Makalah Seminar Tugas Akhir MAXIMUM POWER POINT TRACKING (MPPT) DENGAN KONVERTER DC-DC TIPE CUK MENGGUNAKAN METODE LOGIKA FUZZY PADA FOTOVOLTAIK 2
Singgih Kurniawan1, Ir. Yuningtyastuti MT. , Susatyo Handoko ST. MT.2 Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro arus hubung singkat, Artificial Neural Network method, Fuzzy Logic method dan lain-lain.[22] Semua algoritma tersebut berbeda-beda dalam beberapa aspek termasuk kesederhanaan, kecepatan, implementasi hardware, sensor yang dibutuhkan, biaya, efektifitas, dan parameter yang dibutuhkan. Pada kurva karakteristik V-I pada fotovoltaik memiliki persamaan yang tak linier dan hanya memiliki satu persamaan titik operasi fotovoltaik untuk mendapatkan kondisi maksimum pada kondisi tertentu.[9] Saat terjadi penurunan arus hingga mendekati nol penggunaan boost konverter tidak dapat menurunkan nilai tegangan keluaran sehingga nilai arus akan terus turun dan nilai tegangan akan terus naik sehingga menghasilkan daya keluaran yang kecil. Untuk mengatasi masalah ini, maka dikembangkan Maximum Power Point Tracking (MPPT) dengan konverter cuk pada modul fotovoltaik menggunakan logika fuzzy. Pengembangan teknologi MPPT dengan konverter cuk menggunakan logika fuzzy agar dapat menaikkan dan menurunkan tegangan keluaran modul fotovoltaik dengan pengaturan duty cycle menggunakan logika Fuzzy. Sehingga dapat meningkatkan rasio daya keluaran modul fotovoltaik. Untuk memudahkan analisa maka simulasi dibuat dengan menggunakan software Matlab.
Abstract - The Potential of Power sun in Indonesian can be used throughout the day, It’s very advantageous to generating electrical power by photovoltaic. The main problem of the using photovoltaic is the low generate electrical power at low radiation condition and the amount electrical power is generated to change periodical along with weather and temperature. Maximum Power Point Tracking (MPPT) is one of device used to increase photovoltaic power rasio. Maximum Power point tracking (MPPT) used for searching maximum point by raising and lowering voltage using cuk converter. In this final project fuzzy algorithm is used to adjust duty cycle value of Maximum Power Point Tracking (MPPT) device, so that it can increase photovoltaic power output ratio. The result showed that the suprame power rasio of photovoltaic modul after installation MPPT device with variation of sun radiation is 78,63% at the condition sun radiation 1000 W/m2. in 1000 W/m2 solar radiation conditions increasing the power rasio of 33,89%. The suprame power rasio of photovoltaic modul after installation MPPT device with variation of temperature is 80,09 % at temperature 46oC. At 46oC temperature conditions, increasing the power rasio of 36,02%.. The suprame power rasio of photovoltaic modul after installation MPPT device with variation of sun radiation and temperature is 79,069 % at radiation 1000 W/m2 and temperature 30oC. In 1000 W/m2 radiation and 30oC temperature conditions increasing the power rasio of 34,609%. Therefore the installation MPPT device using fuzzy algorithm at photovoltaic module can increase power ratio with an average increasing 29,69 % compared to without MPPT device. Keyword : Fotovoltaic, MPPT, Duty Cycle, Logika Fuzzy
1.2
Tujuan pembuatan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1 Simulasi pemodelan modul fotovoltaik dengan Maximum Power Point Tracking (MPPT) untuk mencari titik operasi maksimum modul fotovoltaik terhadap perubahan radiasi matahari dan suhu. 2 Analisa pengaruh pemasangan Maximum Power Point Tracking (MPPT) pada modul fotovoltaik terhadap peningkatan rasio daya keluaran modul fotovoltaik.
