OPTIMALISASI SEL SURYA MENGGUNAKAN MAXIMUM POWER POINT TRACKER (MPPT) SEBAGAI CATU DAYA BASE TRANSCEIVER STATION (BTS) Oleh : Aries Pratama Kurniawan 2206 100 114 Dosen Pembimbing : Prof. Dr.Ir. Mochamad Ashari, M.Eng Vita Lystianingrum ST., M.Sc
Latar Belakang
PV dapat digunakan sebagai sumber daya BTS yang berada pada daerah yang belum terdapat jaringan listrik PLN. Penggunaan PV pada BTS yang berada di daerah yang tidak terjangkau jaringan listrik akan sangat membantu operator jaringan seluler menjaga kualitas layanan telepon seluler, karena BTS tetap dapat beroperasi walaupun daerah tersebut belum terdapat jaringan listrik PLN.
Batasan Masalah Dalam pengerjaan tugas akhir, permasalahan di atas dibatasi sebagai berikut: 1. Simulasi dan analisis menggunakan perangkat lunak MATLAB . 2. Catu daya BTS dibatasi hanya pada daya rata rata yang diperlukan agar suatu BTS dapat beroperasi. 3. Analisis perbandingan hanya daya dan rasio daya sel surya.
Pendahuluan
Penggunaan PV tidak bisa lepas dari masalah, masalah yang dihadapi adalah daya keluaran dari PV yang seringkali tidak mencapai maksimal dari daya maksimal yang sebenarnya bisa dikeluarkan oleh PV. Besarnya beban yang terhubung pada PV sangat mempengaruhi daya keluaran PV.
Daya Keluaran PV tergantung pada besarnya beban yang terhubung padaPV
Agar PV dapat mengeluarkan daya yang mendekati daya maximum point (disebut juga daya maximum nameplate) , maka PV harus dihubungkan dengan MPPT
prinsip kerja dari MPPT menaikkan dan menurunkan tegangan kerja PV. Adapun yang bertugas untuk menaikkan dan menurunkan tegangan adalah DC/DC konverter
MPPT Pengukuran Tegangan Open Circuit VMP = K V ⋅ VOC
Menggunakan tegangan open circuit untuk mendapatkan tegangan maximum point (Vmp)
Rasio Daya
Rasio daya PV adalah perbandingan antara daya beban dengan daya max nameplate dengan cara membagi daya beban dengan daya maksimal yang bisa dikeluarkan oleh PV. Semakin tinggi nilai rasio daya, maka semakin baik dan semakin efisien kinerja dari suatu PV.
Rasio Daya Rata-Rata
1 n Pi ηT = ∑ n i =1 Pmax
PV, Beban, MPPT,dan baterai
Pemodelan Seluruh Sistem
PENGUJIAN SISTEM DAN ANALISIS DATA
Nilai-Nilai Parameter dalam Simulasi
Suhu
yang digunakan = 25 C
- Daya Wattpeak PV = 4000 W (Saat intensitas cahaya matahari = 1000 W/m2
-
Tegangan PV = 48 volt (saat kondisi wattpeak)
Buck
Boost
Induktor = 0.177 mH Kapasitor = 6.77 mFarad Frekuensi switching = 1 kHz
Baterai
Tegangan = 48 volt Ah Baterai = 1764.7 Ah
Beban
(BTS) berupa Resistor = 1.536 ohm
(1) Pengujian Model PV Dihubungkan dengan MPPT dan Beban Bervariasi
Menghubungkan model PV dengan hambatan yang nilainya berubah dari 0.01 ohm sampai 4 ohm. dilakukan pada dua kondisi, yakni sebelum menggunakan MPPT dan setelah menggunakan MPPT. Pengujian dan analisis dilakukan pada tiga keadaan intensitas sinar matahari yakni 600 W/m2, 800 W/m2, dan 1000 W/m2. Adapun data yang akan dianalisis adalah rasio daya PV sebelum dan sesudah menggunakan MPPT.
