Desain Sistem Photovoltaic (PV) Terhubung Dengan Grid Sebagai Filter Aktif Aron Christian, Mochamad Ashari, Dedet Candra Riawan Jurusan Teknik Elektro FTI - ITS
aktif, seperti transformasi d-q. Kompensasi faktor daya tidak biasanya diaplikasikan di daerah perumahan, hal ini umumnya disebabkan karena tingginya biaya yang dibutuhkan, tetapi juga karena ada batas standar faktor perubahan arus dan harmonisa yang dihasilkan beban nonlinier. Bagaimanapun, masih terdapat banyak peralatan yang telah terpasang sebelum penetapan standar tersebut. Dengan sebuah inverter yang terhubung dengan grid dan berperan sebagai sebuah filter aktif, dapat memperbaiki faktor daya dari sebuah kelompok beban tidak linier [3]. Konfigurasi satu fasa juga telah dikembangkan, meskipun tidak sebanyak konfigurasi tiga fasa. Contohnya, sebuah sistem berdasar pada perluasan dari teori p-q telah dicatat, tetapi dengan asumsi pada tegangan utama tidak memiliki harmonisa. Pendekatan lainnya mengikuti penggunaan konfigurasi konverter ganda dan bank batere, yang mana membutuhkan pemeliharaan dan mengurangi keandalan [3]. Dalam tugas akhir ini, kinerja dari sebuah sistem PV yang terhubung dengan jaringan dan digunakan untuk memperbaiki faktor daya akan dapat dilihat. Sistem dapat menyalurkan daya maksimum yang tersedia ke jaringan sementara secara simultan mengkompensasi arus harmonisa dan reaktif [3].
Abstrak— Pemanfaatan peralatan yang berupa komponen elektronika daya saat ini semakin banyak. Hal ini mengakibatkan timbulnya harmonisa pada jaringan. Penggunaan filter aktif konvensional untuk mengkompensasi harmonisa telah banyak digunakan saat ini. Filter aktif konvensional saat ini bekerja dengan menggunakan sumber daya dari sistem untuk diubah menjadi arus harmonisa yang akan diserap oleh beban non-linier. Berdasarkan hal tersebut, pada tugas akhir ini akan dicoba untuk mengembangkan filter aktif yang telah ada. Sebuah sistem photovoltaic (PV) akan didesain untuk dapat berfungsi sebagai aktif filter dan secara bersamaan tetap mengalirkan daya aktif yang dihasilkan secara maksimal. Sistem PV didesain memiliki kemampuan menghasilkan daya maksimal sebesar 400W. Dari hasil simulasi dan pengujian menggunakan perangkat lunak PSIM diperoleh bahwa sistem PV mampu memperbaiki faktor daya dengan kompensasi arus reaktif dan menurunkan THD arus pada sistem dengan mengkompensasi arus harmonisa serta secara bersamaan mengalirkan daya aktif yang dihasilkan PV secara maksimal sesuai dengan kondisi kerjanya. Indeks— sistem photovoltaic, perbaikan faktor daya
I. PENDAHULUAN
II. SISTEM PV TERHUBUNG DENGAN GRID SEBAGAI FILTER AKTIF
P
ADA daerah dengan iklim tropis, tingkat konsumsi energi listrik meningkat selama musim kemarau. Puncak beban tertinggi pada musim panas lebih tinggi jika dibandingkan dengan puncak beban saat musim penghujan, tetapi puncak beban tertinggi terjadi saat jam-jam dengan tingkat intensitas matahari yang terik. Oleh karena itu, sebuah photovoltaic (PV) yang terhubung dengan grid dapat digunakan untuk mengurangi puncak beban yang harus dipenuhi oleh jaringan. Pada tugas akhir ini, sistem PV tidak membutuhkan sebuah bank baterai, tetapi power stage tetap bekerja sepanjang malam [3]. Kemampuan dalam menggunakan PV sistem untuk power conditioning dan kompensasi faktor daya telah dibuktikan. Bagaimanapun, sebagian besar aplikasinya yang dijelaskan dalam literatur teknik yaitu digunakan pada sistem tiga fasa menggunakan teknik-teknik yang dikembangkan untuk filter