I. PENDAHULUAN 1.1
Tujuan
Latar Belakang 1.3 Pembatasan Masalah
Permasalahan utama pada penggunaan fotovoltaik adalah pembangkitan tenaga listrik yang rendah, terutama pada kondisi radiasi yang rendah. Dan jumlah daya listrik yang dibangkitkan berubah secara berkala seiring dengan perubahan cuaca. [12] Maximum Power Point Tracking (MPPT) adalah peralatan yang digunakan untuk untuk meningkatkan rasio daya fotovoltaik. Maximum Power point tracking (MPPT) mencari point (titik) maksimum dari kurva karakteristik daya dan tegangan input (P-V) serta kurva arus input dan tegangan input (V-I) pada modul surya. Dengan metode Maximum Power Point Tracking (MPPT) diharapkan daya output akan selalu pada kondisi maksimal. Terdapat beberapa algoritma MPPT yang telah ditemukan dan ditulis pada jurnal ilmiah internasional 1 seperti Observe dan Incremental Conductance, Dynamic Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro UNDIP Semarang 2 Approach, Temperature Methods, Metode pengukuran Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro UNDIP Semarang
Untuk menyederhanakan permasalahan dalam Tugas Akhir ini maka diberikan batasan - batasan sebagai berikut : 1. Software yang digunakan pada simulasi ini adalah MATLAB 2009 a 2. Simulasi modul fotovoltaik menggunakan sistem dengan tipe Standalone modul fotovoltaik 3. Tidak membahas secara mendalam pengaruh penggunaan bahan fotovoltaik 4. Simulasi modul fotovoltaik menggunakan nilai Rs dan Rp yang tetap dengan 36 sel yang terhubung pada modul tunggal modul fotovoltaik 5. Simulasi ini menggunakan standar STC (Standard Test Condition) pada kondisi radiasi 1000 W/m2 dan suhu 25oC
1
6. 7. 8.
vertikal. 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 modul fotovoltaik.
Menggunakan konverter DC-DC dengan topologi konverter cuk Tidak membahas timbulnya harmonisa tegangan dan arus baik pada sisi sumber maupun pada sisi beban Pengujian pada tugas akhir ini menggunakan beban statis
2.3 Pemodelan Fotovoltaik[13][14] 2.3.1 Sel Fotovoltaik Ideal
II. DASAR TEORI 2.1 Sel Fotovoltaik[6][8][21]
Modul fotovoltaik ideal dapat dituliskan dengan persamaan matematik sebagai berikut :
Sel fotovoltaik merupakan komponen terkecil didalam sistem energi surya fotovoltaik (SESF). Sel Fotovoltaik terbuat dari bahan semikonduktor. Bahan semikonduktor adalah bahan yang memiliki lebar celah energi yang relatif kecil (±1eV), Apabila energi medan listrik yang diterapkan cukup untuk memindahkan elektron dari pita valensi ke pita konduksi maka proses penghantaran akan berlangsung pada bahan tersebut. Tetapi apabila energi medan listrik yang diterapkan lebih kecil dari energi pada celah energi sehingga elektron tidak dapat berpindah dari pita valensi ke pita konduksi maka proses penghantaran tidak akan terjadi pada bahan tersebut.
= , − , exp − 1 (2.1) Dimana , = Arus yang dibangkitkan melalui peristiwa cahaya (Arus yang dibangkitkan berbanding lurus dengan radiasi matahari) [A] = Persamaan Diode Shockley , = Arus saturasi balik atau arus bocor diode [A] = Pengisian Elecktron atau electron charge [1.60217646.10 ] ! = Konstanta Bolztmann [1.3806503.10 "# $/&] T = Temperature [K] ' = Konstanta Ideal Dioda [1.0]
2.3.2 Pemodelan Modul Fotovoltaik Rangkaian ekivalen modul fotovoltaik seperti pada Gambar 3 berikut :
Gambar 1 Prinsip kerja sel fotovoltaik
Energi dari cahaya matahari disebut juga sebagai foton. Beberapa elektron ini akan mendapatkan cukup energi untuk meninggalkan pita valensi dan berpindah ke pita konduksi. Ketidakadaan elektron pada pita valensi akibat perpindahan elektron ke pita konduksi menghasilkan ikatan kovalen yang tidak lengkap yang sering disebut hole atau lubang. Adanya pergerakan elektron didalam pita konduksi dan valensi menyebabkan timbulnya arus pada sel fotovoltaik.
2.2 Karakteristik V-I
Gambar 3 Rangkaian ekivalen fotovoltaik atau modul[18
]
Rangkaian ekuivalen modul fotovoltaik sesuai gambar diatas dapat dituliskan pada persamaan matematik sebagai berikut : , -. / , -. / = − ( )*+ − 1 − (2.2) 0
2,345 =
[8][16][21]
61
/.7,8 /61
−
97,8 61 /61
-1
(2.3)
Arus nominal yang dibangkitkan modul fotovoltaik dapat ditentukan menggunakan parameter 2 dan 2 dan dituliskan menurut persamaan berikut: -,- ,5 = :,5 (2.4)
Karakteristik keluaran dari fotovoltaik dapat dilihat dari kurva performansi, disebut kurva I-V. Kurva IV menunjukkan hubungan antara arus dan tegangan (Ouaschning, 2005) .