(1) Pengujian Model PV Dihubungkan dengan MPPT dan Beban Bervariasi
Daya Beban tanpa MPPT dengan nilai hambatan sebesar 3 ohm dan Irad = 600 W/m2
Daya Beban menggunakan MPPT dengan nilai hambatan sebesar 3 ohm dan Irad = 600 W/m2
(1) Pengujian Model PV Dihubungkan dengan MPPT dan Beban Bervariasi Irad (W/m^2 )
Rasio Daya ratarata tanpa MPPT (%)
Rasio Daya ratarata dengan MPPT (%)
600
51.16
62.04
800
51.47
61.52
1000
50.25
59.97
(1) Pengujian Model PV Dihubungkan dengan MPPT dan Beban Bervariasi Grafik Rasio Daya Rata-Rata Vs Intensitas Cahaya Matahari 70 Rasio Daya (%)
60 50 40 30 20 10 0 0
200
400
600
800
1000
1200
Intensitas (W/m^2) Rasio Daya rata-rata tanpa MPPT
Rasio Daya rata-rata dengan MPPT
(1) Pengujian Model PV Dihubungkan dengan MPPT dan Beban Bervariasi
Analisis Rasio Daya Rata-Rata PV tanpa Baterai Rasio Daya Rata-Rata tanpa MPPT = 50.9 % Rasio Daya Rata-Rata menggunakan MPPT = 61.2 % Dari hasil simulasi PV tanpa baterai yang dihubungkan dengan beban bervariasi, MPPT terbukti dapat meningkatkan rasio daya rata-rata PV karena sebelum menggunakan MPPT , PV memiliki rasio daya rata-rata sebesar 50.9 %, sedangkan setelah menggunakan MPPT rasio daya rata-rata PV meningkat menjadi 61.2 %.
(2) Pengujian Model PV Dihubungkan dengan MPPT dan BTS yang Dilengkapi Baterai
Menghubungkan PV dengan beban (BTS), besarnya nilai resistansi dari beban BTS ini adalah 1.536 Ohm, kemudian dihubungkan dengan baterai. Data yang akan dianalisis adalah daya PV dan rasio daya PV sebelum dan sesudah menggunakan MPPT. Pengujian dan analisis dengan menggunakan tiga keadaan intensitas sinar matahari yakni 600 W/m2, 800 W/m2, dan 1000 W/m2. Pengujian dilakukan pada dua kondisi, yakni tanpa MPPT dan menggunakan MPPT.
(2) Pengujian Model PV Dihubungkan dengan MPPT dan BTS yang Dilengkapi Baterai
Daya Beban dan Daya Baterai dengan MPPT dan Irad = 1000 W/m2
(2) Pengujian Model PV Dihubungkan dengan MPPT dan BTS yang Dilengkapi Baterai Irad (kW/m^ 2)
Pmax
P PV tanpa mppt
P PV dengan mppt
0.6
2316
1150.7
1803
0.8
3181
1622.4
2387.8
1
4062
2041
2878.37
(2) Pengujian Model PV Dihubungkan dengan MPPT dan BTS yang Dilengkapi Baterai Grafik Daya PV Vs Solar Insulation 4500 4000
Daya (W)
3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Solar Insulation (kW/m^2)
Pmax
Daya output tanpa MPPT
Daya ouput dengan MPPT
(2) Pengujian Model PV Dihubungkan dengan MPPT dan BTS yang Dilengkapi Baterai Lead Acid Irad Rasio daya tanpa (kW/m^2) MPPT (%)
Rasio daya dengan MPPT (%)
0.6
49.68
77.84
0.8
51.00
75.06
1
50.24
70.86
(2) Pengujian Model PV Dihubungkan dengan MPPT dan BTS yang Dilengkapi Baterai Lead Acid Grafik Rasio Daya Vs Solar Insulation
Rasio Daya (%)
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Solar Insulation (kW/m^2) Rasio Daya tanpa MPPT
Rasio Daya dengan MPPT
1.2
(2) Pengujian Model PV Dihubungkan dengan MPPT dan BTS yang Dilengkapi Baterai
Rasio daya Rata-rata tanpa MPPT = 50.31% Rasio daya Rata-Rata dengan menggunakan MPPT = 74.59% Dari hasil simulasi PV yang dihubungkan dengan beban dan baterai , MPPT terbukti dapat meningkatkan rasio daya rata-rata PV karena sebelum menggunakan MPPT , PV memiliki rasio daya rata-rata sebesar 50.31 %, sedangkan setelah menggunakan MPPT rasio daya rata-rata PV meningkat menjadi 74.59 %. Jadi MPPT berfungsi untuk meningkatkan rasio daya dari PV yang dihubungkan dengan beban dan baterai.