Prinsip kerja dari sistem PV yang didesain pada tugas akhir ini, ditunjukkan pada Gambar 1, yang menunjukkan sebuah bentuk sinyal kotak arus yang tertinggal (lagging) iL pada beban. Sistem PV dapat dimodelkan sebagai tiga sumber arus paralel. Amplitudo IP pada sumber arus pertama proporsional dengan daya maksimum yang dihasilkan oleh sel-sel PV, dan memiliki frekuensi serta fasa yang sama dengan tegangan utama (jaringan). Amplitudo IQ dari sumber arus kedua bergantung dari besar daya reaktif yang mengalir ke beban. IQ juga memiliki frekuensi yang sama dengan tegangan utama, tetapi memiliki beda fasa 90° dengan tegangan utama. Sumber arus ketiga membangkitkan sebuah bentuk gelombang yang sama dengan jumlah dari harmonisa yang mengalir ke beban. Saat bekerja sebagai filter aktif untuk arus harmonisa dan reaktif yang mengalir ke beban, sistem akan membutuhkan arus iAC yang disuplai dari jaringan utama yang berupa sebuah sinyal sinusoidal murni. Blok diagram rangkaian sistem ditunjukkan pada Gambar 2. Blok MPP tracking membangkitkan sebuah sinyal sinusoidal 𝑣P , yang sinkron dengan bentuk gelombang tegangan utama. Amplitudo sinyal ini proporsional dengan daya maksimum yang tersedia di sel-sel PV. Blok 𝐼QD mendeteksi arus reaktif dan harmonisa yang mengalir ke beban dan membangkitkan tegangan 𝑣QD yang proporsional dengan arus tersebut.
Makalah ini diseminarkan pada Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya tanggal 6 Juli 2011. Aron Christian adalah mahasiswa program sarjana Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya , Indonesia (e-mail:
[email protected]). Mochamad Ashari adalah guru besar di Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Indonesia (e-mail:
[email protected]) Dedet Candra Riawan adalah pengajar di Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Indonesia (e-mail:
[email protected])
1
maksimum yang tersedia. Oleh karena itu, sangat penting untuk menambahkan filter L-C frekuensi rendah pada keluaran dari sel (LF dan CF pada Gambar 2) dengan demikian arus yang mengalir dari sel akan maksimal mungkin dan tidak terdapat ripple. B. Deteksi Arus Reaktif dan Harmonisa Blok diagram rangkaian untuk deteksi arus harmonisa dan reaktif ditunjukkan pada Gambar 3 [3]. Sinyal 𝑣R merupakan sebuah referensi sinusoidal, dan 𝑣H 3 merupakan sinyal yang akan diproses. Feedback loop termasuk dalam satu blok integrating dan dua multiplier. Ketika fungsi transfer untuk kebanyakan multiplier termasuk sebuah keadaan atenuasi, blok penguatan G1 dan G2 juga termasuk dalam feedback path. Jika VR pada posisi puncak amplitudo dari sinyal referensi senusoidal, dimana frekuensi adalah ω. Juga, jika τ adalah time constant integrator, maka fungsi transfer untuk filter adalah:
Gambar 1. Prinsip kerja sistem PV [3]
𝑠 2 +2𝑠 3 𝜔 2 +𝑠𝜔 4
𝐻 𝑠 = 𝑠 5 +2𝑠 3 𝜔 2 +𝑠𝜔 4 −𝑘𝜔 4
(1)
Dimana 𝑘=
𝐺1 𝐺2 𝑉 𝑅
(2)
𝜏
C. Power stage dan modulator Respon frekuensi sistem dan performansi dari sistem sebagai filter aktif bergantung pada tahap ini. Sebuah teknik pulse width modulation (PWM) dengan histerisis digunakan pada sistem ini. Arus keluaran iO diukur oleh sensor efek Hall yang diberi nama H1, yang kemudian keluarannya menjadi masukan komparator U1. Input kedua pada komparator didapat dari sinyal modulasi vM tetapi juga termasuk sebuah ripple yang bergantung dari histerisis milik komparator dan besar induktor yang digunakan LPV. Meskipun modulasi jenis ini memiliki kelemahan untuk menyediakan frekuensi switching yang konstan, sistem ini menawarkan kelebihan yaitu memiliki implementasi yang sangat sederhana, dan arus keluaran yang dapat diatur menjadi bentuk yang diinginkan diantara batas yang ada dari besarnya induktor dan histerisis komparator. Tegangan 𝑣𝐻1 pada keluaran sensor efek Hall adalah:
