energi dari panel surya ke beban atau baterai sesuai dengan kebutuhan untuk mencapai titik daya maksimum.
• Induktor: Induktor menyimpan energi dari arus yang mengalir melalui konverter DC-DC. Induktor ini berfungsi untuk melepaskan energi secara bertahap dan menghasilkan tegangan yang diinginkan sesuai dengan kebutuhan sistem.
• Display atau Monitor: MPPT charge controller juga sering dilengkapi dengan tampilan atau monitor, seperti LCD atau LED, yang menampilkan informasi penting seperti tegangan, arus, daya, dan status operasi MPPT.
• Proteksi: MPPT charge controller juga dilengkapi dengan berbagai fitur proteksi, seperti proteksi terhadap kelebihan tegangan, kelebihan arus, suhu berlebih, serta proteksi terhadap hubungan terbalik.

Kenapa MPPT itu Penting?

Penggunaan teknologi MPPT sangat penting dalam sistem panel surya karena memungkinkan kita untuk memperoleh efisiensi yang lebih tinggi. Tanpa MPPT, panel surya hanya akan beroperasi pada titik kerja tetap, yang mungkin tidak selalu cocok dengan kondisi lingkungan dan cuaca yang berubah-ubah. Dengan MPPT, panel surya dapat menyesuaikan daya yang dihasilkan sesuai dengan kondisi yang sedang berlangsung, sehingga mengoptimalkan efisiensi dan meningkatkan produksi energi.

Bagaimana Cara Kerja MPPT

MPPT bekerja dengan membandingkan tegangan dan arus yang dihasilkan oleh panel surya dengan titik daya maksimum yang telah ditentukan. Dengan menggunakan teknik pencarian yang cerdas, MPPT mengatur beban yang diberikan pada panel surya sehingga daya yang dihasilkan maksimum. 

Contoh Kasus cara kerja MPPT

Misalkan Anda memiliki sistem panel surya yang terdiri dari satu panel surya dengan daya maksimum 100 watt. Panel surya ini terhubung ke MPPT charge controller dan baterai yang akan diisi dengan energi yang dihasilkan oleh panel surya.                                       

1. Pagi hari, saat matahari terbit, intensitas cahaya yang diterima oleh panel surya masih rendah. Pada saat ini, MPPT charge controller akan memantau tegangan dan arus yang dihasilkan oleh panel surya. Misalkan tegangan panel surya adalah 18V dan arusnya adalah 2A.
2. Dengan menggunakan algoritma MPPT yang cerdas, charge controller akan membandingkan tegangan dan arus tersebut dengan titik daya maksimum yang telah ditentukan. Misalkan titik daya maksimum untuk panel surya ini adalah 20V dan 3A.
3. Melalui perhitungan dan analisis, MPPT charge controller akan menyadari bahwa panel surya saat ini belum beroperasi pada titik daya maksimum. Charge controller akan menyesuaikan tegangan dan arus yang diberikan pada panel surya untuk mencapai titik daya maksimum tersebut.
4. Dalam kasus ini, MPPT charge controller akan menyesuaikan tegangan panel surya menjadi 20V dan arusnya menjadi 2,5A. Dengan demikian, daya yang dihasilkan oleh panel surya adalah 20V x 2,5A = 50 watt, yang lebih dekat dengan daya maksimum yang dapat dihasilkan oleh panel surya.

Seiring berjalannya waktu dan meningkatnya intensitas cahaya matahari, MPPT charge controller terus memantau dan mengoptimalkan daya yang dihasilkan oleh panel surya. Ketika intensitas cahaya mencapai puncaknya, MPPT charge controller akan memastikan panel surya bekerja pada titik daya maksimum yang ditentukan untuk menghasilkan daya maksimum yang mungkin.

Bagaimana MPPT bisa menaikkan tegangan dan arus inputan?

MPPT charge controller dapat menaikkan tegangan dan arus inputan dari panel surya dengan menggunakan teknik yang disebut konversi DC-DC. 

Dalam kasus MPPT, charge controller menggunakan konversi DC-DC dengan langkah-langkah berikut:

1. Langkah Pertama (Boost Converter):

Pada saat panel surya menghasilkan tegangan yang lebih rendah dari titik daya maksimum yang diinginkan, charge controller menggunakan komponen seperti transistor sebagai saklar untuk mengendalikan aliran energi dari panel surya ke beban atau baterai. Charge controller akan melakukan langkah-langkah tertentu untuk mengubah tegangan input menjadi tegangan output yang lebih tinggi.

• Saklar transistor dinyalakan untuk memungkinkan aliran energi dari panel surya ke induktor.
• Selama saklar transistor aktif, arus mengalir melalui induktor, menyimpan energi di dalamnya.
• Setelah periode tertentu, saklar transistor dimatikan. Induktor melepaskan energi yang tersimpan dalam bentuk lonjakan tegangan yang lebih tinggi.
• Tegangan output yang dihasilkan oleh induktor kemudian diatur dan disesuaikan oleh charge controller agar sesuai dengan kebutuhan sistem.

2. Langkah Kedua (Buck Converter):

Ketika panel surya menghasilkan tegangan yang lebih tinggi dari titik daya maksimum yang diinginkan, charge controller menggunakan konversi DC-DC dengan prinsip yang berbeda. Charge controller akan melakukan langkah-langkah tertentu untuk mengubah tegangan input menjadi tegangan output yang lebih rendah.

• Saklar transistor dinyalakan untuk memungkinkan aliran energi dari panel surya ke beban atau baterai.
• Arus mengalir melalui induktor, menyimpan energi di dalamnya.
• Setelah periode tertentu, saklar transistor dimatikan. Induktor melepaskan energi yang tersimpan dan mengalirkannya ke beban atau baterai dengan tegangan yang lebih rendah.
• Tegangan output yang dihasilkan oleh induktor kemudian diatur dan disesuaikan oleh charge controller agar sesuai dengan kebutuhan sistem.

Beda MPPT dengan PWM

Seringkali, MPPT dan PWM (Pulse Width Modulation) disebutkan dalam konteks yang sama, tetapi keduanya memiliki perbedaan yang signifikan. PWM adalah teknik yang lebih sederhana yang mengendalikan arus keluaran panel surya dengan cara mengubah siklus kerja pulsa keluaran. PWM bekerja dengan memotong siklus kerja pulsa sesuai dengan kondisi baterai. Namun, perbedaannya, MPPT secara aktif melacak titik daya maksimum dan menyesuaikan tegangan dan arus sesuai dengan itu, sehingga menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan PWM.

Contoh Produk MPPT

Tokopedia: https://tokopedia.link/ZWEcQsXgqAb

Ada beberapa produsen yang menghasilkan produk MPPT yang terkenal dan dapat diandalkan. Salah satu contohnya adalah merek Outback Power, yang menawarkan beberapa pilihan MPPT charge controller yang dirancang untuk mengoptimalkan efisiensi panel surya dan mengisi daya baterai dengan sempurna. Merek lain yang terkenal adalah Victron Energy, yang juga menyediakan produk MPPT yang terpercaya dan inovatif.