-
Besarnya arus yang dibangkitkan modul fotovoltaik tergantung pada radiasi matahari dan juga dipengaruhi oleh suhu sesuai dengan persamaan berikut : ? (2.5) = ;,5 + &/ ∆ > ?8
Arus saturasi dioda yang bergantung pada perubahan temperature dapat dituliskan pada persamaan berikut : /.7,8,@A ∆ ( = (2.6) F97,8 GHI ∆J BCDE
KF0
L
Dan ,5 adalah saturasi arus nominal dengan persamaan matematis sebagai berikut : /.7,8 (2.7) ,5 = F97,8
Gambar 2 Kurva Karakteristik V-I[13]
Gambar 2 menunjukkan karakteristik kurva I-V. Tegangan (V) adalah sumbu horizontal. Arus (I) adalah sumbu
M E
2
KF0,8
L
' adalah arus saturasi dioda yang nilainya dapat ditentukan secara acak antara range 1≤ ' ≤ 1,5 dan dipilih tergantung parameter I-V model.
Pada rangkaian konverter cuk memiliki nilai tegangan ripple yang dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : V. ∆Y:" = (2.11) X Z[X \X ]
2.4 Rasio Daya Modul Fotovoltaik[2]
Dengan mengasumsikan nilai ∆Y:" pada rangkaian konverter cuk maka kita dapat memperoleh nilai kapasitor " . Agar konverter cuk bekerja di modus CCM, maka nilai induktansi ^ 345 dan ^"345 rangkaian konverter cuk harus memenuhi persamaan sebagai berikut
Rasio daya modul fotovoltaik adalah perbandingan antara daya keluaran yang menuju ke beban dengan daya maksimum name plate. Rasio daya dihitung dengan cara pembagian antara daya keluaran yang menuju ke beban dengan daya maksimal yang bisa dikeluarkan oleh modul fotovoltaik. Makin tinggi nilai rasio daya maka makin baik dan makin efisien kinerja modul fotovoltaik tersebut. Rasio daya dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut : R P = ∑54T A (2.8) 5
^ 345 =
Point
(2.12)
"]
Dimana U4 dan U3M adalah daya keluaran dan daya maksimum modul fotovoltaik.
Power
"V]
Sedangkan nilai ^"345 dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut : ( V)^"345 = (2.13)
R6KS
2.5 Maksimum (MPPT)
( V)X -
Dengan D merupakan duty cycle minimum dari rangkaian konverter cuk, R resistansi beban dan f adalah frekuensi switching transistor.
Tracking
2.6.2 Rangkaian Kontrol Konverter DCDC[17]
Maximum Power Point Tracker (MPPT) adalah suatu sistem yang digunakan untuk mencari titik maksimum dari tegangan dan arus keluaran modul fotovoltaik sehingga didapat daya keluaran yang maksimal pada modul fotovoltaik. Prinsip kerja MPPT adalah dengan mengubah titik operasi pada kurva karakteristik I-V dari modul surya dengan menaikkan dan menurunkan tegangan kerja modul fotovoltaik agar modul fotovoltaik dapat bekerja pada titik operasi optimal pada kurva karakteristik I-V.
Metoda rangkaian kontrol konverter dc-dc ini lebih dikenal dengan istilah modulasi lebar pulsa (Pulse Width Modulation).[8]
2.6 Konverter Dc-dc 2.6.1 Konverter Dc-dc Tipe Cuk[4][17][19][25] Konverter cuk merupakan regulator dc-dc yang mampu menghasilkan tegangan keluaran lebih besar atau lebih kecil dari tegangan masukkan. Tetapi tegangan keluaran dari konverter cuk bersifat inverting atau berlawanan arah dengan tegangan masukan. Konverter dc-dc tipe cuk terdiri dari dua induktor dan dua kapasitor, sebuah saklar (biasanya transistor atau Mosfet) dan sebuah dioda, secara skematis dapat dilihat pada Gambar 4 sebagai berikut:
Gambar 5 Blok fungsional modulasi lebar pulsa[17]
Siklus kerja (duty cycle,D) didefinisikan sebagai perbandingan antara waktu saklar on terhadap perioda Ts. Perbandingan ini biasanya dinyatakan dalam persentase. Secara matematis definisi tersebut dapat dituliskan sebagai berikut :
D=
t on x100% Ts
(2.14)
2.7 Logika Fuzzy [10][11][20] 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.
Gambar 4 Rangkaian ekuivalen konverter dc-dc tipe cuk[12]
Nilai tegangan keluaran konverter cuk dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut : 9 V = − (2.9) .