Gambar 2. Diagram blok rangkaian [3]
Sinyal 𝑣P dan 𝑣QD ditambahkan untuk mendapatkan sinyal modulasi 𝑣M untuk power stage, yang berupa sebuah full bridge inverter satu fasa. H1, H2, dan H3 merupakan sensor arus efek Hall. A. Maximum Power Point Tracker MPP tracking pada sistem PV ini menggunakan teknik “Perturb and Observe”, yang merupakan sebuah metode sederhana dan tidak membutuhkan sel-sel tambahan atau sebuah model matematik. Tracking diperoleh dengan cara, pertama mengukur daya yang dihasilkan oleh sel-sel. Kemudian, sebuah langkah dalam menentukan set point dari sel diterapkan dengan memodifikasi amplitudo dari 𝑣P , dan daya yang dihasilkan diukur kembali. Set point diatur berdasar pada perbedaan antara dua daya yang diukur, dan sebuah langkah baru dilakukan kembali. Hal yang harus diingat bahwa arus pada DC bus pada inverter merupakan sebuah gelombang yang disearahkan sepenuhnya dengan komponen frekuensi tinggi akibat proses switching dalam power stage. Jika arus mengalir langsung dari sel, maka titik kerja PV akan bergeser sepanjang kurva V-I, dan daya yang diperoleh tidak akan dapat mencapai daya
𝑣𝐻1 = 𝑧1 𝑖𝑂
(3)
dimana z1 adalah transimpedance sensor. Diasumsikan bahwa ripple kecil dan dapat diabaikan, maka modulator mengusahakan 𝑣𝐻1 memiliki bentuk gelombang yang sama dengan vM. Oleh karena itu, arus keluaran dapat ditulis sebagai: 𝑖O =
𝑣M
(4)
𝑧1
Tegangan 𝑣𝐿𝑃𝑉 pada induktor filter LPV adalah: 𝑣𝐿PV = 𝐿PV 2
d𝑖O d𝑡
(5)
Gambar 3 Rangkaian deteksi arus reaktif dan harmonisa[3]
Besarnya induktor yang diggunakan harus dihitung agar amplitudo Ih dan frekuensi 𝜔 pada arus harmonisa tertinggi dapat dieliminasi. Tingkat maksimum dari peningkatan yang berhubungan dengan harmonisa ini adalah: d𝑖O d𝑡 MAX
= 𝜔 𝐼
Gambar 4 Kurva karakteristik I-V (atas), karak-teristik P-V (bawah)
(6)
Dengan menggunakan bantuan software PSIM dan memasukkan data dari karakteristiknya, dapat diperoleh pemodelan modul PV yang memiliki kurva karakteristik I-V dan P-V ditunjukkan pada Gambar 4. Pada tugas akhir ini menggunakan modul PV yang tersedia dalam PSIM. Modul PV dalam PSIM memiliki beberapa input parameter yaitu S untuk intensitas sinar matahari (dalam W/m2) dan T untuk temperatur udara ambient (dalam °C). Untuk output terdapat terminal positif dan negatif. Pada sis atas modul terdapat terminal output yang menunjukkan daya maksimum secara teori sesuai dengan kondisi operasinya. Pada tugas akhir ini digunakan MPPT dengan metode Perturb & Observe untuk mengatur switching inverter agar dapat menyalurkan daya maksimum yang dihasilkan oleh PV. Desain MPPT menggunakan rangkaian MPPT yang tersedia pada PSIM. Rangkaian MPPT ini memiliki input berupa tegangan dan arus PV yang kemudian dikalikan untuk memperoleh daya (PPV) yang dihasilkan oleh PV. Kemudian PPV akan diturunkan melalui proses diferensial dP PV/dvPV. Apabila hasil yang diperoleh tidak nol (0), berarti daya yang dialirkan PV belum maksimal. MPPT akan berusaha untuk mencari daya maksimum dengan menggunakan error. Error didapat dari selisih