KESIMPULAN
1. MPPT dapat digunakan untuk meningkatkan rasio daya PV. PV tanpa baterai dengan MPPT memiliki rasio daya sebesar 61.2 %, dan PV tanpa baterai yang tidak menggunakan MPPT memiliki rasio daya sebesar 50.9 %. Sedangkan PV-baterai yang menggunakan MPPT memiliki rasio daya sebesar 74.6 % dan PV-baterai tanpa MPPT memiliki rasio daya sebesar 50.3 %. 2. Sel surya dapat digunakan sebagai catu daya BTS dengan dilengkapi baterai sebagai backup sel surya.
Terimakasih
Model PV
Pengaruh intensitas cahaya matahari terhadap sel surya grafik I-V (kiri) dan grafik P-V (kanan)
Pengaruh suhu terhadap sel surya grafik I-V(kiri) dan grafik P-V (kanan)
Model PV
I = I SC
+ IRS ⎞ ⎤ ⎛V + I ⋅ R ⎡ q ⎛⎜ V nkT ⎟ S ⎠ − I O ⎢e ⎝ − 1⎥ − ⎜⎜ ⎥⎦ ⎝ RP ⎢⎣
⎞ ⎟⎟ ⎠
Model PV
PV BPSX60
Model MPPT
Start Ukur Irad Hitung Voc Hitung Vmp Ukur Vin pada Buck Boost
Hitung Duty Cycle
V=Vmp
Didapat Daya max point Stop
Model Buck Boost
Parameter L dan C ( 1 − D) =
2
Lmin
2f
⋅R
VO ⋅ D C= ∆VO ⋅ R ⋅ f
Lmin
C=
2 ( 1 − 0.52 ) = ⋅ 1.536 = 0.177 mH
2 ⋅ 1000
48 ⋅ 0.52 2.4 ⋅ 1.536 ⋅ 1000
Duty cycle yang digunakan sebesar 0.52 atau 52% Frekuensi yang digunakan sebesar 1kHz
= 6.77 mFarad
Model Baterai
Model Beban
Data BTS Kapasitas Daya Listrik
1500 Watt
Jam Beroperasi
24 Jam
AC dan lampu disuplai oleh PLN
-
Total Konsumsi Energi
36000 Wh atau 36 kWh
Ukuran sizing pada beban : P LOAD = 1500 W V LOAD = 48 volt E LOAD = 1500 x 24 = 36000 Wh
Karena sistem menggunakan baterai maka langkah selanjutnya adalah melakukan proses sizing pada baterai : Baterai = 85 % %DOD = 50% Energi baterai 1 =
Energi baterai 2 =
E LOAD
η Baterai Ebaterai1 % DOD
=
36000 0.85
= 42352.9 0.5
= 42352.9 Wh
= 84705.8 Wh
Rugi-rugi MPPT = 10 % (asumsi 10 %) Efisiensi MPPT = 90%
Energi PV=
Ebaterai 2
η MPPT
=
84705 .8 0 .9
= 94117.6 Wh
P PV= 94117.6/ 24 = 3921.6 W diambil pendekatan sehingga daya PV adalah 4000 W Nsm = 3 dan Npm =24
Model Bus DC
Data Daya Beban Tanpa MPPT dan Menggunakan MPPT untuk Ir = 600 W/m2 R (Ohm)
Pmax nameplate (W)
P Load tanpa mppt (W)
P load dgn mppt (W)
0.01
2316
29.94
175
0.05
2316
149.7
675
0.1
2316
299.4
1000
0.3
2316
897.6
1600
0.5
2316
1489
1737.5
0.7
2316
2019
1787.5
0.9
2316
2300
1805
1
2316
2313
1812.5
2
2316
1571
1787.5
3
2316
1111
1735
4
2316
854.3
1690
Daya Beban Tanpa Menggunakan MPPT dan menggunakan VPPT untuk Ir = 600 W/m2. Grafik Daya Vs Beban 2500
Daya (W)
2000 1500 1000 500 0 0
1
2
3
4
Beban (Ohm) Pmax
Daya tanpa mppt
Daya dengan mppt
5