V
2.8 Metode Sugeno [9][23]
Ketika dioperasikan sebagai tracker kurva P-V, besarnya nilai kapasior yang digunakan harus memenuhi persamaan sebagai berikut : 345 >
VX . "-
Penalaran dengan metode Sugeno sistem tidak berupa himpunan fuzzy, melainkan berupa konstanta atau
(2.10)
3
persamaan linear. Metode ini diperkenalkan oleh TakagiSugeno Kang pada tahun 1985. Pembuatan FIS Sugeno dilakukan melalui tahapantahapan berikut: a) Menentukan sejumlah aturan-aturan fuzzy b) Fuzifikasi masukan menggunakan fungsi-fungsi keanggotaan c) Mengkombinasikan masukan yang telah terfuzifikasikan dengan aturan-aturan fuzzy untuk mendapatkan sebuah rule strength d) Mendapatkan nilai konsekuen aturan dengan menggabungkan rule strength dan fungsi keanggotaan keluaran e) Defuzifikasi keluaran untuk mendapatkan keluaran tegas.
3.1 Perancangan Simulasi Sistem Blok diagram perancangan simulasi ini dapat dilihat pada Gambar 7 sebagai berikut :
Gambar 7 Blok diagram sistem modul fotovoltaik dengan MPPT
3.2
Pemodelan Modul Fotovoltaik
3.2.1
III. PERANCANGAN SISTEM Diagram alir tahap perancangan dan pembuatan program simulasi Pemodelan Maximum Power Point Tracking (MPPT) dengan konverter dc-dc tipe cuk menggunakan metode logika fuzzy pada aplikasi modul fotovoltaik seperti pada Gambar 6 sebagai berikut :
Perancangan Cuk
Konverter Dc-dc Tipe
Perancangan konverter dc-dc tipe cuk pada tugas akhir ini memiliki spesifikasi sebagai berikut : Tabel 2 Data spesifikasi konverter dc-dc tipe cuk
Tegangan Masukkan ( Y45 ) * Frekuensi Pemicuan (F) Maksimum Voltage Ripple Duty Cycle Hambatan Awal Beban (R) Arus Keluaran (Iout)* Tegangan Keluaran (Vout)* Daya Maksimum* (P)*
22,1 V 5000 Hz 0,02 % 0,4-0,6 6 1,63 A 17,7 V 135 W
* Sesuai dengan spesifikasi data pada tabel 1 pada kondisi STC
Dari perhitungan nilai L1, L2, C1 dan C2, berdasarkan persamaan 2.10 hingga 2.13 maka didapatkan nilai L1, L2, C1 dan C2 yang digunakan seperti dalam Tabel 3 berikut Tabel 3 Data spesifikasi nilai L1, L2, C1 dan C2
Induktor L1 Induktor L2 Capasitor C1 Capasitor C1
2000µH 2000µH 30µF 2762,5 µF
Tampilan dari rangkaian pemodelan konverter cuk seperti Gambar 8 sebagai berikut :
Gambar 6 Blok diagram alir tahap pembuatan simulasi sistem
Simulasi menggunakan program Matlab 7.8 (R2009a) dengan menggunakan data modul fotovoltaik dengan spesifikasi sebagai berikut :
Gambar 8 Pemodelan konverter dc-dc tipe cuk
Pemodelan blok rangkaian kontrol konverter cuk dapat dilihat pada Gambar 9 sebagai berikut:
Tabel 1 Data spesifikasi modul fotovoltaik
Performa Elektrik dibawah Standard Test Conditions (*STC) Daya Maksimum (Pmax) 135 (±5% ) Tegangan Daya Maksimum (Vmpp) 17.7 V Arus Daya Maksimum (Impp) 7.63 A Tegangan Hubung Buka (Voc) 22.1 V Arus Hubung Singkat (Isc) 8.37 A Tegangan Sistem Maksimum 600 V Koefisien Temperature (Voc) -8.0x10-2 V/oC Koefisien Temperature (Isc) 5.02x10-3 A/oC Jumlah Sel Per modul 36 2
Gambar 9 Pemodelan rangkaian kontrol konverter dc-dc cuk
o
*STC : Irradiance 1000 W/m , AM1.5 spectrum, Cell Temperature 25 C
4
3.2.2
Logika Fuzzy untuk Penentuan Tegangan Referensi Duty Cycle
3.2.3 Pemodelan Sistem Modul Fotovoltaik Pemodelan modul fotovoltaik dengan Maximum Power Point Tracking (MPPT) dapat dilihat pada Gambar 14 sebagai berikut :