tegangan PV dengan tegangan MPPnya. Output dari MPPT berupa sinyal error DC yang akan dilewatkan blok PI dan menjadi sinyal referensi kontrol arus histerisis untuk membangkitkan daya aktif maksimum dari PV. Sebelum menjadi sinyal referensi, sinyal error DC harus dijadikan sinyal sinusoidal yang memiliki amplitudo sebesar error DC. Pemodelan power stage ditunjukkan pada Gambar 5. Desain power stage yang digunakan berupa full-bridge VSI satu fasa jeni bipolar PWM. Dalam memodelkan power stage harus diperhatikan beberapa parameter yang digunakan didalamnya antara lain pemilihan perbandingan transformator dan besarnya LPV yang digunakan. Saklar S1 dan S2 merupakan saklar yang mengatur penyalaan IGBT 1,2,3,4. Saklar S1,2 diatur oleh modulator. Modulator PWM didesain dengan menggunakan teknik kontrol arus histerisis. Dengan menggunakan modulator PWM kontrol arus histerisis, maka besarnya 𝑚𝑎 diasumsikan sama dengan satu. Dengan menggunakan persamaan (3), maka didapat:
Nilai minimum dari 𝑣𝐿PV timbul saat 𝑣SEC = 𝑛𝑉PV , dan 𝑣CA = 𝑉CA (puncak positif). Oleh karena itu, menggunakan persamaan (5) dan (6), nilai maksimum untuk LPV adalah: 𝐿PV =
𝑛𝑉 PV −𝑉 CA
(7)
𝜔 𝐼
Menggunakan induktor yang lebih besar akan mencegah arus keluaran dari mencapai peningkatan yang dibutuhkan untuk mengeliminasi harmonisa ke-h. Ukuran dari induktor memiliki pengaruh langsung pada frekuensi switching dari power stage, yang mana nilai maksimum dapat dihitung dengan: 𝑛𝑉
𝑓MAX = 2𝐵𝐿PV
(8)
PV
Dimana B adalah lebar band histerisis [4]. Jika B berkurang, kedua frekuensi switching dan rugi-rugi daya pada power stage meningkat. Efek ini dapat dikompensasi dengan meningkatkan LPV, tetapi hal ini akan terjadi pengurangan bandwith. Oleh karena itu , terdapat sebuah perubahan antara frekuensi switching maksimum, efisiensi yang diinginkan dan performansi filter aktif. III. DESAIN DAN PEMODELAN Pada tugas akhir ini, sistem didesain dengan menggunakan PV array sebesar 400W yang tersusun dari lima PV modul yang dihubungkan seri dengan masing-masing panel memiliki kemampuan 80W. Dalam memodelkan PV array, digunakan datasheet dari produk BP Solar yaitu BP 380J yang memiliki karakteristik sebagai berikut: Electrical Characteristic 1000 W/m2 800 W/m2 Maximum power (Pmpp) 80 W 57.6 W Voltage at MPP (Vmpp) 17.6 V 15.7 V Current at MPP (Impp) 4.5 A 3.6 A Short circuit current (Isc) 4.8 A 3.9 A Open circuit voltage (Voc) 22.1 V 20.1 V Temperature coefficient of Isc (0.065±0.015)%/K Temperature coefficient of Voc -(0.365±0.05)%/K Temperature coefficient of P (0.5±0.05)%/K
𝑉𝑜 = 𝑉𝑑𝑐 3
Gambar 6 Pemodelan rangkaian deteksi arus reaktif dan harmonisa
Pemodelan rangkaian untuk mendeteksi arus reaktif dan harmonisa ditunjukkan pada Gambar 6. Rangkaian ini memiliki dua input yaitu sinyal dari sensor arus pada beban H 2 dan sinyal referensi sinusoidal Vr. Besarnya penguatan P1 dan P2 ditentukan bernilai satu, time constant dari integrator τ bernilai 0.001, dan Vr sebesar 220/1000. Dengan menggunakan persamaan (2), maka didapatka besar k:
Gambar 5 Pemodelan power stage
Modul PV yang digunakan dalam desain sistem PV ini memiliki Vmpp sebesar 87.5V. Sehingga 𝑉𝑜 didapatkan sebesar 87.5V. Agar sistem PV dapat bekerja terhubung dengan grid yang memiliki tegangan sebesar 220v, maka tegangan AC yang dihasilkan inverter harus lebih besar atau sama dengan tegangan pada grid. Dengan demikian maka besarnya perbandingan transformator dapat dihitung.