Diagram alir dari logika fuzzy untuk penentuan tegangan referensi duty cycle dapat dilihat pada Gambar 10 sebagai berikut:
Gambar 10 Flow chart logika fuzzy rangkaian kontrol Gambar 14 Pemodelan sistem modul fotovoltaik dengan MPPT
Fungsi keanggotan dari tegangan, arus, dan tegangan referensi duty cycle dapat dilihat pada gambar 11,12 dan 13 sebagai berikut :
IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS 4.1 Hasil Pengujian Pemodelan Modul Fotovoltaik dengan Variasi Radiasi,dan Suhu Hasil pengujian pemodelan modul fotovoltaik dengan variasi radiasi,dan suhu dapat dilihat pada grafik tegangan, arus, dan daya keluaran pada Gambar 15 berikut:
Gambar 11 Fungsi keanggotaan tegangan
Gambar 12 Fungsi keanggotaan arus
Gambar 15 Grafik arus, tegangan dan daya keluaran modul fotovoltaik pada resistansi beban 10 Ω dengan variasi suhu dan radiasi
Pada Gambar 15, Pemodelan menggunakan nilai resistansi beban 10 Ω, dan didapatkan nilai yang arus, tegangan dan daya keluaran modul fotovoltaik pada kondisi radiasi 600 W/m2 dan Suhu 22oC dengan nilai arus sebesar 2,08 A, tegangan sebesar 20,81 V dan daya sebesar 43,32 Watt. Saat kondisi radiasi naik menjadi 1200 W/m2 dan Suhu 38oC nilai arus yang dihasilkan sebesar 2,06 A, tegangan sebesar 20,54 V dan daya sebesar 42,18 Watt. Saat kondisi radiasi turun menjadi 1000 W/m2 dan Suhu 30oC, nilai arus yang dihasilkan sebesar 2,10 A, tegangan sebesar 20,93 V dan daya sebesar 43,80 Watt.
Gambar 13 Fungsi keanggotaan tegangan referensi duty cycle
Aturan untuk penentuan tegangan referensi duty cycle dapat dilihat pada Tabel 4 sebagai berikut : Tabel 4 Aturan untuk penentuan tegangan referensi duty cycle
5
bernilai 2 Ω saat radiasi 1200 W/m2 dan suhu 38oC. sedangkan nilai daya terendah adalah 4,47 Watt pada resistansi beban bernilai 100 Ω saat radiasi 1200 W/m2 dan suhu 38oC. Data-data pemodelan modul fotovoltaik setelah pemasangan MPPT dengan variasi suhu radiasi dan resistansi beban dapat dilihat pada Gambar sebagai 18 berikut :
Gambar 16 Grafik arus, tegangan dan daya keluaran modul fotovoltaik setelah pemasangan MPPT pada resistansi beban 10 Ω dengan variasi suhu dan radiasi
Gambar 16 diatas merupakan grafik hasil pemodelan modul fotovoltaik setelah pemasangan MPPT. Pemodelan tersebut menggunakan nilai resistansi beban 10 Ω, dan didapatkan nilai yang arus, tegangan dan daya keluaran modul fotovoltaik pada kondisi radiasi 600 W/m2 dan suhu 22oC dengan nilai arus sebesar 2,31 A, tegangan sebesar 23,06 V dan daya sebesar 53,18 Watt dengan duty cycle sebesar 0,662. Saat kondisi radiasi naik menjadi 1200 W/m2 dan suhu 38oC, nilai arus yang dihasilkan sebesar 3,59 A, tegangan sebesar 35,87 V dan daya sebesar 128,69 Watt dengan duty cycle sebesar 0,68. Saat kondisi radiasi turun menjadi 1000 W/m2 dan suhu 30oC, nilai arus yang dihasilkan sebesar 3,53 A, tegangan 35,35 sebesar 20,93 V dan daya sebesar 124,94 Watt dengan duty cycle sebesar 0,664. Selisih kenaikan daya sebelum dan setelah pemasangan MPPT pada resistansi yang sama adalah 17,49 Watt saat kondisi radiasi 600 W/m2 dan suhu 22oC, 49,94 Watt saat kondisi radiasi 1000 W/m2 dan suhu 30oC, dan 42,79 Watt saat kondisi radiasi 1200 W/m2 dan suhu 38oC.
Gambar 18 Grafik daya keluaran modul fotovoltaik setelah pemasangan MPPT dengan variasi suhu, radiasi dan resistansi beban
Berdasarkan Gambar 18 pada setiap nilai resistansi beban grafik nilai duty cycle dapat dilihat pada Gambar 19 berikut
4.2 Pengaruh Perubahan Resistansi Beban Terhadap Tegangan, Arus dan Daya Keluaran Modul Fotovoltaik Sebelum dan Setelah Pemasangan MPPT
Gambar 19 Grafik duty cycle modul fotovoltaik setelah pemasangan MPPT dengan variasi radiasi, suhu dan resistansi beban
Dari Gambar 19, daya tertinggi yang dapat dicapai dari pemodelan pemodelan modul fotovoltaik setelah pemasangan MPPT adalah 146,49 Watt pada resistansi beban bernilai 5 Ω saat radiasi 1200 W/m2 dan suhu 38oC dengan duty cycle sebasar 0,6. Sedangkan nilai daya terendah adalah 24,21 Watt pada resistansi beban bernilai 100 Ω saat radiasi 1200 W/m2 dan suhu 38oC dengan duty cycle sebasar 0,70. Dari Gambar 19, duty cycle yang dihasilkan dari rangkaian kontrol memiliki nilai yang saling mendekati untuk setiap perubahan kondisi radiasi.
Data hasil pemodelan modul fotovoltaik terhadap perubahan nilai resistansi beban (R Beban) radiasi, dan suhu dapat kita lihat seperti yang tertera pada Gambar 17 sebagai berikut.
4.3 Analisa Rasio Daya Modul Fotovoltaik
dengan Variasi Radiasi dan Suhu Rasio daya modul fotovoltaik sebelum pemasangan MPPT dan modul fotovoltaik setelah MPPT pada kondisi perubahan radiasi dapat kita lihat pada Gambar 20 sebagai berikut
Gambar 17 Grafik daya keluaran modul fotovoltaik sebelum pemasangan MPPT dengan variasi radiasi, suhu dan resitansi beban
Berdasarkan Gambar 17, daya tertinggi yang dapat dicapai dari pemodelan modul fotovoltaik sebelum pemasangan MPPT dengan variasi radiasi, suhu dan resistansi beban adalah 149,68 Watt pada resistansi beban
6
32,09% dibandingkan dengan daya keluaran modul fotovoltaik sebelum pemasangan perangkat MPPT. Apabila radiasi dan suhu berubah secara bersamaan maka nilai dari pengujian pemodelan modul fotovoltaik sebelum pemasangan MPPT dan modul fotovoltaik setelah pemasangan MPPT ini dapat kita lihat pada Gambar 22 sebagai berikut:
Gambar 20 Grafik rasio daya modul fotovoltaik dengan kondisi perubahan radiasi matahari
Dari Gambar 20 terlihat bahwa setelah pemasangan perangkat Maximum Power Point Tracking (MPPT) nilai rasio daya dari modul fotovoltaik terjadi peningkatan berkisar antara 18% hingga 35%. Rasio daya tertinggi terjadi pada saat radiasi matahari 1000 W/m2 sebesar 78,63% dengan selisih rasio daya sebesar 33,89% dibanding daya keluaran modul fotovoltaik tanpa MPPT. Rasio daya yang dihasilkan dengan penambahan perangkat MPPT pada setiap perubahan radiasi matahari dari interval 1300-600 W/m2 sebesar 73,56% dengan kenaikan rasio daya sebesar 27,44% dibandingkan dengan daya keluaran modul fotovoltaik sebelum pemasangan perangkat MPPT. Rasio daya pada setiap kondisi perubahan suhu dari interval 18oC hingga 46oC. Rasio daya modul fotovoltaik sebelum pemasangan MPPT dan modul fotovoltaik setelah MPPT pada kondisi perubahan suhu dapat kita lihat pada Gambar 21 sebagai berikut:
Gambar 22 Grafik rasio daya modul fotovoltaik dengan kondisi perubahan radiasi dan suhu
Dari Gambar 22 terlihat bahwa dengan penambahan perangkat Maximum Power Point Tracking (MPPT) nilai rasio daya dari modul fotovoltaik terjadi peningkatan berkisar antara 17,92% hingga 35%. Rasio daya tertinggi terjadi pada saat 1000 W/m2 dan suhu 30oC sebesar 79,069% dengan selisih rasio daya sebesar 34,609% dibandingkan daya keluaran modul fotovoltaik tanpa MPPT. Rasio Daya yang dihasilkan dengan penambahan perangkat MPPT pada setiap perubahan radiasi matahari dan suhu sebesar 76,49% dengan kenaikan rasio daya sebesar 29,54% dibandingkan dengan daya keluaran modul fotovoltaik sebelum pemasangan perangkat MPPT. Perangkat Maximum Power Point Tracking (MPPT) mampu meningkatkan dan mempertahankan daya keluaran modul fotovoltaik mendekati titik maksimum dengan cara mengatur duty cycle menggunakan logika fuzzy.