𝑘=
𝑃1 𝑃2 𝑉𝑅 𝜏
𝑘=
1 × 1 × 220 1000 0.001
𝑘 = 220
VACgrid = Vo_inverter
IV. PENGUJIAN SISTEM DAN ANALISIS
𝑉𝐴𝐶𝑔𝑟𝑖𝑑 = 𝑉𝑑𝑐 × 𝑛
Parameter yang digunakan pada rangkaian sistem PV sama dengan hasil perhitungan dan yang telah ditentukan pada bab 3. Parameter-parameter yang digunakan antara lain: - Rasio transformator = 1:4 - LPV = 125 mH - K = 1000 - Bhisterisis = 100mA - Cf = 1000F - Lf = 0.1mH
220 2 = 87.5 × 𝑛 n=
220 2 87.5
𝑛 =
220 2 87.5
𝑛 = 3.56 ≅ 4
A. Pengujian Modul PV pada PSIM Pengujian modul PV dilakukan dengan pemberian beban resistif R yang diubah secara bertahap dengan intensitas cahaya matahari (S) sebesar 1000W/m2, 800W/m2, dan 600W/m2 dengan temperatur udara tetap 25°C. Beban berupa R diberikan mulai dari yang terkecil hingga pada batas PV tidak mampu lagi mengalurkan arus dan diukur untuk tegangan dan arus yang mengalir dari PV. Rangkaian pengujian modul PV ditunjukkan pada Gambar 7. Dari ketiga pengujian modul PV yang telah dilakukan, hasil simulasi menunjukkan bahwa PV bekerja sesuai dengan intensitas cahaya matahari yang diterimanya. Gambar 8 menunjukkan kurva karakteristik I-V dari hasil pengujian modul PV dengan intensitas cahaya matahari yang diubahubah sedangkan kurva karakteristik P-V ditunjukkan pada Gambar 9. Berdasarkan kurva karakteristik PV yang diperoleh, daya maksimum diperoleh pada saat tegangan sekitar 87.5 V
Dengan menentukan fmax= 14KHz dan B=100mA, maka dapat dihitung besarnya LPV dengan menggunakan persamaan (8). 𝑓𝑀𝐴𝑋 =
𝑛𝑉𝑃𝑉 2𝐵𝐿𝑃𝑉
14𝐾 =
4 × 87.5 2 × 0.1 × 𝐿𝑃𝑉
𝐿𝑃𝑉 =
4 × 87.5 14𝐾 × 0.2
𝐿𝑃𝑉 = 0.125 𝐻 𝐿𝑃𝑉 ≤ 125 𝑚𝐻 Modulator kontrol arus histerisis digunakan rangkaian yang telah tersedia pada PSIM. Kontrol arus histerisis memiliki dua input. Yaitu sinyal referensi V m dan arus keluaran dari inverter Io yang akan dikontrol. Io dideteksi oleh sensor H1 yang kemudian menjadi masukan kontroler arus histerisis. Sinyal referensi Vm merupakan penjumlahan dari Vqd yang merupakan output dari rangkaian untuk mendeteksi arus reaktif dan harmonisa dan Vp yang merupakan output dari rangkaian MPPT.
Gambar 7 Rangkaian Pengujian Modul PV
4
Gambar 10 Rangkaian Pengujian Modul PV dengan MPPT
Gambar 8 Kurva Karakteristik Modul PV I-V dengan perbedaan intensitas cahaya matahari.
Gambar 8 Kurva Karakteristik Modul PV I-V dengan perbedaan intensitas cahaya matahari.