V. PENUTUP 5.1
Kesimpulan
Berdasarkan pengujian dan analisis yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut : 1. Titik operasi maksimum modul fotovoltaik dipengaruhi oleh radiasi, suhu dan nilai resistansi beban yang terpasang pada terminal keluaran modul fotovoltaik. 2. Perangkat Maximum Power Point Tracking (MPPT) dengan konverter dc-dc tipe cuk menggunakan logika fuzzy dapat digunakan untuk mencari titik operasi maksimum modul fotovoltaik sehingga dapat meningkatkan rasio daya keluaran modul fotovoltaik pada variasi suhu dan radiasi. Kenaikan rasio daya pada variasi suhu dan radiasi adalah sebagai berikut: a. Rasio daya tertinggi modul fotovoltaik setelah pemasangan MPPT dengan variasi nilai radiasi matahari adalah 78,63 % saat radiasi matahari 1000 W/m2 dengan peningkatan sebesar 33,89% dibandingkan modul fotovoltaik tanpa MPPT.
Gambar 21 Grafik rasio daya modul fotovoltaik dengan kondisi perubahan suhu
Dari Gambar 21 terlihat bahwa setelah pemasangan perangkat Maximum Power Point Tracking (MPPT) nilai rasio daya dari modul fotovoltaik meningkat berkisar antara 30% hingga 36%. Rasio daya tertinggi terjadi pada saat suhu 46oC sebesar 80,09% dengan selisih rasio daya sebesar 36,02% dibandingkan daya keluaran modul fotovoltaik tanpa MPPT pada suhu yang sama. Rasio daya yang dihasilkan dengan penambahan perangkat MPPT pada setiap perubahan suhu dari interval 18oC-46oC sebesar 79,18% dengan kenaikan rasio daya sebesar
7
[8]
Jacob Milman and christos C Halkias, Integrated Electronics (Terjemahan), Erlangga, Jakarta,1997. [9] Jang, J.-S.R., C.-T.Sun and E. Mizutani, NeurroFuzzy and soft computing, Computer Science Department, Tsing Hua University,Taiwan. [10] Kurniawan Unggul Dzackiy, Tugas Akhir : Optimasi Penempatan Kapasitor Menggunakan Logika Fuzzy dan Algoritma Genetika Pada Sistem,Universitas Diponegoro,2012. [11] Kusumadewi, Sri,“Analisa Desain Sistem Fuzzy Menggunakan Tool Box Matlab”, Jogjakarta: Graha Ilmu, 2002. [12] Marcelo Gradella Villava, Jonas Rafael Gazoli and Ernesto Ruppert Filho, Modeling and Circuit Based Simulation Of Photovoltaic Array, Brazilian Journal of Power Electronic vol-14 no 1, Brazil,2009. [13] Marcelo Gradella Villava, Jonas Rafael Gazoli and Ernesto Ruppert Filho, Comprehensive Approach to Modeling and Simulation of Photovoltaic Arrays, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol 24,, No 5, May 2009. [14] Moertini Veronica S, Energi Baru dan Terbarukan (EBT) : Kajian Potensi Dan Teknologi Konversinya, SIGMA, Vol 5, No 1, Januari 2002. [15] Moubayed Nazih, El-Ali Ali, dan Outbib Rachid, A Comparison of Two MPPT Techniques For PV System, WSEAS Transactions on Evironment and Development,Issue 12,Volume 5, December 2009. [16] M. G. Villalva, J. R. Gazoli, E. Ruppert F, Modeling and Circuit-Based Simulation Of Phot voltaic Arrays.University Of Campus-UNICAMP, Brazil, 2009. [17] Rashid, M , Power Electronics Circuit, Device, and Aplication 2nd, Prentice-Hall International Inc, 1988. [18] Salam, Dr Zainal,Power Electronics and Drives(version 2),Pdfheart.com, [19] Simonetti, D.S.L, J. Sebastian, F.S Dos Reis dan J.Uceda,Desaign Criteria For Sepic and Cuk Converters as Power Factor Preregulators in Discontinous Conduction Mode, Universidad Politecnica de Madrid, April 12, 2009. [20] Sivanandam, S. N. Dkk. 2007. “Introduction to Fuzzy Logic using MATLAB”. India: SpringerVerlag Berlin Heidelberg [21] Suhono, Inventarisasi Permasalahan Pada Instalasi Solar Home System di Wilayah Daerah Istimewa Yogyakarta, Universitas Gajah Mada,2009. [22] Surojo, Ashari Mochammad, dan Purnomo Mauridhi Heri, Desain dan Simulasi Maximum Power Point Tracking (MPPT) Sel Surya Menggunakan Fuzzy Logic Control Untuk Kontrol Boost Konverter, 7th Basic Science National Seminar Proceeding, Malang, 2010. [23] User’s Guide Version 2, Fuzzy Logic Toolbox For Use With Matlab, January 10,1995 [24] Zeida Zeidane Bouna Ould, Contribution to the study of the grid connected photovoltaic system, Universite De Batna, 2006. [25] User’s Guide Version 2, Fuzzy Logic Toolbox For Use With Matlab, January 10,1995 [26] http://www.wikipedia.com/Ćuk_converter
b.