B. Pengujian MPPT Dalam pengujian ini akan didapatkan daya maksimum dari PV apabila rangkaian MPPT yang digunakan telah berjalan dengan baik. Pada pengujian ini akan digunakan beban yang berubah-ubah dengan intensitas cahaya matahari yang juga berubah-ubah dan temperatur udara 25°C. Dengan demikian maka akan dapat dilihat perbedaan daya yang dapat dialirkan oleh PV jika tanpa menggunakan MPPT dan dengan menggunakannya. Gambar 10 menunjukkan rangkaian pengujian modul PV dengan menggunakan MPPT. Gambar 11 menunjukkan hasil simulasi pengujian rangkaian PV dengan MPPT dan tanpa MPPT. Dapat dilihat bahwa rangkaian PV dengan MPPT akan mampu mencapai daya maksimum ketika tahanan benilai dari 0 hingga batas tertentu sesuai dengan intensitas cahaya mataharinya. Untuk S=1000W/m2, daya maksimum akan dicapai hingga batas tahanan 20Ω. Untuk S=800W/m2, daya maksimum akan dicapai hingga batas tahanan 25Ω. Untuk S=600W/m2, daya maksimum akan dicapai hingga batas tahanan 33Ω.
Gambar 11 Daya PV dengan MPPT dan tanpa MPPT
C. Pengujian Kontrol Arus Histerisis dan Power Stage Pada pengujian ini, rangkaian kontrol arus harmonisa ini akan dilihat apakah mampu membangkitkan arus keluaran sesuai dengan sinyal modulasi yang diberikan. Lebar band untuk kontrol arus histerisis pada tugas akhir ini telah ditetapkan sebesar 100mA. Pada pengujian ini, sistem PV tidak terhubung dengan grid dan dimodulasi dengan sinyal sinusoidal murni dengan tujuan agar dapat mengetahui muatan harmonisa yang dihasilkan proses switching pada power stage. Gambar 12 menunjukkan
Gambar 12 Bentuk gelombang arus keluaran power stage
hasil pengujian kontrol arus histerisis yang menghasilkan daya 400W tanpa arus harmonisa dan reaktif. Gambar 13 menunjukkan spektrum frekuensi dari arus pada Gambar 12. Dapat dilihat bahwa terdapat ripple yang tampak seperti suatu cluster pada frekuensi antara 2kHz hingga 100kHz. Hal ini disebabkan karena frekuensi switching yang tidak konstan. THD yang terdapat pada pengujian ini sebesar 2.24%. 5
Gambar 13 Spektrum frekuensi arus keluaran power stage Gambar 14 Arus dan tegangan grid setelah kompen-sasi arus reaktif oleh sistem PV
TABEL 1 DAFTAR THD BERDASARKAN ARUS KELUARAN Io(A) THD(%) 0.2 18.5 0.5 7.4 0.75 4.93 1 3.69 1.3 2.85 1.5 2.47 1.7 2.19 Pada Tabel 1, dapat dilihat besarnya THD yang timbul pada besar arus keluaran yang berbeda.
Gambar 15 Perubahan faktor daya pada grid
D. Pengujian Sistem PV Terhubung Dengan Grid Sebagai Filter Aktif Pengujian akan dilakukan untuk melihat kemampuan sistem PV dalam hal: - Meningkatkan faktor daya pada sistem (power factor correction) - Memperbaiki THD sistem - Mengalirkan daya aktif maksimum yang mampu dihasilkan PV
Pengujian Kemampuan Kompensasi Arus Harmonisa Pada pengujian ini akan dilihat kemampuan sistem PV untuk melakukan kompensasi arus harmonisa yang ditimbulkan oleh beban nonlinier. Gambar 16 memunjukkan pemodelan beban nonlinier yang terdapat pada grid. Gambar 17 menunjukkan perubahan arus grid setelah sistem PV bekerja. Dari hasil tersebut, dapat dilihat bahwa arus grid kembali menjadi sinusoidal. Perubahan ini juga dapat diamati dari nilai THD sebelum dan detelah sistem PV bekerja. Perubahan nilai THD tersebut ditunjukkan pada Gambar 18.