Rasio daya tertinggi modul fotovoltaik setelah pemasangan MPPT dengan variasi suhu adalah 80,09 % saat suhu 46oC dengan peningkatan sebesar 36,02% dibandingkan modul fotovoltaik tanpa MPPT pada suhu yang sama. c. Rasio daya tertinggi modul fotovoltaik setelah pemasangan MPPT dengan variasi radiasi dan suhu adalah 79,069 % saat radiasi 1000 W/m2 dan suhu 30oC dengan peningkatan sebesar 34,609% dibandingkan modul fotovoltaik tanpa MPPT pada radiasi dan suhu yang sama. 3. Pemasangan perangkat MPPT pada modul fotovoltaik dapat meningkatkan rasio daya dengan kenaikan rata-rata 29,69% dibandingkan sebelum pemasangan MPPT.
5.2 1.
2.
Saran Perlu dikembangkan lebih lanjut untuk perancangan Perangkat Maksimum Power Point Tracking (MPPT) menggunakan metode logika yang lain misalnya metode logika fuzzy type 2, Adaptif Neuro Fuzzy Interference System (ANFIS), dan kombinasi beberapa metode (Hybrid). Dapat dikembangkan Pemodelan sistem Fotovoltaik dengan Maximum Power Point Tracking (MPPT) yang terhubung dengan jaringan listrik PLN menggunakan inverter.
DAFTAR PUSTAKA [1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
Amin, Rahardjo, dkk, Optimalisasi Pemanfaatan Sel Surya Pada Bangunan Komersial Secara Terintegrasi Sebagai Bangunan Hemat Energi, Seminar Nasional Sains dan Teknologi, Universitas Lampung, 2008. Aprian, Farhan, Perancangan Stand Alone PV System Dengan Maksimum Power Point Tracker (MPPT) Menggunakan Metode Modified Hill Climbing, Proceeding Seminar Tugas Akhir, Institute Teknologi Sepuluh November, Surabaya, Juni 2010. Chung-Yuen Won, Duk-Hoen Kim, Sei-Chan Kim, Won-Sam Kim and Hack-sung Kim A New Maximum Power Point Tracker Of Photovoltaik Arrays using Fuzzy Controller, Sung Kyun Kwan University, November 17, 2008. Darmawan, Dianggoro, Perancangan Maximum Power Point Tracker (MPPT) Untuk Panel Surya Menggunakan Konverter Cuk Dengan Metode Hill Climbing, Jurusan Teknik Elektro Institut Sepuluh November Surabaya. Dunlop, James P., Batteries and Charge Control in Stand-Alone Photovoltaic System Fundamentals and Application, Florida Solar Energy Center, 1997. Eric Anderson, Chris Dohan, Aaron Sikora, Solar Panel Peak Power Tracking System,Worcester Polytechnic Institute,2003. Ina, Duka, High Frequency DC/DC Boost Converter, Worcester Polytechnic Institute, April 2011.
8
[27] [28] [29]
http://www.panelsurya.com/index.php/id/panelsurya-solar-cells/ http://teknologisurya.files.wordpress.com/2011/09/s olar-insolation-nasa http://rifkymedia.wordpress.com/2009/11/13/bagai mana-cara-kerja-solar-cell/
Semarang, September 2012 Menyetujui, Dosen Pembimbing I
Ir. Yuningtyastuti, MT, NIP. 19520926 198303 2 001
BIODATA PENULIS Singgih Kurniawan lahir di Pringsewu pada 9 Januari 1990. Saat ini sedang menempuh pendidikan tinggi di Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro. Konsentrasi Energi Listrik.
Dosen Pembimbing II
Susatyo Handoko, ST., MT. NIP. 19730526 200012 1 001
9