Pengujian Kemampuan Koreksi Faktor Daya Pada pengujian ini akan dilihat bagaimana sistem PV dalam melakukan koreksi faktor daya dengan cara kompensasi arus reaktif pada grid. Pada pengujian ini, digunakan beban induktif yang mengakibatkan faktor daya pada grid menjadi rendah. Beban yang digunakan memiliki faktor daya 0.6 sebesar 1.5A. Pengujian dilakukan dengan tegangan grid rms 220V. Gambar 14 menunjukkan hasil setelah sistem PV bekerja. Dapat dilihat bahwa arus grid tidak tertinggal lagi dari tegangan grid. Besar arus pada grid juga mengalami penurunan karena grid hanya menyuplai arus aktif ke beban sedangkan arus reaktif disuplai oleh sistem PV. Perlu diingat bahwa pada pengujian ini, MPPT pada sistem PV tidak digunakan. Gambar 15 menunjukkan faktor daya sebelum dan setelah kompensasi arus reaktif oleh sistem PV. Dapat diamati bahwa setelah kompensasi arus reaktif oleh sistem PV, faktor daya pada grid berubah mendekati satu.
Gambar 16 Pemodelan beban nonlinier
Gambar 17 arus grid setelah sistem PV bekerja
6
Gambar 20 arus grid dengan sistem PV dengan MPPT
Gambar 18 perubahan THD arus grid
Gambar 21 Aliran daya selama satu detik pengujian
Dari hasil pengujian, dapat diamati bahwa sistem PV mampu bekerja dengan baik untuk mengkompensasi arus harmonisa dan reaktif yang terdapat pada beban sekaligus secara bersamaan menyalurkan daya aktif maksimumyang dihasilkan oleh PV. V. KESIMPULAN Gambar 19 perubahan spektrum frekuensi arus grid
Dari analisis hasil pengujian dan simulasi serta pembahasan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa : 1. Desain sistem PV mampu melakukan koreksi faktor daya pada arus grid hingga mendekati satu. 2. Desain sistem PV mampu berperan sebagai aktif filter untuk kompensasi arus harmonisa pada beban non-linier. 3. Sistem PV sebesar 400W dapat mengalirkan daya aktif ± 380W ke grid dengan tegangan 220V dengan menggunakan rangkaian MPPT dan full-bridge VSI bipolar PWM. 4. Desain sistem PV ini dapat diimplementasikan untuk mengatasi masalah arus harmonisa dan reaktif yang terdapat pada beban perumahan.
Sebelum sistem PV bekerja, THD pada arus grid sebesar 104% sedangkan setelah sistem PV bekerja THD turun menjadi 11%. Spektrum frekuensi arus grid sebelum dan setelah kompensasi dapat dilihat pada gambar 19. Pengujian Kemampuan Injeksi Daya Aktif Maksimum Pada pengujian ini, MPPT berperan sangat penting. MPPT akan memberikan sinyal referensi untuk modulator dapat membangkitkan arus aktif pada PV secara maksimum. Pada pengujian ini, kemampuan untuk kompensasi arus reaktif dan harmonisa masih digunakan sambil menyalurkan daya aktif maksimum PV dikarenakan beban yang diberikan berupa beban campuran. Gambar 20 memperlihatkan arus grid ketika sistem PV bekerja dengan MPPT. Ketika sistem PV bekerja dengan MPPT, maka arus pada grid menjadi kecil karena mendapat bantuan dari PV sehingga dapat mengurangi pemakaian arus grid bahkan mampu memberi suplai pada grid jika beban yang ada lebih kecil daripada daya aktif yang dibangkitkan sistem PV. Gambar 21 menunjukkan aliran daya pada sistem.
REFERENSI [1] Rashid M.H, “Power Electronics Handbook”, Academic Press, San Diego, 2007. [2] S, Lou and S, Hou, “An adaptive detecting method for harmonic and reactive currents”, IEEE Transactions Industrial Electronics, 42, 1:85-89, 1995. [3] Calleja, Hugo and Jimenez, Huberto, “Performance of a grid connected PV system used as active filter”, Energy Conversion and Management, 45, 2417-2428, 2004.
7
Aron Christian dilahirkan di Surabaya, 22 Maret 1989. Penulis adalah putra dari pasangan Andi Setiono dan Yohana Lestra. Melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN) 2007, penulis diterima di Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Jurusan Teknik Elektro, dan kemudian mengambil bidang studi Teknik Sistem Tenaga. Selama kuliah, penulis juga aktif sebagai asisten Laboratorium Konversi Energi Listrik.
8
